Toepassing van onderhoudsvrije transformatorenademers in elektriciteitscentrales

Momenteel worden traditionele ademhalingsapparaten wijdverspreid gebruikt in transformatoren. Het wateropnemende vermogen van silicagel wordt nog steeds beoordeeld door operationeel en onderhoudspersoneel door visuele observatie van de kleurverandering van de silicagelkorrels. Het subjectieve oordeel van het personeel speelt een beslissende rol. Hoewel duidelijk is gesteld dat silicagel in transformatorenbreathers moet worden vervangen wanneer meer dan twee derde ervan van kleur verandert, bestaat er nog geen nauwkeurige kwantitatieve methode om vast te stellen hoeveel het absorptievermogen afneemt op specifieke stadia van kleurverandering.

Bovendien verschillen de vaardigheidsniveaus van operationeel en onderhoudspersoneel aanzienlijk, wat leidt tot grote verschillen in visuele identificatie. Sommige fabrikanten en individuen hebben gerelateerd onderzoek uitgevoerd, zoals het detecteren van de vochtinhoud in lucht na filtratie met silicagel of het uitvoeren van real-time gewichtscontrole van silicagel. Ingebedde computers worden gebruikt voor controle, detectie en gegevensoverdracht om automatisch verhitting en verwijdering van vocht uit het silicagel te regelen.

1.Analyse van de huidige technische status
1.1 Onderzoek naar transformatorenbreathers door buitenlandse instellingen
Al vele jaren, gebaseerd op academisch onderzoek en praktische toepassingen in het buitenland, wordt het detecteren van de vochtinhoud in lucht na absorptie door silicagel beschouwd als de meest algemene, wijdverspreide en effectieve methode om het verzadigingsniveau van silicagel te beoordelen. Echter, deze methode kan het vochtverzadigingsniveau van silicagel nog steeds niet direct kwantificeren; het geeft alleen kwalitatief - via indirecte middelen - aan dat het absorptievermogen is afgenomen en dat ontwatering nodig is.

MR Company biedt momenteel een soortgelijk product aan dat dit probleem aanspreekt, gebruikmakend van vochtgevoelige principes om het vochtgehalte van silicagel te evalueren, met wit silicagel (niet-aangevend type). De nadelen hiervan zijn: vochtgevoelige sensoren kunnen failleren bij verzadigde luchtvochtigheid (condensatie tot waterdruppels), wit silicagel stelt gebruikers niet in staat om visueel de vochtabsorberende werking te bevestigen, en het proces van ontwatering/hergeneratie kan niet worden geverifieerd.

ABB biedt ook een soortgelijke oplossing met een dubbele buisstructuur. Tijdens de werking verbindt een elektromagnetische klep één buis met de ademhalingskanaal van de conservator terwijl de andere buis wordt ontwaterd en geregenereerd. Echter, vanwege de grote afmetingen, zware gewicht en hoge kosten is het niet geschikt voor de upgrade van bestaande conventionele breathers ter plaatse.

1.2 Onderzoek naar transformatorenbreathers door binnenlandse instellingen
Sommige binnenlandse ondernemingen hebben onderhoudsvrije breathers ontwikkeld. Deze apparaten maken gebruik van online weegmetingen om modellen van vochtverzadiging van silicagel en tijdgebaseerde verhittingsontwatering op te stellen. Door het toepassen van fuzzy control theory, bereiken ze ideaal lucht droogleggen en wetenschappelijke ontwatering. Om te zorgen dat de breatheraccessoires overeenkomen met de levensduur van de transformatoren, worden robuuste militaire microprocessors en het VxWorks-besturingssysteem gebruikt, samen met zeer stabiele sensor- en actuatorkomponenten. Dit realiseert echt onderhoudsvrije werking voor transformatorenbreathers, wat de efficiëntie en veiligheid van werkzaamheden ter plaatse aanzienlijk verbetert en de betrouwbaarheid van elektriciteitsvoorzieningssystemen verhoogt.

