Застосування безпідтримкових дихальників трансформаторів на підстанціях

На даний момент широко використовуються традиційні типи дихальних пристроїв у трансформаторах. Водопоглинання кремнезему ще оцінюється персоналом з експлуатації та обслуговування через візуальне спостереження за зміною кольору кульок кремнезему. Суб’єктивна оцінка персоналу відіграє вирішальну роль. Хоча було чітко встановлено, що кремнезем у дихальних пристроях трансформаторів повинен бути замінений, коли більше двох третин його змінює колір, наразі немає точного кількісного методу для визначення, наскільки зменшується адсорбувальна здатність на певних етапах зміни кольору.

Крім того, рівень навичок персоналу з експлуатації та обслуговування значно відрізняється, що призводить до великих розбіжностей у візуальному визначенні. Деякі виробники та особистості проводили пов’язані дослідження, такі як виявлення вологості повітря після фільтрації кремнеземом або проведення реального моніторингу маси кремнезему. Вбудовані комп’ютери використовуються для контролю, виявлення та передачі даних, щоб автоматично контролювати нагрівання та видалення вологи з кремнезему.

1.Аналіз поточної технічної ситуації
1.1 Дослідження дихальних пристроїв трансформаторів закордонними установами
Протягом багатьох років, на основі наукових досліджень та практичного застосування за кордоном, виявлення вологості повітря після поглинання кремнеземом вважалося найпоширенішим, розповсюдженішим та ефективним методом для оцінки рівня насичення кремнезему. Однак цей метод все ще не може прямо кількісно визначити вологе насичення кремнезему; він лише якісно вказує – через опосередковані засоби – на те, що адсорбувальна здатність знизилася і потрібне виводнення.

Компанія MR наразі пропонує схожий продукт, який вирішує цю проблему, використовуючи принципи вимірювання вологості для оцінки рівня вологості кремнезему, використовуючи білий кремнезем (непоказчикового типу). Його недоліки включають: вологові датчики склонні вийти з ладу при впливі насиченої вологи (конденсація в водні краплі), білий кремнезем не дозволяє користувачам візуально підтвердити його вологопоглинання, і процес виводнення/регенерації не може бути перевірений.

ABB також пропонує схоже рішення з подвійною трубчастою структурою. Під час роботи електромагнітний клапан з’єднує одну трубу з каналом дихання консерватора, а інша проходить процес виводнення та регенерації. Однак через великі розміри, важку вагу та високу вартість, воно не придатне для модернізації існуючих традиційних дихальних пристроїв на місці.

1.2 Дослідження дихальних пристроїв трансформаторів внутрішніми установами
Деякі внутрішні підприємства розробили безпідтримкові дихальні пристрої. Ці пристрої використовують онлайн-вимірювання маси для створення моделей вологого насичення кремнезему та нагріву для виводнення за часом. Застосовуючи теорію нечіткого контролю, вони досягають ідеального осушування повітря та наукового виводнення. Для забезпечення того, щоб додатки дихального пристрою відповідали строку служби трансформатора, використовуються посилені військові мікропроцесори та операційна система VxWorks, а також надзвичайно стабільні датчики та приводи. Це справді реалізує безпідтримкову роботу дихальних пристроїв трансформаторів, значно покращуючи ефективність та безпеку роботи на місці, а також надійність систем живлення.

1.3 Два існуючі погляди на заміну традиційних дихальних пристроїв
На даний момент у галузі електроенергетики немає єдиної домовленості щодо впливу заміни кремнезему у головних дихальних пристроях трансформаторів на захист Бухгольца (газовий). Хоча загалом вважається, що під час заміни кремнезему важкий газовий захист має бути переключений з режиму «тригер» на режим «сигнал», існують значні розбіжності щодо того, як переналаштувати захист після заміни.

Один погляд полягає в тому, що заміна кремнезему у дихальному пристрої може спричинити хибне спрацьовування газового захисту; тому, після заміни, трансформатор повинен пройти 24 години пробної роботи (з важким газовим захистом, встановленим в режимі сигналу) перед поверненням до режиму тригеру.

Інший погляд стверджує, що після завершення заміни кремнезему, на важкий газовий захист більше не впливає, тому захист повинен бути негайно повернути до режиму тригеру.

На даний момент певна енергетична компанія використовує таку процедуру: перед заміною вони запитують дозвіл диспетчерів на переключення важкого газового захисту з режиму тригеру на режим сигналу; після завершення вони знову запитують дозвіл диспетчерів на повернення до режиму тригеру. Вони перевіряють, що один кінець важкого газового захисту несе –110В, а інший без напруги, перед повторним підключенням.

1.4 Поточний стан застосування дихальних пристроїв трансформаторів
Енергетична компанія на даний момент використовує два типи дихальних пристроїв: знятні органичні скляні каністри та незнятні каністри. Для знятних дихальних пристроїв, процес заміни вимагає високої точності від операторів щодо процедур та момента затяжки болтів; інакше, органічне скло легко пошкоджується. Весь процес займає багато часу, а повторні заміни часто призводять до поганого ущільнення на з'єднаннях, що дозволяє невідфільтрованому вологому повітру потрапляти в консерватор та може призводити до змочення трансформаторного масла.

