Zastosowanie bezobsługowych oddechowców transformatorów w stacjach przekształtniaczowych

Obecnie szeroko stosowane są tradycyjne oddechowce w transformatorach. Pojemność adsorpcyjna żelu krzemu oceniana jest przez personel eksploatacyjny i serwisowy poprzez wizualną obserwację zmiany koloru kulek żelu krzemu. Subiektywna ocena przez personel ma decydujące znaczenie. Mimo że wyraźnie przewidziano, że żel krzemu w oddechowcu transformatora powinien być wymieniany, gdy więcej niż dwie trzecie go zmienia kolor, nadal nie istnieje dokładna metoda ilościowa określająca, jak bardzo spada pojemność adsorpcyjna na określonych etapach zmiany koloru.

Ponadto umiejętności personelu eksploatacyjnego i serwisowego znacznie się różnią, co prowadzi do dużych rozbieżności w identyfikacji wizualnej. Niektórzy producenci i osoby prywatne przeprowadzili związane badania, takie jak wykrywanie zawartości wilgoci w powietrzu po filtracji żelu krzemu lub wykonanie monitorowania wagi żelu krzemu w czasie rzeczywistym. Wbudowane komputery są wykorzystywane do sterowania, detekcji i transmisji danych, aby automatycznie kontrolować ogrzewanie i usuwać wilgoć z żelu krzemu.

1.Analiza obecnego stanu technicznego
1.1 Badania nad oddechowcami transformatorów przez zagraniczne instytucje
Przez wiele lat, opierając się na badaniach naukowych i praktycznych zastosowaniach za granicą, wykrywanie zawartości wilgoci w powietrzu po adsorpcji przez żel krzemu było uważane za najbardziej powszechną, szeroko stosowaną i skuteczną metodę oceny stopnia nasycenia żelu krzemu. Jednak ta metoda nadal nie może bezpośrednio scharakteryzować ilościowo nasycenia wilgocią żelu krzemu; tylko jakościowo – poprzez pośrednie środki – wskazuje, że pojemność adsorpcyjna spadła i potrzebna jest dezhydratacja.

Firma MR obecnie oferuje podobny produkt rozwiązujący ten problem, wykorzystując zasady czujników wilgotności do oceny poziomu wilgotności żelu krzemu, z użyciem białego żelu krzemu (typ niepokazujący). Jego wady obejmują: czujniki wilgotności mają tendencję do awarii, gdy są narażone na nasycenie wilgocią (kondensacja w postaci kropel wody), biały żel krzemu nie pozwala użytkownikom wizualnie potwierdzić jego efektu adsorpcyjnego, a proces dezhydratacji/regeneracji nie może być zweryfikowany.

ABB również oferuje podobne rozwiązanie o strukturze podwójnej rury. W trakcie działania, elektromagnetyczny zawór łączy jedną rurę z kanałem oddechowym zbiornika, podczas gdy druga podlega dezhydratacji i regeneracji. Jednak ze względu na duże rozmiary, ciężar i wysoki koszt, nie jest odpowiednie do modernizacji istniejących konwencjonalnych oddechowców na miejscu.

1.2 Badania nad oddechowcami transformatorów przez krajowe instytucje
Niektóre krajowe przedsiębiorstwa opracowały oddechowce bezobsługowe. Te urządzenia wykorzystują pomiar masy online do tworzenia modeli nasycenia wilgocią żelu krzemu i ogrzewania dehydratacji w oparciu o czas. Zastosowanie teorii sterowania rozmytego umożliwia osiągnięcie idealnej suszenia powietrza i naukowej dezhydratacji. Aby zapewnić, że akcesoria oddechowca odpowiadają okresowi użytkowania transformatora, wykorzystuje się unifikowane mikroprocesory wojskowe i system operacyjny VxWorks, oraz komponenty czujników i aktuatorów o wysokiej stabilności. To naprawdę realizuje bezobsługową pracę oddechowców transformatorów, znacznie zwiększając efektywność i bezpieczeństwo pracy na miejscu, oraz zwiększając niezawodność systemów zasilania.

