Aplikace údržbového čerstvění transformátorů bez údržby v elektrárnách

V současné době jsou široce používány tradiční typy dešťových dýchadel v transformátorech. Vstřebávací schopnost kyselé hliníkové sílice je stále posuzována operačními a údržbou provozujícími osobami prostřednictvím vizuálního pozorování změny barvy kuliček z kyselé hliníkové sílice. Subjektivní posouzení osobami hraje rozhodující roli. I když bylo jasně stanoveno, že kyselá hliníková sílice v dešťovém dýchadle transformátoru by měla být vyměněna, když se více než dvě třetiny změní v barvě, stále neexistuje přesná kvantitativní metoda pro určení, jak moc se snižuje absorpční kapacita v konkrétních fázích změny barvy.

Kromě toho se dovednosti operačních a údržbou provozujících osob liší značně, což vede k velkým rozdílům v vizuálním rozpoznávání. Některé výrobce a jednotlivci provedli související výzkum, jako je detekce obsahu vlhkosti ve vzduchu po filtraci kyselou hliníkovou silicí nebo provádění reálného časového sledování hmotnosti kyselé hliníkové sílice. Pro automatické řízení ohřevu a odstranění vlhkosti ze sílice se používají vestavěné počítače pro kontrolu, detekci a přenos dat.

1.Analýza aktuální technické situace
1.1 Výzkum dešťových dýchadel zahraničními institucemi
Už několik let, na základě akademického výzkumu a praktické aplikace zahraničně, se považuje za nejrozšířenější a nejefektivnější metodu pro hodnocení nasycení kyselé hliníkové sílice detekce obsahu vlhkosti ve vzduchu po jejím vstřebání. Tato metoda však stále nedokáže přímo kvantifikovat nasycení vlhkostí kyselé hliníkové sílice; pouze kvalitativně ukazuje - prostřednictvím nepřímých metod - že absorpční kapacita klesla a je potřeba odsolování.

Společnost MR v současné době nabízí podobný produkt, který řeší tento problém, používáním principu detekce vlhkosti k hodnocení míry vlhkosti kyselé hliníkové sílice, s využitím bílé kyselé hliníkové sílice (neindikující typ). Jeho nevýhody zahrnují: senzory vlhkosti se mohou porouchat, když jsou vystaveny nasycenému vlhkosti (konverzi do vodních kapek), bílá kyselá hliníková sílice nedovoluje uživatelům vizuálně potvrdit její efekt absorpce vlhkosti a proces odsolování/regenerace nelze ověřit.

ABB také nabízí podobné řešení s dvojitou trubicovou strukturou. Během provozu elektromagnetické ventil spojuje jednu trubku s dechovým kanálem nádrže, zatímco druhá podstupuje odsolování a regeneraci. Vzhledem k jeho velké velikosti, hmotnosti a nákladům však není vhodný pro modernizaci existujících tradičních dýchadel na místě.

1.2 Výzkum dešťových dýchadel domácími institucemi
Některé domácí podniky vyvinuly bezúdržbové dýchadlo. Tyto zařízení využívají online měření hmotnosti k vytvoření modelů nasycení kyselé hliníkové sílice vlhkostí a časového ohřevu pro odsolování. Použitím teorie fuzzy řízení dosahují ideální sušení vzduchu a vědecké odsolování. Aby bylo zajištěno, že příslušenství dýchadla odpovídá životnosti transformátoru, jsou použity odolné vojenské mikroprocesory a operační systém VxWorks, spolu s výkonnými senzory a čidly. To skutečně realizuje bezúdržbový provoz dýchadel transformátoru, výrazně zlepšuje efektivitu a bezpečnost práce na místě a zvyšuje spolehlivost systémů dodávky elektrické energie.