Незнятні дихальні пристрої уникують цих проблем, але виникає інша: маленьке відверстя для заповнення призводить до витоку кремнезему під час заміни, забруднюючи середовище.

Серед 64 підстанцій компанії, кремнезем було замінено 178 разів у 2015 році, загалом 541 кг. Частота заміни значно збільшується під час дощового сезону через високу вологість, що потребує значних людських та матеріальних ресурсів. У гористих районах, ризики, такі як обвали доріг та каменеві обвалы під час дощового сезону, додатково збільшують транспортні ризики.

2. Принцип роботи безпідтримкових дихальних пристроїв трансформаторів
Серія безпідтримкових дихальних пристроїв JY-MXS встановлюється на консерваторі масляних трансформаторів. Коли масляний трансформатор розширюється або скорочується через навантаження або зміни температури оточення, газ у консерваторі проходить через осушувач всередині безпідтримкового дихального пристрою, видаляючи пил та вологу з повітря, щоб підтримувати ізоляційну стійкість трансформаторного масла.

Після тривалого використання, коли засоби поглинання вологи стають вологими, дихальний пристрій автоматично активує свою функцію нагріву для вилучення вологи. Система в основному складається з фільтрувального бака, скляної трубки, головного валу, навантажувача (датчика ваги), датчиків температури та вологості, нагрівального елемента, плати керування та силикагелю.

Коли резервуар вдихує повітря, воно спочатку проходить через міський металевий фільтр, який видаляє пил. Відфільтроване повітря потім пройде через камеру сушіння, де волога повністю поглинається засобами поглинання вологи.

Рівень насиченості вологою силикагелю вимірюється навантажувачем, встановленим всередині дихального пристрою. Коли насиченість перевищує заданий поріг, углепластиикові нагрівальні елементи всередині камери сушіння активуються, щоб осушити засоби поглинання вологи. Результативна пара розповсюджується на зовні через конвекцію, проходить через металевий фільтр, конденсується на скляній трубці та стікає до металевого фланця знизу, виходячи з дихального пристрою.

Якщо датчик вологості вийде з ладу, контролер таймера всередині коробки керування забезпечує періодичне нагрівання за попередньо встановленими інтервалами, досягаючи справжньої безпідтримкової роботи.

3. Застосування безпідтримкових дихальних пристроїв трансформаторів
Енергетична компанія встановила серію безпідтримкових дихальних пристроїв JY-MXS на регулювальниках напруги під завантаженням (OLTC) та основних корпусах № 1 основних трансформаторів у двох географічно розташованих підстанціях 110 кВ (Підстанція A та Підстанція B).

Після більше ніж одного року роботи:

• На Підстанції A, № 1 основний трансформатор потребував нуль замін силикагелю для обох дихальних пристроїв OLTC та основного корпусу. Натомість, № 2 основний трансформатор пройшов 5 замін дихального пристрою основного корпусу (загалом 15 кг) та 6 замін дихального пристрою OLTC (загалом 6 кг).

• На Підстанції B, № 1 основний трансформатор також не потребував замін. № 2 основний трансформатор мав 3 заміни основного корпусу (9 кг) та 5 замін OLTC (5 кг).

Операційні дані та перевірки показали, що всі функції безпідтримкових дихальних пристроїв працювали нормально. Коли силикагель досягав певного рівня насиченості, нагрівач швидко активувався на основі сигналів датчиків, щоб осушити бусинки. Крім того, аналізуючи шість місяців історичних даних про вагу, контролер встановив шаблон поглинання вологи та реалізував комбіновану стратегію, що поєднує контроль за вагою та часовий контроль, зменшуючи навантаження персоналу, підвищаючи автоматизацію та надаючи економічні та соціальні вигоди.

4. Висновок
Загалом, встановлення безпідтримкових дихальних пристроїв як на регулювальниках напруги під завантаженням, так і на основних корпусах трансформаторів на підстанціях дозволяє:

• Нагрівання, запущене датчиками, для вилучення вологи з насиченого силикагелю,

• Віддалене реального часу спостереження за допомогою функцій зв'язку,

• Самодіагностичні можливості для легшого обслуговування.

Ці функції демонструють, що безпідтримкові дихальні пристрої можуть повністю замінити традиційні системи, ефективно вирішуючи проблеми поглинання вологи трансформаторами та досягаючи справжньої безпідтримкової роботи. Більше того, оскільки заміна силикагелю виключається, довготривала дискусія щодо налаштувань захисту важкими газами після заміни вирішується.

Використання безпідтримкових дихальних пристроїв дозволяє енергетичній компанії проводити онлайн-моніторинг стану приладів, отримувати реальні дані про стан обладнання та впроваджувати запобіжні заходи перед виникненням аварій, що запобігає роботі трансформаторів під повним завантаженням, поки існують приховані ризики. Це заповнює прогалину, залишену неможливістю традиційних дихальних пристроїв підтримувати онлайн-моніторинг.

Додатково, це значно зменшує трудові витрати та витрати на регулярні перевірки, сприяє переробці відходів та зменшує ризик великих аварій, спричинених невеликими вадами приладів. Це дозволяє більш ефективне, наукове планування обслуговування, усуває непотрібні витрати, забезпечує стійку та безпечну роботу трансформаторів, а також врешті-решт досягає цілей зростання продуктивності, ефективності, безпеки та захисту навколишнього середовища.