1.3 Dwie istniejące punkty widzenia dotyczące zastępowania tradycyjnych oddechowców
Obecnie w branży energetycznej nie ma jednolitego konsensusu dotyczącego wpływu zastępowania żelu krzemu w głównych oddechowcach transformatorów na ochronę Buchholza (gazową). Choć ogólnie zgadzają się, że podczas zastępowania żelu krzemu, ochrona gazu ciężkiego musi być przełączona z trybu „przerwanie” na tryb „alarm”, istnieją znaczne rozbieżności co do sposobu ponownej konfiguracji ochrony po zastąpieniu.

Jedno stanowisko głosi, że zastępowanie żelu krzemu w oddechowcu może spowodować fałszywe przerwanie ochrony gazu; dlatego po zastąpieniu transformator powinien pracować próbnie przez 24 godziny (z ochroną gazu ciężkiego ustawioną na tryb alarmu) przed przełączeniem z powrotem na tryb przerwania.

Inne stanowisko argumentuje, że po zakończeniu zastępowania żelu krzemu, nie ma dalszego wpływu na ochronę gazu ciężkiego, więc ochrona powinna być natychmiast przywrócona do trybu przerwania.

Obecnie pewna firma dostarczająca energię stosuje następującą procedurę: przed zastąpieniem, żądają zezwolenia dyspozytora na przełączenie łącza ochrony gazu ciężkiego z trybu przerwania na tryb sygnału; po zakończeniu, ponownie żądają zezwolenia dyspozytora na przywrócenie łącza do trybu przerwania. Sprawdzają, czy jeden koniec łącza ochrony gazu ciężkiego posiada –110V, podczas gdy drugi jest bez napięcia, zanim ponownie włączą łącze.

1.4 Obecny stan zastosowania oddechowców transformatorów
Firma dostarczająca energię obecnie używa dwóch typów oddechowców: odłączalnych zbiorników z organicznego szkła i niemożliwych do odłączenia zbiorników. Dla odłączalnych oddechowców, proces wymiany wymaga wysokiej precyzji od operatorów dotyczącej procedur i momentu śruby; w przeciwnym razie, organiczne szkło łatwo się uszkadza. Cały proces jest czasochłonny, a wielokrotne wymiany często prowadzą do słabego szczelności w połączeniach, co pozwala na wprowadzenie wilgotnego, niefiltrowanego powietrza do zbiornika i potencjalnie do transformatora, powodując wilgotność oleju transformatorowego.

Niemożliwe do odłączenia oddechowce unikają tych problemów, ale stwarza to inny problem: małe otwory wypełniające powodują rozlanie się żelu krzemu podczas wymiany, zanieczyszczając środowisko.

Wśród 64 podstacji firmy, żel krzemu był wymieniany 178 razy w 2015 roku, co daje łącznie 541 kg. Częstotliwość wymiany znacznie wzrasta w sezonie deszczowym ze względu na wysoką wilgotność, wymagając znacznych zasobów ludzkich i materiałowych. W górskich rejonach, ryzyko takie jak zawalenia dróg i osunięcia skał w sezonie deszczowym jeszcze bardziej zwiększa niebezpieczeństwa transportu.

2. Zasada działania oddechowców transformatorów bezobsługowych
Seria oddechowców bezobsługowych JY-MXS jest montowana na zbiorniku transformatorów zanurzonych w oleju. Gdy olej transformatora rozszerza się lub kurczy w zależności od obciążenia lub zmian temperatury otoczenia, gaz w zbiorniku przechodzi przez substancję suchą w oddechowcu bezobsługowym, usuwając kurz i wilgoć z powietrza, aby utrzymać siłę izolacji oleju transformatorowego.

Po długotrwałym użyciu, gdy sorbent staje się wilgotny, oddech automatycznie aktywuje swoją funkcję grzewczą, aby usunąć wilgoć. System składa się głównie z naczynia filtrującego, szklanej rury, głównej osi, czujnika siły (czujnika masy), czujników temperatury i wilgotności, elementu grzewczego, płytki kontrolnej oraz żelu krzemu.

Gdy kondensator wciąga powietrze, najpierw przechodzi ono przez sitko metalowe, które usuwa kurz. Przefiltrowane powietrze następnie przepływa przez komorę suszącą, gdzie wilgoć jest całkowicie absorbowana przez sorbent.

