کاربرد تنفسگرهای بدون نیاز به نگهداری در زیرстанسیون‌ها
در حال حاضر، مکنه‌های سنتی در ترانسفورماتورها به طور گسترده استفاده می‌شوند. قابلیت جذب رطوبت سیلیکاژل هنوز از طریق مشاهده بصری تغییر رنگ دانه‌های سیلیکاژل توسط کارکنان عملیات و نگهداری بررسی می‌شود. قضاوت ذهنی کارکنان نقش تعیین‌کننده‌ای دارد. با اینکه به طور واضح مشخص شده است که سیلیکاژل در مکنه‌های ترانسفورماتور باید زمانی که بیش از دو سوم آن رنگ تغییر می‌کند تعویض شود، هنوز روش دقیق کمّی برای تعیین میزان کاهش ظرفیت جذب در مراحل خاص تغییر رنگ وجود ندارد.
علاوه بر این، مهارت‌های کارکنان عملیات و نگهداری به طور قابل توجهی متفاوت است، که منجر به اختلافات بزرگ در شناسایی بصری می‌شود. برخی تولیدکنندگان و افراد تحقیقات مربوطه‌ای انجام داده‌اند، مانند تشخیص میزان رطوبت هوا پس از فیلتراسیون سیلیکاژل یا نظارت وزنی زنده سیلیکاژل. کامپیوترهای تعبیه‌شده برای کنترل، تشخیص و انتقال داده‌ها استفاده می‌شوند تا به صورت خودکار گرم کردن و خشک کردن سیلیکاژل را کنترل کنند.
۱.تحلیل وضعیت فنی فعلی
۱.۱ تحقیقات روی مکنه‌های ترانسفورماتور توسط مؤسسات خارجی
در طول سال‌های متمادی، بر اساس تحقیقات علمی و کاربردهای عملی خارجی، تشخیص میزان رطوبت هوا پس از جذب سیلیکاژل به عنوان روش معمول، گسترده و موثر برای ارزیابی سطح اشباع سیلیکاژل در نظر گرفته شده است. با این حال، این روش هنوز نمی‌تواند به طور مستقیم میزان اشباع رطوبت سیلیکاژل را کمّی کند؛ فقط به صورت کیفی و از طریق روش‌های غیرمستقیم نشان می‌دهد که ظرفیت جذب کاهش یافته و نیاز به درمان خشک کردن وجود دارد.
شرکت MR در حال حاضر محصول مشابهی را برای حل این مشکل ارائه می‌دهد که از اصول تشخیص رطوبت برای ارزیابی سطح رطوبت سیلیکاژل استفاده می‌کند و از سیلیکاژل سفید (نوع بدون نشانگر) استفاده می‌کند. نقاط ضعف آن عبارتند از: سنسورهای رطوبت معمولاً در مواجهه با رطوبت اشباع (تبدیل به قطرات آب) خراب می‌شوند، سیلیکاژل سفید اجازه نمی‌دهد که کاربران به صورت بصری اثر جذب رطوبت را تأیید کنند و فرآیند خشک کردن/بازسازی قابل تأیید نیست.
ABB نیز راه‌حل مشابهی ارائه می‌دهد که شامل ساختار دو لوله‌ای است. در حین عملیات، یک شیر الکترومغناطیسی یک لوله را به کانال تنفس رزروار متصل می‌کند در حالی که لوله دیگر خشک کردن و بازسازی می‌شود. با این حال، به دلیل اندازه بزرگ، وزن سنگین و هزینه بالا، برای نصب مجدد مکنه‌های سنتی موجود در محل مناسب نیست.
