manifestations of failure and operation maintenance strategies for IEE-Business generator set transformers and wind farm transformers

1. أعراض فشل محول مجموعة المولدات

1.1 ارتفاع درجة الحرارة غير الطبيعي

يعكس الارتفاع غير الطبيعي لدرجة الحرارة صحة المحول بشكل مباشر ويعد مؤشرًا رئيسيًا على الأعطال. خلال التشغيل، تسبب عملية تحويل الطاقة الكهرومغناطيسية خسائر في الحديد والنحاس والتي تتحول إلى حرارة. لضمان التشغيل العادي، يستخدم المحولات آليات تبديد الحرارة مثل دوران الزيت والإشعاع الحراري للحفاظ على التوازن الحراري الداخلي.

تعمل مقاييس الحرارة وأنظمة الكشف عبر الإنترنت على مراقبة تغيرات درجة حرارة الطبقة العليا من الزيت واللفائف. عند حدوث عطل في المحول، تتعرض إيقاعات تبديد الحرارة للتشويه مما يؤدي إلى ارتفاع غير طبيعي في درجة الحرارة. هذا يشير إلى مشاكل محتملة مثل زيادة الحمل أو تقادم العزل أو فشل نظام التبريد، مما يدل على أعطال ميكانيكية أو كهربائية أعمق.

1.2 الاهتزازات الغير طبيعية والضوضاء

في حالة التشغيل العادي، ينتج المحولات هزات ضعيفة وأصوات مسموعة. يتسبب التيار المتردد في اللفائف في تغييرات دورية في المجال المغناطيسي في اللب الحديدي، مما يسبب الانضغاط المغناطيسي في صفائح اللب. تؤدي التفاعلات المغناطيسية الدقيقة بين الصفائح والتكييف الديناميكي للقوى الكهرومغناطيسية داخل اللفائف إلى اهتزازات وأصوات منتظمة - مماثلة لـ "نبض" المحول، والذي يعكس النشاط الكهرومغناطيسي الداخلي المتناغم.

إذا انحرف هذا "النبض" (مثل زيادة الاهتزازات أو الأصوات غير الطبيعية أو الضوضاء غير المعتادة، كما في الشكل 1)، فقد يكشف عن أعطال خفية. يمكن أن تؤدي الأجزاء الداخلية المتصلة بتسرب أو قصر دوائر اللفائف أو قصر دوائر اللب بالأرض إلى تعطيل عملية تحويل الطاقة، مما يسبب المزيد من الإجهاد الميكانيكي والاضطرابات الكهرومغناطيسية. تعتبر مراقبة وتحليل الاهتزازات والأصوات بدقة أمرًا حاسمًا للكشف عن الأعطال وإعداد استراتيجيات الصيانة الوقائية.

1.3 مستوى الزيت غير الطبيعي

يُعتبر زيت المحول "الدم الحيوي" الذي يضمن تشغيل المعدات بأمان، حيث يقوم بدور متعدد كوسيلة لتوزيع الحرارة وحاجز عازل ومادة لإطفاء القوس الكهربائي. مدى كفاية حجمه يحدد بشكل مباشر ما إذا كان المحول قادرًا على الحفاظ على تشغيل مستقر وفعال تحت ظروف العمل المعقدة.

تحقيقًا لمراقبة مستوى الزيت، يتم استخدام مؤشر مستوى الزيت المصمم بدقة، والذي يعمل كـ "بارومتر سائل" للمحول، مما يعكس التغيرات الفعلية في حجم الزيت الداخلي. بمجرد أن يظهر مؤشر مستوى الزيت أي شذوذ - خاصة عندما ينخفض مستوى الزيت دون الخط المعياري - فإنه ليس مجرد انخفاض بسيط في كمية الزيت، بل هو إشارة تحذيرية تشير إلى مخاطر محتملة خطيرة: سيؤدي انخفاض مستوى الزيت إلى تقليل كفاءة التبريد بشكل كبير، مما يؤدي إلى تراكم الحرارة وزيادة درجة الحرارة داخل المحول، مما يسرع تقادم المواد العازلة.

وفي الوقت نفسه، سيضعف الزيت غير الكافي الحماية العازلة للأجزاء الداخلية، مما يزيد بشكل كبير من خطر تفريغ القوس الكهربائي، مما قد يؤدي إلى حدوث أعطال كارثية مثل القصر الكهربائي وتهدد التشغيل الآمن لنظام الطاقة بأكمله.

2. استراتيجيات التشغيل والصيانة للمحولات في مزارع الطاقة الريحية
2.1 فحص عام للمحولات

تحقيقًا لنقل الجهد العالي وتوفير تغذية كهربائية مستقرة بجهد 220 فولت في نهاية المستخدم، تقوم المحولات الكهربائية بتنظيم الجهد، ويعتبر تشغيلها وصيانتها حاسمًا لاستقرار نظام الطاقة. تواجه مزرعة رياح كبيرة عددًا كبيرًا من المحولات الموزعة على نطاق واسع، وتستخدم نمطًا مركبًا من الرصد عن بعد والتفتيش على الأرض: يستخدم الرصد عن بعد أنظمة عبر الإنترنت لمراقبة معلمات التشغيل، مع فحوصات روتينية يومية ورصد مكثف خلال فترات الذروة لتسجيل بيانات مثل الحمل والجهد، مع التصرف الفوري في حالات الشذوذ؛ يشمل التفتيش على الأرض الهياكل الخارجية وختم الزيت واتصالات الخطوط وحالة أجهزة بوخولز، مع فحوصات موجهة في الظروف الجوية الخاصة. بعد التطبيق، انخفض معدل الفشل السنوي للمحولات من 3٪ إلى أقل من 1٪.