1.3 Dvě stávající názory na nahrazování tradičních dýchadel
V elektroenergetickém průmyslu v současné době neexistuje sjednocený konsenzus ohledně dopadu nahrazování kyselé hliníkové sílice v hlavních dýchadlech transformátoru na ochranu Buchholz (plynovou). Obecně se shoduje, že během výměny kyselé hliníkové sílice musí být těžká plynová ochrana přepnuta z módu "vypnutí" na "alarm", ale existuje značný nesoulad, jak znovu nakonfigurovat ochranu po výměně.

Jeden názor tvrdí, že výměna kyselé hliníkové sílice v dýchadle může způsobit falešné vypnutí plynové ochrany; proto po výměně by měl transformátor projít 24 hodinami zkoušebního provozu (s těžkou plynovou ochranou nastavenou na alarm) před přepnutím zpět do módu vypnutí.

Druhý názor argumentuje, že jakmile je výměna kyselé hliníkové sílice dokončena, již nemá žádný další dopad na těžkou plynovou ochranu, takže by měla být okamžitě obnovena do módu vypnutí.

V současné době používá určitá elektrárna následující postup: před výměnou žádají o schválení dispečinku pro přepnutí propojení těžké plynové ochrany z módu vypnutí do módu signál; po dokončení opět žádají o schválení dispečinku pro obnovení do módu vypnutí. Ověřují, že jeden konec propojení těžké plynové ochrany má -110V, zatímco druhý je bez napětí, než propojení opět zapojí.

1.4 Aktuální stav použití dýchadel transformátoru
Elektrárna v současné době používá dva typy dýchadel: odnímatelné organické skleněné nádrže a nesnímatelné nádrže. Pro odnímatelná dýchadla je proces výměny náročný na přesnost operátorů ohledně postupů a momentu otáčení šroubů; jinak je organické sklo snadno poškozeno. Celý proces je časově náročný a opakované výměny často vedou k špatnému uzavření spojů, což umožňuje vstup nefiltrovaného vlhkého vzduchu do nádrže a potenciálně způsobuje vniknutí vlhkosti do transformátorového oleje.

Nesnímatelná dýchadla tyto problémy vyhýbají, ale přinášejí jiný problém: malé naplnění otvoru způsobuje při výměně rozlití kyselé hliníkové sílice, což znečišťuje prostředí.

Mezi 64 podstacemi společnosti byla v roce 2015 kyselá hliníková sílice vyměněna 178 krát, celkově 541 kg. Frekvence výměny výrazně roste během dešťové sezóny v důsledku vysoké vlhkosti, což vyžaduje významné lidské a materiální zdroje. V hornatých oblastech rizika, jako jsou sesuvy půdy a skalní úlomky během dešťové sezóny, dále zvyšují dopravní rizika.

2.Princip fungování bezúdržbových dýchadel transformátoru
Série JY-MXS bezúdržbových dýchadel je instalována na nádrži olejových transformátorů. Když se transformátorový olej rozšiřuje nebo zmenšuje v důsledku zatížení nebo změny okolní teploty, plyn v nádrži prochází suchým látkem uvnitř bezúdržbového dýchadla, odstraňuje prach a vlhkost z vzduchu, aby se udržela izolační síla transformátorového oleje.

Po delší době používání, kdy silika gel zvlhne, se automaticky aktivuje funkce ohřevu dýchánky pro odstranění vlhkosti. Systém se hlavně skládá z filtru v podobě nádržky, skleněné trubice, hlavního hřídele, váhové buňky (čidlo hmotnosti), čidel teploty a vlhkosti, ohřívacího prvku, ovládací desky a silikagelu.

Když konzervační nádrž přijímá vzduch, ten nejprve prochází sítí ze svařeného kovu, která odstraňuje prach. Filtrovaný vzduch pak proudí skrz sušicí komoru, kde je vlhkost plně absorbována silika gelelem.

