Anwendung von wartungsfreien Transformatorkondensatoren in Umspannwerken

Derzeit werden in Transformatoren weit verbreitet herkömmliche Atemventile eingesetzt. Das Fähigkeitsniveau des Silicagels zur Feuchtigkeitsspeicherung wird von den Betriebs- und Wartungspersonal durch visuelle Beobachtung der Farbänderung der Silicagelkugeln beurteilt. Die subjektive Beurteilung durch das Personal spielt eine entscheidende Rolle. Obwohl es klar festgelegt ist, dass das Silicagel im Atemventil des Transformers ersetzt werden sollte, wenn mehr als zwei Drittel davon die Farbe ändern, gibt es immer noch keine genaue quantitative Methode, um zu bestimmen, wie stark die Adsorptionskapazität bei bestimmten Stufen der Farbänderung abnimmt. 

Darüber hinaus variieren die Fachkenntnisse des Betriebs- und Wartungspersonals erheblich, was zu großen Unterschieden in der visuellen Identifizierung führt. Einige Hersteller und Einzelpersonen haben Forschungen auf diesem Gebiet durchgeführt, wie zum Beispiel die Erfassung des Feuchtigkeitsgehalts in der Luft nach der Filtration durch Silicagel oder die Echtzeit-Gewichtsüberwachung des Silicagels. Eingebettete Computer werden für Steuerung, Erfassung und Datenübertragung verwendet, um die Heizung automatisch zu steuern und Feuchtigkeit aus dem Silicagel zu entfernen.

1.Analyse des aktuellen technischen Standes
1.1 Forschungen zu Transformatorenumlüftungsventilen durch ausländische Institutionen
Seit vielen Jahren gilt, basierend auf akademischer Forschung und praktischer Anwendung im Ausland, die Erfassung des Feuchtigkeitsgehalts in der Luft nach der Absorption durch Silicagel als die am häufigsten angewandte, weit verbreitete und effektive Methode, um das Sättigungslevel des Silicagels zu bewerten. Diese Methode kann jedoch nicht direkt die Feuchtigkeitssättigung des Silicagels quantifizieren; sie zeigt lediglich qualitativ - durch indirekte Mittel - an, dass die Adsorptionskapazität abgenommen hat und eine Entwässerungsbehandlung erforderlich ist.

Das MR-Unternehmen bietet derzeit ein ähnliches Produkt an, das dieses Problem anspricht, indem es feuchtigkeitssensitiven Prinzipien zur Bewertung des Feuchtigkeitsgrads des Silicagels nutzt, wobei weißes Silicagel (nicht-indikierend) verwendet wird. Zu seinen Nachteilen gehören: Feuchtigkeitssensoren neigen dazu, bei sättigender Feuchtigkeit (Verdampfung in Wasserkapillen) auszufallen, weißes Silicagel ermöglicht es den Nutzern nicht, seine Feuchtigkeitsabsorptionswirkung visuell zu bestätigen, und der Dehydrations-/Regenerationsprozess kann nicht überprüft werden.

ABB bietet ebenfalls eine ähnliche Lösung mit einer Doppelleitungstruktur an. Während des Betriebs verbindet ein elektromagnetisches Ventil eine Leitung mit dem Atemkanal des Kondensators, während die andere Entwässerung und Regeneration durchläuft. Aufgrund seiner großen Größe, schweren Gewichts und hohen Kosten ist es jedoch nicht geeignet für die Modernisierung vorhandener herkömmlicher Atemventile vor Ort.

1.2 Forschungen zu Transformatorenumlüftungsventilen durch inländische Institutionen
Einige inländische Unternehmen haben wartungsfreie Atemventile entwickelt. Diese Geräte verwenden Online-Wägungen, um Modelle der Feuchtigkeitssättigung des Silicagels und zeitbasierte Heizentwässerung zu erstellen. Durch die Anwendung der Theorie der unscharfen Kontrolle erreichen sie ideale Lufttrocknung und wissenschaftliche Entwässerung. Um sicherzustellen, dass die Atemventil-Zubehörteile dem Lebensdauer des Transformers entsprechen, werden robuste militärtaugliche Mikroprozessoren und das VxWorks-Betriebssystem sowie hochstabile Sensoren und Aktuatoren eingesetzt. Dies realisiert tatsächlich eine wartungsfreie Betriebsweise für Transformatorenumlüftungsventile, verbessert erheblich die Effizienz und Sicherheit der Arbeit vor Ort und erhöht die Zuverlässigkeit der Stromversorgungssysteme.