1.3 Twee bestaande standpunten over het vervangen van traditionele breathers
Er is momenteel geen unaniem consensus binnen de energie-industrie over de impact van het vervangen van silicagel in hoofdtransformatorenbreathers op Buchholz (gas) bescherming. Hoewel het algemeen wordt erkend dat tijdens het vervangen van silicagel de zwaar-gasbescherming van “uitval” naar “alarm” moet worden omgeschakeld, bestaan er significante meningsverschillen over hoe de bescherming na het vervangen moet worden herconfigureerd.

Eén standpunt is dat het vervangen van de silicagel in de breather valse uitvallen van de gasbescherming kan veroorzaken; daarom, na het vervangen, zou de transformatie 24 uur op proef moeten draaien (met zwaar-gasbescherming ingesteld op alarm) voordat deze terug wordt omgeschakeld naar uitvalmodus.

Het andere standpunt stelt dat zodra het vervangen van de silicagel is voltooid, er geen verdere invloed is op de zwaar-gasbescherming, dus de bescherming zou onmiddellijk terug moeten worden ingesteld op uitvalmodus.

Momenteel past een bepaald elektriciteitsbedrijf de volgende procedure toe: vóór het vervangen, vragen ze toestemming van de dispatch om de zwaar-gasbescherming link van uitval naar signaalmodus om te schakelen; na voltooiing, vragen ze opnieuw toestemming van de dispatch om deze terug te zetten op uitvalmodus. Ze verifiëren dat één eind van de zwaar-gasbescherming link –110V draagt terwijl de andere spanningvrij is voordat de link opnieuw wordt ingeschakeld.

1.4 Huidige toepassingsstatus van transformatorenbreathers
Het elektriciteitsbedrijf maakt momenteel gebruik van twee types breathers: losbare organische glaskokers en niet-losbare kokers. Voor losbare breathers vereist het vervangingsproces hoge precisie van de operators ten aanzien van procedures en schroefkoppelmoment; anders raakt het organische glas gemakkelijk beschadigd. Het hele proces is tijdrovend, en herhaalde vervangingen leiden vaak tot slechte afdichting op aansluitingen, waardoor ongefilterde vochtige lucht de conservator binnendringt en mogelijk transformatorolie vocht laat doordringen.

Niet-losbare breathers vermijden deze problemen, maar brengen een ander probleem met zich mee: de kleine vulopening veroorzaakt tijdens het vervangen van silicagel verstrooiing, wat de omgeving verontreinigt.

In de 64 onderstations van het bedrijf werd silicagel in 2015 178 keer vervangen, in totaal 541 kg. Het vervangingsfrequentie neemt significant toe tijdens de regenseizoenen vanwege de hoge luchtvochtigheid, wat aanzienlijke mankracht en materiaalbronnen vereist. In berggebieden vergroten risico's zoals weginstortingen en rotsval tijdens de regenseizoenen de transportgevaren nog verder.

2. Werkprincipe van onderhoudsvrije transformatorenbreathers
De JY-MXS serie onderhoudsvrije breather wordt geïnstalleerd op de conservator van oliegedrenkte transformatoren. Wanneer transformatorenoil uitbreidt of samentrekt door belasting of omgevingstemperatuurveranderingen, passeert gas in de conservator door de droogstof in de onderhoudsvrije breather, waardoor stof en vocht uit de lucht worden verwijderd om de isolatiesterkte van de transformatorenoil te behouden.

Na langdurig gebruik, wanneer het droogmiddel vochtig wordt, activeert de ademer automatisch zijn verhittingfunctie om vocht te verwijderen. Het systeem bestaat voornamelijk uit een filtercilinder, glazen buis, hoofdas, belastingcel (gewichtssensor), temperatuur/vochtigheidsensoren, verhittingselement, controlebord en silicagel.

Wanneer de conservator lucht inademt, gaat deze eerst door een gesinterd metaalfilter dat stof verwijdert. De gefilterde lucht stroomt vervolgens door de droogkamer, waar het vocht volledig wordt opgenomen door het droogmiddel.