Saturace vlhkostí u silika gelu je měřena váhovou buňkou umístěnou uvnitř dýchanky. Když saturace překročí nastavenou hranici, aktivují se uvnitř sušicí komory uhlíkové vlákennaté ohřívací prvky, aby sušili silika gel. Vzniklá pára se rozptyluje ven konvekcí, prochází kovovou sítí, kondenzuje na skleněné trubici a stéká dolů do kovové flanže na spodku, odkud opouští dýchanku.

Pokud selže čidlo vlhkosti, časovač uvnitř ovládací skříně zajistí periodické ohřívání v přednastavených intervalech, což umožňuje skutečně údržbové provozování bez údržby.

3. Aplikace údržbového dýchání transformátorů bez údržby
Elektrárna nainstalovala řadu JY-MXS údržbových dýchalek bez údržby na napájecích členech s ručně řízeným přepínáním (OLTC) a hlavních tělesech č. 1 hlavních transformátorů v dvou geograficky odlišných 110 kV elektrárnách (Elektrárna A a Elektrárna B).

Po více než roce provozu:

• V elektrárně A nebyla potřeba žádná náhrada silika gelu pro obě OLTC a hlavní těleso dýchalky č. 1 hlavního transformátoru. Naopak, č. 2 hlavní transformátor vyžadoval 5 náhrad hlavního tělesa (celkem 15 kg) a 6 náhrad OLTC (celkem 6 kg).

• V elektrárně B nebyla také potřeba žádná náhrada pro č. 1 hlavní transformátor. Č. 2 hlavní transformátor měl 3 náhrady hlavního tělesa (9 kg) a 5 náhrad OLTC (5 kg).

Operační data a kontrolní kontroly ukazují, že všechny funkce údržbových dýchalek bez údržby fungovaly normálně. Když silika gel dosáhl určité úrovně nasycení, ohřívací prvek se okamžitě aktivoval na základě signálů senzorů k uschování perlíků. Navíc analýza historických dat o hmotnosti za šest měsíců umožnila kontrolerovi stanovit vzorec absorbce vlhkosti a implementovat hybridní strategii kombinující kontrolu založenou na hmotnosti a časovou kontrolu, což snížilo pracovní zátěž personálu, zlepšilo automatizaci a přineslo ekonomické a sociální výhody.

4. Závěr
Výsledně instalace údržbových dýchalek bez údržby na obou napájecích členech s ručně řízeným přepínáním a hlavních tělesech transformátorů v elektrárnách umožňuje:

• Ohřev založený na senzorech pro odvod vlhkosti nasyceného silika gelu,

• Vzdálené reálné časové monitorování prostřednictvím komunikačních funkcí,

• Schopnost samo-diagnostiky pro snazší údržbu.

Tyto funkce ukazují, že údržbové dýchalky bez údržby mohou plně nahradit tradiční systémy, efektivně řešit potřebu absorbce vlhkosti transformátorů a dosáhnout skutečně údržbového provozování bez údržby. Navíc, protože je eliminována náhrada silika gelu, je vyřešena dlouhodobá debata o nastavení ochrany proti těžkým plynům po náhradě.

Použití údržbových dýchalek bez údržby umožňuje elektrárnám sledovat stav příslušenství online, získávat reálné informace o stavu zařízení a implementovat preventivní opatření před výskytem poruch – zabránit transformátorům v provozu s plným zatížením, kdy existují skryté rizika. To zaplňuje mezery, které tradiční dýchalky nemohou pokrýt v podpoře online monitorování.

Dále to dramaticky snižuje náklady na práci a běžné inspekční náklady, podporuje recyklaci odpadu a minimalizuje riziko velkých havárií způsobených malými poruchami příslušenství. To umožňuje efektivnější a vědecké plánování údržbářských činností, eliminuje nepotřebné výdaje, zajišťuje udržitelný a bezpečný provoz transformátorů a nakonec dosahuje cílů zvyšování produktivity, efektivity, bezpečnosti a ochrany životního prostředí.