1.3 Zwei aktuelle Standpunkte zum Austausch herkömmlicher Atemventile
Innerhalb der Energiewirtschaft besteht derzeit kein einheitlicher Konsens darüber, welche Auswirkungen der Austausch des Silicagels in den Haupttransformator-Atemventilen auf den Buchholz-Schutz (Gas-Schutz) hat. Allgemein wird anerkannt, dass während des Austauschs des Silicagels der Schwerlastgas-Schutz von „Ausschalten“ auf „Alarm“ umgeschaltet werden muss, aber es gibt erhebliche Meinungsverschiedenheiten darüber, wie der Schutz nach dem Austausch neu konfiguriert werden soll.

Eine Ansicht besagt, dass der Austausch des Silicagels im Atemventil zu falschen Auslösern des Gas-Schutzes führen könnte; daher sollte nach dem Austausch der Transformer 24 Stunden lang im Probebetrieb (mit dem Schwerlastgas-Schutz auf Alarm) laufen, bevor er wieder auf den Ausschaltmodus umgestellt wird.

Die andere Ansicht argumentiert, dass nach Abschluss des Silicagelaustauschs kein weiterer Einfluss auf den Schwerlastgas-Schutz besteht, so dass der Schutz sofort wieder auf den Ausschaltmodus umgestellt werden sollte.

Derzeit verwendet eine bestimmte Energieversorgungsgesellschaft folgendes Verfahren: Vor dem Austausch beantragen sie die Genehmigung der Leitstelle, den Schwerlastgas-Schutz-Link vom Ausschalt- auf den Signalmodus umzuschalten; nach Abschluss beantragen sie die Genehmigung der Leitstelle erneut, um ihn wieder auf den Ausschaltmodus zurückzusetzen. Sie überprüfen, dass eines der Enden des Schwerlastgas-Schutz-Links –110V trägt, während das andere spannungsfrei ist, bevor sie den Link wieder einsetzen.

1.4 Derzeitiger Anwendungsstatus von Transformatorenumlüftungsventilen
Die Energieversorgungsgesellschaft verwendet derzeit zwei Arten von Atemventilen: abnehmbare organische Glasbehälter und nicht-abnehmbare Behälter. Bei abnehmbaren Atemventilen erfordert der Austauschprozess hohe Präzision von den Bedienern hinsichtlich der Prozeduren und des Schraubendrehmoments; andernfalls kann das organische Glas leicht beschädigt werden. Der gesamte Prozess ist zeitaufwendig, und wiederholte Austausche führen oft zu schlechter Abdichtung an Verbindungen, was unfilterte feuchte Luft in den Kondensator eindringen lässt und möglicherweise zu Feuchtigkeitseintritt ins Transformatoröl führt.

Nicht-abnehmbare Atemventile vermeiden diese Probleme, stellen jedoch ein anderes Problem dar: die kleine Füllöffnung führt beim Austausch zu Verschüttungen von Silicagel, was die Umwelt verschmutzt.

In den 64 Umspannwerken des Unternehmens wurde das Silicagel 2015 178-mal ersetzt, insgesamt 541 kg. Die Austauschfrequenz nimmt während der Regenzeit aufgrund hoher Luftfeuchtigkeit erheblich zu, was erhebliche Personalkosten und Materialressourcen erfordert. In gebirgigen Gebieten erhöhen Risiken wie Straßeneinbrüche und Felsstürze während der Regenzeit die Transportgefahr zusätzlich.

2. Arbeitsprinzip von wartungsfreien Transformatorenumlüftungsventilen
Die JY-MXS-Serie wartungsfreier Atemventile wird auf dem Kondensator von ölgefüllten Transformatoren installiert. Wenn sich das Transformatoröl aufgrund von Last- oder Umgebungstemperaturänderungen ausdehnt oder zusammenzieht, passiert Gas im Kondensator den Trockner innerhalb des wartungsfreien Atemventils, entfernt Staub und Feuchtigkeit aus der Luft, um die Isolationsstärke des Transformatoröls aufrechtzuerhalten.

Nach langem Gebrauch, wenn das Trocknungsmittel feucht wird, aktiviert der Atemautomatisch seine Heizfunktion, um Feuchtigkeit zu entfernen. Das System besteht hauptsächlich aus einem Filterbehälter, Glasrohr, Hauptwelle, Lastzelle (Gewichtssensor), Temperatur-/Feuchtigkeitssensoren, Heizelement, Steuerplatine und Silicagel.

Wenn der Kondensator Luft einsaugt, passiert sie zunächst ein gepresstes Metallfiltergitter, das Staub entfernt. Die gefilterte Luft fließt dann durch die Trocknungskammer, wo die Feuchtigkeit vollständig vom Trocknungsmittel absorbiert wird.