۱.۲ تحقیقات روی مکنه‌های ترانسفورماتور توسط مؤسسات داخلی
برخی شرکت‌های داخلی مکنه‌های بدون نگهداری را توسعه داده‌اند. این دستگاه‌ها از سنجش وزن آنلاین برای ایجاد مدل‌های اشباع رطوبت سیلیکاژل و گرم کردن خشک کردن بر اساس زمان استفاده می‌کنند. با استفاده از نظریه کنترل فازی، آنها خشک کردن هوای ایده‌آل و خشک کردن علمی را به دست می‌آورند. برای اطمینان از تطبیق ملحقات مکنه با عمر مفید ترانسفورماتور، از پردازنده‌های نظامی مقاوم و سیستم عامل VxWorks همراه با اجزای حسگر و اجرایی با پایداری بالا استفاده می‌شود. این به طور واقعی عملکرد بدون نگهداری مکنه‌های ترانسفورماتور را تحقق می‌بخشد، که به طور قابل توجهی کارایی و ایمنی کار در محل را افزایش می‌دهد و قابلیت اطمینان سیستم‌های تأمین برق را بهبود می‌بخشد.
۱.۳ دو دیدگاه موجود درباره جایگزینی مکنه‌های سنتی
در حال حاضر در صنعت برق هیچ توافق یکپارچه‌ای در مورد تأثیر جایگزینی سیلیکاژل در مکنه‌های ترانسفورماتور اصلی بر حفاظت بوخولتز (غاز) وجود ندارد. اگرچه عموماً توافق شده است که در حین جایگزینی سیلیکاژل، حفاظت گاز سنگین باید از حالت "قطع" به حالت "هشدار" تغییر کند، اما اختلاف قابل توجهی در مورد چگونگی بازپیکربندی حفاظت پس از جایگزینی وجود دارد.
یک دیدگاه بر این است که جایگزینی سیلیکاژل مکنه می‌تواند باعث تحریک نادرست حفاظت گاز شود؛ بنابراین، پس از جایگزینی، ترانسفورماتور باید ۲۴ ساعت تحت عملیات آزمایشی (با حفاظت گاز سنگین در حالت هشدار) قرار گیرد قبل از بازگشت به حالت قطع.
دیدگاه دیگر استدلال می‌کند که پس از تکمیل جایگزینی سیلیکاژل، هیچ تأثیر دیگری بر حفاظت گاز سنگین وجود ندارد، بنابراین حفاظت باید فوراً به حالت قطع بازگردد.
در حال حاضر، یک شرکت تأمین برق روش زیر را اتخاذ کرده است: قبل از جایگزینی، آنها از تأیید مرکز کنترل برای تغییر لینک حفاظت گاز سنگین از حالت قطع به حالت سیگنال درخواست می‌کنند؛ پس از تکمیل، دوباره از تأیید مرکز کنترل برای بازگرداندن آن به حالت قطع درخواست می‌کنند. آنها تأیید می‌کنند که یک انتهای لینک حفاظت گاز سنگین -۱۱۰ ولت و دیگری بدون ولتاژ است قبل از بازپیکربندی لینک.
۱.۴ وضعیت کاربرد فعلی مکنه‌های ترانسفورماتور
شرکت تأمین برق در حال حاضر دو نوع مکنه را استفاده می‌کند: ظروف شیشه‌ای آلی قابل جدا و ظروف غیرقابل جدا. برای مکنه‌های قابل جدا، فرآیند جایگزینی نیاز به دقت بالای کارکنان در مورد رویه‌ها و گشتاور پیچ دارد؛ در غیر این صورت، شیشه آلی به راحتی خسارت می‌بیند. کل فرآیند وقت‌گیر است و جایگزینی‌های مکرر معمولاً منجر به بسته‌بندی ضعیف در اتصالات می‌شود، که اجازه می‌دهد هوا رطوبت‌دار بدون فیلتر شدن وارد رزروار شود و ممکن است منجر به ترکیب رطوبت با روغن ترانسفورماتور شود.
مکنه‌های غیرقابل جدا این مشکلات را اجتناب می‌دهند اما مشکل دیگری دارند: دهانه پرکنی کوچک باعث می‌شود که در زمان جایگزینی سیلیکاژل ریخته شود و محیط را آلوده کند.
