Anvendelse af vedligeholdelsesfrie transformerånder i understationer

I øjeblikket bruges traditionelle type åndedrætsanordninger bredt i transformatorer. Absorberingskapaciteten af silicagel vurderes stadig af drifts- og vedligeholdelsespersonale gennem visuel observation af farveændringen af silicagelekugler. Personaleets subjektive vurdering spiller en afgørende rolle. Selvom det er klart fastsat, at silicagel i transformatoråndedrætsanordninger skal udskiftes, når mere end to tredjedele ændrer farve, findes der stadig ingen præcis kvantitativ metode til at bestemme, hvor meget absorberingskapaciteten aftager på specifikke stadier af farveændringen.

Desuden varierer færdighedsniveauet hos drifts- og vedligeholdelsespersonale betydeligt, hvilket fører til store forskelle i den visuelle identifikation. Nogle producenter og individuelle har foretaget relateret forskning, som for eksempel detektering af fugtindhold i luften efter filtrering med silicagel eller realtidsvægningsovervågning af silicagel. Indbyggede computere anvendes til kontrol, detektering og dataoverførsel for at automatisk kontrollere opvarmning og fjernelse af fugt fra silicagel.

1.Analyse af den aktuelle tekniske status
1.1 Forskning i transformatoråndedrætsanordninger af udenlandske institutioner
I mange år har det, baseret på akademisk forskning og praktiske anvendelser i udlandet, været anset for at være den mest almindelige, udbredte og effektive metode at vurdere mætningen af silicagel ved at måle fugtindholdet i luften efter absorption med silicagel. Dog kan denne metode stadig ikke direkte kvantificere fugtmætningen af silicagel; den angiver kun kvalitativt - gennem indirekte midler - at absorberingskapaciteten er aftaget og at det er nødvendigt med tørretbehandling.

MR Company tilbyder i øjeblikket et lignende produkt, der løser dette problem, ved at bruge fugtsensorprincipper til at vurdere fugtighedsniveauet af silicagel, ved hjælp af hvid silicagel (ikke-indikerende type). Dets ulemper inkluderer: fugtsensore tendere til at mislykkes, når de udsættes for mættet fugt (konensation til vanddråber), hvid silicagel tillader ikke brugerne at visuelt bekræfte dets fugtabsorberende effekt, og tørret/generationsprocessen kan ikke verificeres.

ABB tilbyder også en lignende løsning med en dobbelt-rørstruktur. Under drift forbinder en magnetventil ét rør til konserverens åndedrætskanal, mens det andet undergår tørring og regeneration. Men på grund af dens store størrelse, tungt vægt og høj pris, er det ikke egnet til ombygning af eksisterende konventionelle åndedrætsanordninger på stedet.

1.2 Forskning i transformatoråndedrætsanordninger af indenlandske institutioner
Nogle indenlandske virksomheder har udviklet vedligeholdelsesfrie åndedrætsanordninger. Disse enheder bruger online vægningstest til at oprette modeller af silicagel fugtmætning og tidsbaseret opvarmning og tørring. Ved at anvende fuzzy kontrolteori opnår de ideel lufttørring og videnskabelig tørring. For at sikre, at åndedrætskomponenterne matcher transformatorernes levetid, anvendes robuste militærstandard mikroprocessorer og VxWorks operativsystem sammen med højt stabile sensor- og aktuatorkomponenter. Dette gør virkelig vedligeholdelsesfri drift af transformatoråndedrætsanordninger muligt, hvilket betydeligt forbedrer arbejdseffektiviteten og sikkerheden på stedet samt forsyningssystemets pålidelighed.

1.3 To eksisterende synspunkter om udskiftning af traditionelle åndedrætsanordninger
Der er i øjeblikket ingen enet konsensus i energisektoren om effekten af udskiftning af silicagel i hovedtransformatorers åndedrætsanordninger på Buchholz (gas) beskyttelse. Selvom det generelt er enet, at under udskiftning af silicagel skal tung-gasbeskyttelsen skifte fra "afbryd" til "alarm" tilstand, er der betydelig uenighed om, hvordan beskyttelsen skal genkonfigureres efter udskiftning.

Et synspunkt er, at udskiftning af åndedrætsanordningens silicagel kan forårsage falsk afbrydelse af gasbeskyttelsen; derfor, bør transformerne undergå 24 timers prøvedrift (med tung-gasbeskyttelse sat til alarm) før den skifter tilbage til afbryd tilstand.

Det andet synspunkt argumenterer for, at når udskiftningen af silicagel er fuldført, har det ingen yderligere indflydelse på tung-gasbeskyttelsen, så beskyttelsen bør straks genoprettes til afbryd tilstand.

I øjeblikket følger en bestemt el-forsyningsvirksomhed følgende procedure: før udskiftning anmoder de om godkendelse fra dispatch for at skifte tung-gasbeskyttelseslinket fra afbryd til signaltilstand; efter afslutning anmoder de igen om godkendelse fra dispatch for at genoprette det til afbryd tilstand. De bekræfter, at én terminal af tung-gasbeskyttelseslinket har –110V, mens den anden er spændingsfri, før linket genoptages.

1.4 Den nuværende anvendelsesstatus for transformatoråndedrætsanordninger
El-forsyningsvirksomheden bruger i øjeblikket to typer åndedrætsanordninger: demonterbare organisk glasbeholder og ikkedemonterbare beholdere. For demonterbare åndedrætsanordninger kræver udskiftningsprocessen høj præcision fra operatørerne med hensyn til procedurer og skruetræk; ellers kan det organiske glas nemt blive beskadiget. Hele processen er tidskrævende, og gentagne udskiftninger ofte fører til dårlig tætningsforhold i forbindelser, hvilket giver unefilteret fugtig luft adgang til konserveren og potentielt kan forårsage fugtindtrængen i transformatorolie.