Die Feuchtigkeitssättigungsstufe des Silicagels wird von einer in den Atem eingebauten Lastzelle gemessen. Wenn die Sättigung einen voreingestellten Schwellwert überschreitet, werden Kohlenstofffaserheizelemente innerhalb der Trocknungskammer aktiviert, um das Trocknungsmittel zu trocknen. Der entstehende Dampf diffundiert nach außen durch Konvektion, passiert das Metallgitter, kondensiert am Glasrohr und fließt hinunter zu einer Metallflansch am Boden, verlässt den Atem.

Falls der Feuchtigkeitssensor versagt, stellt ein Zeitsteuergerät im Steuerkasten sicher, dass periodische Heizvorgänge in voreingestellten Intervallen erfolgen, was eine wirklich wartungsfreie Betriebsweise ermöglicht.

3. Anwendung wartungsfreier Transformatoratmer
Das Energieversorgungsunternehmen installierte JY-MXS-Serien-wartungsfreie Atmer an den unter Last stehenden Spannungswählern (OLTC) und den Hauptkörpern des Nummer-1-Haupttransformators in zwei geografisch getrennten 110-kV-Umspannwerken (Umspannwerk A und Umspannwerk B).

Nach mehr als einem Jahr im Betrieb:

• Im Umspannwerk A erforderte der Nummer-1-Haupttransformator keine Ersetzung des Silicagels für beide OLTC- und Hauptkörperatmer. Im Gegensatz dazu wurde beim Nummer-2-Haupttransformator 5-mal der Hauptkörperatmer (insgesamt 15 kg) und 6-mal der OLTC-Atmer (insgesamt 6 kg) ersetzt.

• Im Umspannwerk B erforderte auch der Nummer-1-Haupttransformator keine Ersetzung. Beim Nummer-2-Haupttransformator wurden 3-mal der Hauptkörperatmer (9 kg) und 5-mal der OLTC-Atmer (5 kg) ersetzt.

Betriebsdaten und Stichproben zeigen, dass alle Funktionen der wartungsfreien Atmer normal funktionierten. Wenn das Silicagel einen bestimmten Sättigungsgrad erreichte, wurde die Heizung basierend auf Sensordaten prompt aktiviert, um die Perlen zu trocknen. Darüber hinaus legte der Regler durch die Analyse von sechs Monaten historischer Gewichtsdaten ein Muster der Feuchtigkeitsabsorption fest und implementierte eine hybride Strategie, die gewichtsbasierte und zeitgesteuerte Kontrolle kombiniert, wodurch die Arbeitslast des Personals reduziert, die Automatisierung erhöht und wirtschaftliche und soziale Vorteile erzielt werden.

4. Fazit
Zusammengefasst ermöglicht die Installation wartungsfreier Atmer sowohl an den unter Last stehenden Spannungswählern als auch an den Hauptkörpern der Transformatoren in Umspannwerken:

• Sensor-gesteuerte Heizung zur Entfeuchtung gesättigten Silicagels,

• Fernüberwachung in Echtzeit über Kommunikationsfunktionen,

• Selbst-diagnosefähigkeiten für einfachere Wartung.

Diese Merkmale zeigen, dass wartungsfreie Atmer traditionelle Systeme vollständig ersetzen können, effektiv die Bedürfnisse der Feuchtigkeitsabsorption bei Transformatoren lösen und eine wirklich wartungsfreie Betriebsweise ermöglichen. Darüber hinaus wird durch die Eliminierung der Silicagelerneuerung die seit langem bestehende Debatte über die Einstellungen des schweren Gas-Schutzes nach dem Ersetzen beendet.

Die Verwendung wartungsfreier Atmer ermöglicht es dem Energieversorgungsunternehmen, die Zustände der Zubehörteile online zu überwachen, den aktuellen Zustand der Geräte in Echtzeit zu erhalten und präventive Maßnahmen vor Ausfällen zu ergreifen – dies verhindert, dass Transformatoren mit verborgenen Risiken unter voller Last betrieben werden. Dies schließt die Lücke, die durch die Unfähigkeit traditioneller Atmer, Online-Überwachung zu unterstützen, entstanden ist.

Darüber hinaus reduziert es drastisch Arbeitskosten und Kosten für Routineprüfungen, fördert die Recycling von Abfällen und mindert das Risiko schwerer Unfälle, die durch kleinere Zubehördefekte verursacht werden. Dies ermöglicht eine effektivere, wissenschaftliche Planung von Wartungsaktivitäten, beseitigt unnötige Ausgaben, sichert eine nachhaltige und sichere Betriebsweise der Transformatoren und erreicht letztendlich Ziele der Produktivitäts- und Effizienzsteigerung, Sicherheit und Umweltschutz.