Poziom nasycenia żelu krzemu wilgocią mierzy czujnik siły umieszczony wewnątrz oddechu. Gdy nasycenie przekracza określony próg, włączają się wewnętrzne elementy grzewcze z włókna węglowego w komorze suszącej, aby wysuszyć sorbent. Powstająca para dyfunduje na zewnątrz poprzez konwekcję, przechodzi przez sitko metalowe, skrapla się na szklanej rurce i spływa do metalowej flangi u dołu, opuszczając oddech.

W przypadku awarii czujnika wilgotności, sterownik czasowy wewnątrz skrzynki kontrolnej zapewnia okresowe ogrzewanie w określonych interwałach, co pozwala na prawdziwie bezobsługową pracę.

3. Zastosowanie bezobsługowych oddechów transformatorów
Przedsiębiorstwo energetyczne zainstalowało serię JY-MXS bezobsługowych oddechów na zmiennych naprężeniowo obciążeniowych (OLTC) i głównych ciałach pierwszych transformatorów głównych w dwóch geograficznie oddzielnych podstacjach 110 kV (Podstacja A i Podstacja B).

Po ponad roku eksploatacji:

• Na Podstacji A, pierwszy transformator główny nie wymagał żadnej wymiany żelu krzemu zarówno dla oddechów OLTC, jak i głównego ciała. W przeciwieństwie do tego, drugi transformator główny wymagał 5 wymian oddechów głównego ciała (łącznie 15 kg) i 6 wymian oddechów OLTC (łącznie 6 kg).

• Na Podstacji B, pierwszy transformator główny również nie wymagał żadnych wymian. Drugi transformator główny wymagał 3 wymian oddechów głównego ciała (9 kg) i 5 wymian oddechów OLTC (5 kg).

Dane operacyjne i kontrole terenowe pokazały, że wszystkie funkcje bezobsługowych oddechów działały normalnie. Kiedy żel krzemowy osiągnął określony poziom nasycenia, grzejnik natychmiast się włączał na podstawie sygnałów czujników, aby wysuszyć koraliki. Ponadto, analizując sześć miesięcy historycznych danych dotyczących masy, sterownik ustalił wzorzec absorpcji wilgoci i zaimplementował strategię hybrydową łączącą kontrolę masową i czasową, co zmniejszyło obciążenie personelu, zwiększyło automatyzację i przyniosło korzyści ekonomiczne i społeczne.

4. Podsumowanie
Podsumowując, instalacja bezobsługowych oddechów zarówno na zmiennych naprężeniowo obciążeniowych, jak i na głównych ciałach transformatorów w podstacjach umożliwia:

• Ogrzewanie sterowane czujnikami do odwilżania nasyconego żelu krzemu,

• Zdalne monitorowanie w czasie rzeczywistym poprzez funkcje komunikacyjne,

• Możliwości samo-diagnostyki, ułatwiające utrzymanie.

Te cechy pokazują, że bezobsługowe oddechy mogą w pełni zastąpić tradycyjne systemy, efektywnie rozwiązując potrzeby absorpcji wilgoci w transformatorach i osiągając prawdziwie bezobsługową pracę. Ponadto, ponieważ wymiana żelu krzemu jest eliminowana, rozstrzygnięto długotrwałą debatę dotyczącą ustawień ochrony ciężkich gazów po wymianie.

Korzystanie z bezobsługowych oddechów pozwala przedsiębiorstwu energetycznemu monitorować stan akcesoriów online, uzyskać status sprzętu w czasie rzeczywistym i wprowadzać środki zapobiegawcze przed wystąpieniem awarii – zapobiegając pracy transformatorów przy pełnym obciążeniu, gdy istnieją ukryte ryzyka. To wypełnia lukę wynikającą z niemożności tradycyjnych oddechów do obsługi monitorowania online.

Ponadto, to drastycznie zmniejsza koszty pracy i koszty rutynowych inspekcji, promuje recykling odpadów i zmniejsza ryzyko poważnych wypadków spowodowanych drobnymi awariami akcesoriów. Pozwala to na bardziej efektywne, naukowe planowanie działań utrzymaniowych, eliminuje niepotrzebne wydatki, zapewnia zrównoważoną i bezpieczną pracę transformatorów, i ostatecznie osiąga cele zwiększenia produktywności, efektywności, bezpieczeństwa i ochrony środowiska.