در ۶۴ زیراستانی که شرکت دارد، سیلیکاژل در سال ۲۰۱۵ به ۱۷۸ بار جایگزین شد و مجموعاً ۵۴۱ کیلوگرم سیلیکاژل مصرف شد. فرکانس جایگزینی در فصل باران به دلیل رطوبت بالا به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد و نیاز به نیروی انسانی و منابع مادی زیادی دارد. در مناطق کوهستانی، خطراتی مانند انهدام جاده‌ها و سقوط سنگ‌ها در فصل باران خطرات حمل و نقل را افزایش می‌دهند.
۲. اصل کار مکنه‌های بدون نگهداری ترانسفورماتور
سری JY-MXS مکنه‌های بدون نگهداری روی رزروار ترانسفورماتورهای روغنی نصب می‌شود. هنگامی که روغن ترانسفورماتور به دلیل تغییر بار یا دما در محیط منبسط یا فشرده می‌شود، گاز در رزروار از طریق ماده خشک‌کننده داخل مکنه بدون نگهداری عبور می‌کند و گرد و غبار و رطوبت هوا را حذف می‌کند تا قدرت عایقی روغن ترانسفورماتور حفظ شود.
پس از مدت طولانی استفاده، هنگامی که جاذب رطوبت مرطوب می‌شود، دستگاه تنفس به طور خودکار تابع گرمایش خود را برای حذف رطوبت فعال می‌کند. سیستم عمدتاً شامل کانیستر فیلتر، لوله شیشه‌ای، محور اصلی، سلول بار (حسگر وزن)، حسگرهای دما و رطوبت، عنصر گرمایش، برد کنترل و جلاگیر سیلیکا می‌باشد.
هنگامی که محافظ هوایی هوا را جذب می‌کند، ابتدا از طریق یک فیلتر شبکه فلزی سینتر شده عبور می‌کند که غبار را حذف می‌کند. هوا فیلتر شده سپس از طریق کامبر دستگاه خشک کن عبور می‌کند، جایی که رطوبت به طور کامل توسط جاذب رطوبت جذب می‌شود.
سطح اشباع جلاگیر سیلیکا توسط سلول بار نصب شده در داخل دستگاه تنفس اندازه‌گیری می‌شود. هنگامی که اشباع از آستانه تعیین شده بیشتر می‌شود، عناصر گرمایشی فیبر کربنی در داخل کامبر خشک کن فعال می‌شوند تا جاذب رطوبت را خشک کنند. بخار ناشی از این عملیات از طریق جابجایی منتشر می‌شود، از طریق شبکه فلزی می‌گذرد، روی لوله شیشه‌ای تثبیت می‌شود و از طریق فلنچ فلزی در پایین خارج می‌شود.
در صورت خرابی حسگر رطوبت، یک کنترل‌کننده زمانی در داخل جعبه کنترل مطمئن می‌شود که گرمایش به طور دوره‌ای با فواصل تعیین شده انجام شود، عملیات بدون نیاز به نگهداری را تحقق می‌بخشد.
۳. کاربرد دستگاه‌های تنفس ترانسفورماتور بدون نیاز به نگهداری
شرکت تأمین برق دستگاه‌های تنفس بدون نیاز به نگهداری سری JY-MXS را بر روی تغییر دهنده‌های تاپ تحت بار (OLTC) و بدنه‌های اصلی ترانسفورماتورهای اصلی شماره ۱ در دو زیراستانشن ۱۱۰ کیلوولت (زیراستانشن A و زیراستانشن B) نصب کرد.
پس از بیش از یک سال عملکرد:
در زیراستانشن A، ترانسفورماتور اصلی شماره ۱ به هیچ جایگزینی جلاگیر سیلیکا برای هر دو تنفس‌کننده OLTC و بدنه اصلی نیاز نداشت. در مقابل، ترانسفورماتور اصلی شماره ۲ نیاز به ۵ جایگزینی تنفس‌کننده بدنه اصلی (مجموع ۱۵ کیلوگرم) و ۶ جایگزینی تنفس‌کننده OLTC (مجموع ۶ کیلوگرم) داشت.