Ikke-demonterbare åndedrætsanordninger undgår disse problemer, men præsenterer et andet problem: den lille fyldåbning forårsager spild af silicagel under udskiftning, hvilket forurener miljøet.

Blandt virksomhedens 64 understationer blev silicagel udskiftet 178 gange i 2015, totalt 541 kg. Udskeftningsfrekvensen stiger betydeligt under regntiden pga. høj fugtighed, hvilket kræver betydelige menneskelige og materielle ressourcer. I bjergområder øges transportrisiciene yderligere under regntiden pga. vejsrutsjer og steinskred.

2. Arbejdsmåde for vedligeholdelsesfri transformatoråndedrætsanordninger
JY-MXS-serien af vedligeholdelsesfri åndedrætsanordninger installeres på konserveren af oliebadede transformatorer. Når transformatorolien udvider eller kontraherer på grund af belastning eller omgivelsernes temperaturændringer, passer gas i konserveren igennem tørstoffet i den vedligeholdelsesfri åndedrætsanordning, hvilket fjerner støv og fugt fra luften for at opretholde isolationsstyrken af transformatorolien.

Efter langvarig brug, når tørstoffet bliver fugtigt, aktiverer vejret automatisk sin opvarmningsfunktion for at fjerne fugt. Systemet består hovedsageligt af et filterkartrid, glasrør, hovedakse, lastcelle (vægtsensor), temperatur/fugtighedssensore, opvarmningselement, styringskort og silicage.

Når konservatoren indånder luft, passer den først gennem en sinteret metalfiltermaske, der fjerner støv. Den filtrerede luft strømmer derefter gennem tørrummet, hvor fugten fuldt ud absorberes af tørstoffet.

Fugtmængden i silicage måles af en lastcelle, der er installeret inde i vejret. Når mætningen overstiger en forudindstillet grænse, aktiveres karbonfiberopvarmningskomponenter inde i tørrummet for at tørre tørstoffet. Den resulterende damp diffuserer udad via konvektion, passer gennem metalfilteret, kondenserer på glasrøret og flyder ned til en metalflange nederst, hvorfra den forlader vejret.

Hvis fugthedsensoren fejler, sikrer en tidsstyret kontrolenhed inde i styringsboksen periodisk opvarming ved forudindstillede intervaller, hvilket gør det muligt for systemet at fungere uden vedligeholdelse.

3. Anvendelse af vedligeholdelsesfrie transformer vejre
Elforsyningsselskabet installerede JY-MXS-seriens vedligeholdelsesfrie vejre på belasted tapændringer (OLTC) og hovedpartierne af nummer 1-hovedtransformatorerne på to geografisk adskilte 110 kV understationer (Understation A og Understation B).

Efter mere end et års drift:

• På Understation A krævede nummer 1-hovedtransformator ingen silicageudskiftninger for hverken OLTC- eller hovedpartivejre. I modsætning hertil gik nummer 2-hovedtransformator igennem 5 hovedpartivejreudskiftninger (i alt 15 kg) og 6 OLTC-vejreudskiftninger (i alt 6 kg).

• På Understation B krævede nummer 1-hovedtransformator heller ingen udskiftninger. Nummer 2-hovedtransformator havde 3 hovedpartivejreudskiftninger (9 kg) og 5 OLTC-vejreudskiftninger (5 kg).

Driftsdata og punktkontroller viser, at alle funktioner hos de vedligeholdelsesfrie vejre fungerede normalt. Når silicage nåede en bestemt mætningsgrad, aktiverede opvarmere hurtigt baseret på sensorers signaler for at tørre perlerne. Desuden, ved at analysere seks måneders historiske vægtdata, etablerede styrenheden et vandoptagelsesmønster og implementerede en hybridstrategi, der kombinerer vægtbasert styring og tidsbestemt kontrol, hvilket reducerede personalearbejdsbyrden, forbedrede automatiseringen og ydede økonomiske og sociale fordele.

4. Konklusion
Samlet set gør installation af vedligeholdelsesfrie vejre på både belasted tapændring og hovedparti af transformatorer i understationer det muligt:

• Sensor-drevet opvarmning for at fjerne fugt fra mættet silicage,

• Fjernovervågning i realtid via kommunikationsfunktioner,

• Selvdiagnostics evner, der gør vedligeholdelsen lettere.

Disse funktioner viser, at vedligeholdelsesfrie vejre kan fuldt ud erstatte traditionelle systemer, effektivt løser behovet for fugtopsorption i transformatorer og opnår virkelig drift uden vedligeholdelse. Desuden, da udskiftning af silicage udelukkes, løses den længstgående debat om letgasbeskyttelsesindstillinger efter udskiftning.

Brug af vedligeholdelsesfrie vejre giver elforsyningsselskabet mulighed for at overvåge tilbehørsforhold online, få realtidsstatus for udstyr og implementere forebyggende foranstaltninger, før fejl opstår – forhindrer, at transformatorer driftes under fuld belastning, mens skjulte risici findes. Dette udfylder kløften, som traditionelle vejre ikke kunne dække med hensyn til online-overvågning.

Desuden reducerer det drastisk arbejdskraftomkostninger og rutineinspektionsomkostninger, fremmer affaldsgenvinding og mindsker risikoen for store ulykker, forårsaget af små tilbehørsfejl. Dette gør det muligt at planlægge vedligeholdelsesaktiviteter mere effektivt og videnskabeligt, eliminere unødvendige udgifter, sikre bæredygtig og sikker drift af transformatorer, og endelig opnå mål om øget produktivitet, effektivitet, sikkerhed og miljøbeskyttelse.