Manifestacions de falla i estratègies d'operació i manteniment per a transformadors de conjunt de generadors i transformadors de parcs eòlics

1. Manifestacions de fallades en els transformadors del conjunt generador

1.1 Augment anormal de temperatura

L'augment anormal de la temperatura reflecteix directament l'estat de salut d'un transformador i serveix com a indicador clau d'alerta de falles. En funcionament, la conversió d'energia electromagnètica provoca pèrdues de ferro i cobre, que es converteixen en calor. Per assegurar el funcionament normal, els transformadors utilitzen mecanismes de dissipació de calor com la circulació d'oli i la radiació de calor per mantenir l'equilibri de la temperatura interna.

Els termòmetres i els sistemes de detecció en línia monitoritzen els canvis de temperatura de l'oli superior i les bobines. Quan un transformador falla, els ritmes de dissipació de calor s'interrompen, causant pics de temperatura anormals. Això indica possibles problemes com sobrecàrrega, envelat de l'aïllament o fallada del sistema de refrigeració, suggerint fallecs mecànics o elèctrics més profunds.

1.2 Vibració i soroll anormal

En funcionament normal, els transformadors produeixen vibracions i sons febles. La corrent alternada en les bobines causa canvis periòdics del camp magnètic al nucli de ferro, induint magnetostricció en les fulles del nucli. Les interaccions magnètiques subtiles entre les laminacions i els ajusts dinàmics de la força electromagnètica dins les bobines generen vibracions i sons regulars, semblants al "polse vital" del transformador, que reflecteix l'activitat electromagnètica harmònica interna.

Si aquest "polse" es desvia (per exemple, increment de vibració, soroll anormal o sons atípics, com en la Figura 1), pot revelar fallecs ocults. Components interns suelts, circuits curts en les bobines o circuits curts del nucli a terra poden interrompre la conversió d'energia, causant estrès mecànic addicional i pertorbacions electromagnètiques. El monitoratge i l'anàlisi precisa de la vibració i el soroll són crítics per a la diagnosi i la elaboració de estratègies de manteniment preventiu.

1.3 Nivell anormal d'oli

L'oli del transformador, conegut com la "sang" que assegura el funcionament segur de l'equipament, joca diversos rols fonamentals com a mitjà de dissipació de calor, barrera d'aïllament i agent extintor d'arc. La suficiència del seu volum determina directament si el transformador pot mantenir un funcionament estable i eficient en condicions de treball complexes.

El monitoratge del nivell d'oli es realitza a través d'un indicador de nivell d'oli dissenyat amb precisió, que funciona com un "baròmetre líquid" per al transformador, reflectint els canvis reals en el volum d'oli intern. Un cop l'indicador de nivell d'oli mostra anomalies, especialment quan el nivell d'oli baixa per sota de la línia estàndard, no és només una reducció simple en la quantitat d'oli, sinó un senyal d'alerta que indica riscos potencials seriosos: una disminució del nivell d'oli redueix dràsticament l'eficiència de la refrigeració, causant acumulació de calor i increment de la temperatura interna, accelerant l'envelat dels materials d'aïllament.

Alhora, l'insuficiència d'oli debilita la protecció d'aïllament dels components interns, augmentant significativament el risc de descàrrega d'arc, que pot desencadenar fallecs catastròfics com circuits curts i amenaçar el funcionament segur de tot el sistema elèctric.

2. Estratègies d'operació i manteniment per als transformadors d'aerogeneradors en parcs eòlics
2.1 Inspecció general dels transformadors

Els transformadors d'alta tensió aconsegueixen la transmissió d'alta tensió i el subministrament d'energia a 220V a l'usuari final a través de la regulació de tensió, i la seva operació i manteniment són crucials per a la estabilitat del sistema elèctric. Un gran parc eòlic, enfrontat a un nombre elevat de transformadors distribuïts ampliament, adopta un mode combinat de monitorització remota i inspecció in situ: la monitorització remota utilitza sistemes en línia per supervisar els paràmetres d'operació, amb controls diaris de rutina i monitorització intensificada durant els períodes de màxim, per registrar dades com la càrrega i la tensió, amb la disposició oportuna d'anomalies; les inspeccions in situ cobreixen les estructures externes, els sellos d'oli, les connexions de línia i l'estat dels relés Buchholz, amb inspeccions específiques en condicions meteorològiques especials. Després de la implementació, la taxa mitjana anual de fallades dels transformadors va passar de l'3% a menys de l'1%.