در زیراستانشن B، ترانسفورماتور اصلی شماره ۱ نیز به هیچ جایگزینی نیاز نداشت. ترانسفورماتور اصلی شماره ۲ نیاز به ۳ جایگزینی تنفس‌کننده بدنه اصلی (۹ کیلوگرم) و ۵ جایگزینی تنفس‌کننده OLTC (۵ کیلوگرم) داشت.
داده‌های عملکردی و بررسی‌های محلی نشان می‌دهند که تمام عملکردهای دستگاه‌های تنفس بدون نیاز به نگهداری به طور طبیعی عمل می‌کنند. هنگامی که جلاگیر سیلیکا به سطح مشخصی اشباع می‌شود، گرمکن بر اساس سیگنال‌های حسگر به طور خودکار فعال می‌شود تا حسابه‌ها را خشک کند. علاوه بر این، با تحلیل داده‌های وزنی شش ماه گذشته، کنترل‌کننده الگوی جذب رطوبت را تشخیص داد و راهبرد ترکیبی شامل کنترل بر اساس وزن و زمان را اجرا کرد، که منجر به کاهش حجم کار کارکنان، افزایش خودکاری و ایجاد مزایای اقتصادی و اجتماعی شد.
۴. نتیجه‌گیری
به طور خلاصه، نصب دستگاه‌های تنفس بدون نیاز به نگهداری بر روی هم تغییر دهنده تاپ تحت بار و بدنه اصلی ترانسفورماتورها در زیراستانشن‌ها موجب می‌شود:
گرمایش بر اساس حسگر برای خشک کردن جلاگیر سیلیکا اشباع شده،
نظارت دوردست در زمان واقعی از طریق قابلیت‌های ارتباطی،
قابلیت تشخیص خودکار برای تسهیل نگهداری.
این ویژگی‌ها نشان می‌دهند که دستگاه‌های تنفس بدون نیاز به نگهداری می‌توانند به طور کامل سیستم‌های سنتی را جایگزین کنند، نیازهای جذب رطوبت ترانسفورماتورها را به طور موثر حل کنند و عملیات بدون نیاز به نگهداری را تحقق بخشند. علاوه بر این، با حذف جایگزینی جلاگیر سیلیکا، بحث طولانی درباره تنظیمات محافظ گاز سنگین پس از جایگزینی حل می‌شود.
استفاده از دستگاه‌های تنفس بدون نیاز به نگهداری به شرکت تأمین برق اجازه می‌دهد که شرایط لوازم جانبی را آنلاین نظارت کند، وضعیت تجهیزات را در زمان واقعی بگیرد و اقدامات پیشگیرانه را قبل از وقوع خرابی‌ها انجام دهد—که مانع از عملکرد ترانسفورماتورها تحت بار کامل در حال وجود ریسک‌های پنهان می‌شود. این نواقصی را که دستگاه‌های تنفس سنتی قادر به پشتیبانی از نظارت آنلاین نیستند، جبران می‌کند.
علاوه بر این، این روش به طور چشمگیری هزینه‌های کاری و هزینه‌های بازرسی معمولی را کاهش می‌دهد، بازیافت زباله را ترویج می‌کند و خطر وقوع حوادث بزرگ ناشی از خرابی‌های لوازم جانبی کوچک را کاهش می‌دهد. این امر به برنامه‌ریزی مؤثر و علمی‌تر فعالیت‌های نگهداری، حذف هزینه‌های غیرضروری، تضمین عملکرد پایدار و ایمن ترانسفورماتورها و در نهایت دستیابی به اهداف افزایش بهره‌وری، کارایی، ایمنی و حفاظت از محیط زیست کمک می‌کند.