Het verzadigingsniveau van het silicagel wordt gemeten door een belastingcel die binnen de ademer is geïnstalleerd. Wanneer de verzadiging een vooraf ingestelde drempel overschrijdt, activeren koolvezelverhittingselementen binnen de droogkamer om het droogmiddel te drogen. Het resulterende stoom verspreidt zich naar buiten via convektie, gaat door het metaalrooster, condenseert op de glazen buis en stroomt omlaag naar een metalen flens aan de onderkant, waarna het de ademer verlaat.

Indien de vochtigheidssensor faalt, zorgt een timercontroller binnen de controlekast ervoor dat periodiek verhitten plaatsvindt op vooraf ingestelde intervallen, waardoor werkelijk onderhoudsvrije bedrijfsvoering wordt bereikt.

3. Toepassing van onderhoudsvrije transformatorenademers
De energieleverancier installeerde JY-MXS-serie onderhoudsvrije ademers op de on-load tap changers (OLTC) en de hoofdlichamen van transformatoren nummer 1 in twee geografisch verschillende 110 kV-transformatorstations (Transformatorstation A en Transformatorstation B).

Na meer dan een jaar operatie:

• Bij Transformatorstation A was er geen vervanging nodig van silicagel voor zowel de OLTC- als de hoofdlichaamademers van transformatoren nummer 1. In tegenstelling daarmee onderging transformator nummer 2 5 vervangingen van de hoofdlichaamademers (totaal 15 kg) en 6 vervangingen van de OLTC-ademers (totaal 6 kg).

• Bij Transformatorstation B was er eveneens geen vervanging nodig voor transformatoren nummer 1. Transformator nummer 2 had 3 vervangingen van de hoofdlichaamademers (9 kg) en 5 vervangingen van de OLTC-ademers (5 kg).

Operatiedata en ter plaatse uitgevoerde controles laten zien dat alle functies van de onderhoudsvrije ademers normaal werkten. Wanneer het silicagel een bepaald verzadigingsniveau had bereikt, activeerde de verhitter prompt op basis van sensortekeningen om de korrels te drogen. Bovendien werd, door zes maanden historische gewichtsgegevens te analyseren, een vochtabsorptiemodel vastgesteld en werd een hybride strategie toegepast die zowel gewichts- als tijdsgebaseerde regeling combineerde, wat het personeelswerk verminderde, de automatisering verhoogde en economische en sociale voordelen opleverde.

4. Conclusie
Tot slot stelt het installeren van onderhoudsvrije ademers op zowel de on-load tap changer als het hoofdlichaam van transformatoren in transformatorstations in staat:

• Sensorbestuurde verhitting om verzadigd silicagel te ontvochtigen,

• Afstandsbediening via communicatiefuncties in real-time,

• Zelfdiagnosemogelijkheden voor eenvoudiger onderhoud.

Deze kenmerken tonen aan dat onderhoudsvrije ademers traditionele systemen volledig kunnen vervangen, effectief de behoefte aan vochtabsorptie van transformatoren kunnen oplossen en werkelijk onderhoudsvrije bedrijfsvoering kunnen bereiken. Bovendien lost de eliminatie van silicagelvervanging de lange discussie over de instellingen van zwaar-gasbescherming na vervanging op.

Met behulp van onderhoudsvrije ademers kan de energieleverancier online toestandstoestanden van accessoires monitoren, real-time apparatuurstatus verkrijgen en preventieve maatregelen nemen voordat storingen optreden - voorkomt dat transformatoren onder volle belasting werken terwijl verborgen risico's bestaan. Dit vult de leemte die traditionele ademers niet kunnen ondersteunen met online monitoring.

Bovendien verminderen ze drastisch arbeidskosten en kosten voor routine-inspecties, bevorderen afvalrecycling en verminderen het risico van grote ongelukken veroorzaakt door kleine accessoirefouten. Dit stelt meer efficiënte, wetenschappelijke planning van onderhoudsactiviteiten in staat, elimineert overbodige uitgaven, garandeert duurzame en veilige transformatorenbedrijfsvoering en bereikt uiteindelijk doelen van productiviteits-, efficiëntie-, veiligheids- en milieubescherming.