2.2 Millora de l'operació dels sistemes intel·ligents

Els sistemes d'operació i manteniment intel·ligents necessiten tant la col·laboració de l'equipament com la capacitat de processament de dades. Les tecnologies existents difícilment poden satisfer les necessitats de escenaris complexos com el subministrament d'energia al costat d'alta tensió, requerint la construcció de nous models. La recerca i desenvolupament segueix el procés de "concepció teòrica - verificació en laboratori - aplicació pràctica", combinant tecnologies com el càlcul en núvol per desenvolupar arquitectures modulars, que es despleguen després de proves en plataformes virtuals. Després de tres mesos de depuració del sistema, la taxa de fallades dels transformadors va disminuir un 30% en el primer mes de funcionament, permetent l'alerta anticipada de possibles fallecs.

2.3 Reforç del treball preventiu

El manteniment preventiu és una estratègia nuclear, amb l'objectiu d'eliminar perilloses a través d'inspeccions actives. El parc eòlic utilitza sistemes en línia per monitoritzar paràmetres com la temperatura de l'oli, realitza anàlisis trimestrals de mostres d'oli per avaluar l'estat d'aïllament i optimitza els sistemes de gestió per clarificar les responsabilitats de cada post. El manteniment dels transformadors de tipus sec inclou la neteja del nucli de ferro, la inspecció de la carcassa i les bobines, i el manteniment de les superfícies de contacte de les barres de bus. Després de la implementació, l'aturada no planificada va passar de 240 hores a 40 hores, les pèrdues econòmiques van passar de 5 milions de yuans a 800.000 yuans, i el temps mitjà entre fallecs (MTBF) va augmentar de 2.000 hores a 4.500 hores.

2.4 Manteniment i gestió de l'oli

En la generació eòlica, els transformadors del parc eòlic, que són l'equipament central de conversió d'energia, tenen un impacte directe en l'eficiència global i els beneficis econòmics. Mentre es busca una operació eficient, els parcs eòlics han de complir amb les responsabilitats socials avançant en pràctiques de manteniment verds. Com a part nuclear de la gestió del cicle de vida dels transformadors, el manteniment de l'oli no només assegura la fiabilitat a llarg termini, sinó que també sosté les operacions sostenibles.

L'oli del transformador, la "sang" del transformador, és crític per a la dissipació de calor; la seva qualitat determina el rendiment elèctric i la vida útil. Els tests regulars són, per tant, vitals, centrant-se en dos aspectes: 1) propietats físiques i químiques (força dielèctrica, valor d'àcid, humitat, contaminació per partícules); 2) Anàlisi de Gases Dissolts (DGA), que detecta hidrogen, acetilè, etilè, etc., per alertar de fallecs interns (descàrregues parcials, sobrecalentament, arcs) i suportar el manteniment preventiu.

La purificació i substitució de l'oli són clau en el manteniment. Amb el temps, l'oli es deteriora a causa del calor, l'oxidació i l'acumulació de contaminants. La filtració eficient en línia/offline elimina l'humitat, impuretes i carboni lliure, restablint l'aïllament i la transferència de calor. La substitució oportuna de l'oli, basada en un anàlisi estrict de la qualitat i l'economia quan es produeix l'envelat, maximitza la rentabilitat.

Una temperatura adequada de l'oli optimitza el rendiment i allarga la vida útil dels components. Les revisions regulars del sistema de refrigeració, com la neteja dels radiadors i la inspecció de ventiladors/bombes, preveuen el sobrecalentament a causa d'una mala dissipació de calor. Totes les dades de prova, registres de manteniment i registres de substitució haurien de ser detallats, digitalitzats i analitzats per formar perfils de salut, permetent la planificació de manteniment refinada i basada en dades.

3 Conclusió

L'operació i manteniment dels transformadors en parcs eòlics combinen la precisió tècnica amb la gestió intel·ligent i la sostenibilitat. Integrant la monitorització avançada, els algoritmes d'IA i l'experiència tradicional, s'aconsegueix millorar la predicció de fallecs, optimitzar els cicles de manteniment, assegurar la fiabilitat del subministrament d'energia i maximitzar l'ús del recurs eòlic. Aquest estudi, a través de l'anàlisi de les característiques operatives, la proposició d'optimitzacions de manteniment i la previsió de tendències, ofereix valorsos coneixements per als enginyers de l'energia eòlica i els prescriptors de decisions.