2.2 تحسين التشغيل المنظم ذكيًا

تحتاج أنظمة التشغيل والصيانة الذكية إلى التعاون بين المعدات وقدرات معالجة البيانات. تقنيات موجودة لا تستطيع تلبية احتياجات السيناريوهات المعقدة مثل تزويد الجهد العالي، مما يتطلب بناء نماذج جديدة. تتبع البحث والتطوير عملية "التخيل النظري - التحقق المختبري - التطبيق العملي"، حيث يتم الجمع بين التقنيات مثل حوسبة السحابة لتطوير هياكل مكونة، والتي يتم نشرها بعد اختبارها على منصات افتراضية. بعد ثلاثة أشهر من تصحيح النظام، انخفض معدل الفشل للمحولات بنسبة 30٪ في الشهر الأول من التشغيل، مما يمكّن من التحذير المبكر من الأعطال المحتملة.

2.3 تعزيز الأعمال الوقائية

تعتبر الصيانة الوقائية استراتيجية رئيسية، تهدف إلى القضاء على المخاطر الخفية من خلال عمليات التفتيش النشطة. تستخدم مزرعة الرياح أنظمة عبر الإنترنت لمراقبة معلمات مثل درجة حرارة الزيت، وتجري تحليل عينات الزيت ربع سنويًا لتقييم حالة العزل، وتحسن أنظمة الإدارة لتحديد مسؤوليات الوظائف. تشمل صيانة المحولات الجافة تنظيف اللب الحديدي وفحص الغلاف واللفائف وصيانة سطوح التلامس للموصلات الرئيسية. بعد التطبيق، انخفض وقت التوقف غير المخطط له من 240 ساعة إلى 40 ساعة، وانخفضت الخسائر الاقتصادية من 5 ملايين يوان إلى 800 ألف يوان، وزاد متوسط الزمن بين الأعطال (MTBF) من 2000 ساعة إلى 4500 ساعة.

2.4 صيانة وإدارة الزيت

في توليد الطاقة من الرياح، تعد المحولات في مزارع الرياح - وهي المعدات الأساسية لتحويل الطاقة - لها تأثير مباشر على الكفاءة العامة والعائد الاقتصادي. بينما تسعى مزارع الرياح لتحقيق عمليات فعالة، يجب عليها أيضًا الوفاء بالمسؤوليات الاجتماعية من خلال تقدم ممارسات الصيانة الخضراء. كجزء أساسي من إدارة دورة حياة المحولات، تعد صيانة الزيت ضرورية ليس فقط لضمان الموثوقية طويلة الأمد ولكن أيضًا لدعم العمليات المستدامة.

يعد زيت المحول "الدم الحيوي" للمحولات، حيويًا للتبريد؛ إذ يحدد جودته الأداء الكهربائي وعمر الخدمة. لذلك، يعد الفحص الدوري ضروريًا، مع التركيز على جانبين: 1) الخصائص الفيزيائية والكيميائية (قوة العزل، قيمة الحمض، الرطوبة، التلوث بالجسيمات)؛ 2) تحليل الغازات المذابة (DGA)، والذي يكتشف الهيدروجين والأسيتيلين والإيثيلين وغيرها، لتنبيه الأعطال الداخلية (التفريغ الجزئي، زيادة الحرارة، القوس الكهربائي) ودعم الصيانة الوقائية.

تعتبر تنقية واستبدال الزيت أساس الصيانة. مع مرور الوقت، يتدهور الزيت بسبب الحرارة والأكسدة وتراكم الملوثات. تعمل الفلترة عبر الإنترنت أو خارجها بكفاءة على إزالة الرطوبة والشوائب والكربون الحر، مما يعيد العزل ونقل الحرارة. استبدال الزيت في الوقت المناسب، بناءً على تحليل جودة واقتصادي صارم عند حدوث التقادم، يحقق الكفاءة الاقتصادية القصوى.

تعمل درجة حرارة الزيت المناسبة على تحسين الأداء وتمديد عمر المكونات. يجب إجراء فحوصات نظام التبريد بانتظام - تنظيف المبردات وفحص المراوح والمضخات - لمنع الزيادة الحرارية بسبب ضعف تبديد الحرارة. يجب تسجيل جميع بيانات الاختبار وسجلات الصيانة وسجلات الاستبدال بشكل تفصيلي ورقمي وتحليلها لتشكيل ملفات صحية، مما يمكّن من التخطيط الصيانة المدفوعة بالبيانات والمفصلة.

3 خاتمة

يعتمد تشغيل وصيانة المحولات في مزارع الرياح على دمج الدقة التقنية والإدارة الذكية والاستدامة. من خلال دمج الرصد المتقدم والخوارزميات الذكية والخبرة التقليدية، يتم تحسين التوقعات للأعطال وتحسين دورة الصيانة وضمان موثوقية تزويد الطاقة وتعظيم استغلال موارد الرياح. يقدم هذا البحث، من خلال تحليل خصائص التشغيل وتقديم تحسينات الصيانة وتوقع الاتجاهات، رؤى قيمة للمهندسين المسؤولين عن الطاقة الريحية وصناع القرار.