Projevy selhání a strategie operační údržby pro transformátory agregátních souborů a transformátory větrných farm

1. Projevy selhání transformátoru v sadě generátorů

1.1 Nenormální teplotní nárůst

Nenormální teplotní nárůst přímo odráží stav transformátoru a slouží jako klíčový indikátor poruchy. Během provozu dochází k přeměně elektromagnetické energie, což způsobuje železné a měděné ztráty, které se přeměňují na teplo. Aby byl zajistěn normální provoz, transformátory používají mechanismy odvodu tepla, jako je oběh oleje a tepelné záření, pro udržení vnitřní teplotní rovnováhy.

Termometry a online detekční systémy monitorují změny teploty horní vrstvy oleje a cívek. Když transformátor nefunguje správně, jsou narušeny rytmy odvodu tepla, což způsobuje nenormální teplotní špičky. To signalizuje potenciální problémy, jako jsou přetížení, stárnutí izolace nebo selhání chladicího systému, což naznačuje hlubší mechanické nebo elektrické poruchy.

1.2 Nenormální vibrace a hluk

Během normálního provozu transformátory produkuji slabé vibrace a slyšitelné zvuky. Střídavý proud v cívkách způsobuje periodické změny magnetického pole v železném jádru, což indukuje magnetostrickci v listech jádra. Jemné magnetické interakce mezi laminacemi a dynamické úpravy elektromagnetických sil uvnitř cívek generují pravidelné vibrace a zvuky, podobné "životnímu pulsu" transformátoru, který odráží harmonickou vnitřní elektromagnetickou aktivitu.

Pokud tento "puls" odchyluje (např. zvýšené vibrace, nenormální zvuky nebo atypické hluky, jak je znázorněno na obrázku 1), může to odhalit skryté poruchy. Uvolněné vnitřní komponenty, krátké spojení v cívkách nebo krátké spojení jádra se zemí mohou narušit přeměnu energie, což způsobí dodatečný mechanický zatěžování a elektromagnetické rušení. Přesné sledování a analýza vibrací a hluku jsou klíčové pro diagnostiku a vytváření strategií preventivní údržby.

1.3 Nenormální hladina oleje

Transformátorový olej, označovaný jako "krev" pro zajištění bezpečného provozu zařízení, plní více klíčových rolí jako prostředek pro odvod tepla, izolační bariéra a luhovací činidlo. Jeho dostatečná objemová hodnota přímo určuje, zda transformátor může udržovat stabilní a efektivní provoz v komplexních pracovních podmínkách.

Sledování hladiny oleje je dosaženo pomocí přesně navrženého ukazatele hladiny oleje, který funguje jako "kapalinový barometr" pro transformátor, odrážející reálné změny vnitřního objemu oleje. Jakmile ukazatel hladiny oleje ukazuje nenormální hodnoty, zejména když hladina oleje klesne pod standardní čáru, jedná se v žádném případě o jednoduché snížení množství oleje, ale o varovný signál o potenciálních vážných rizicích: Pokles hladiny oleje drasticky sníží efektivitu chlazení, což způsobí akumulaci tepla a intenzivnější teplotní nárůst uvnitř transformátoru, urychlující stárnutí izolačních materiálů.

Zároveň nedostatečný olej oslabí izolační ochranu vnitřních komponent, což značně zvýší riziko obloukového výboje, které může dále vyvolat katastrofální poruchy, jako jsou krátké spojení, a ohrozit bezpečný provoz celého elektrického systému.

2. Strategie provozu a údržby transformátorů větrných turbín ve větrných farma
2.1 Obecná kontrola transformátorů

Elektrické transformátory umožňují vysokonapěťovou přenos a stabilní dodávku 220V elektrické energie na straně uživatele prostřednictvím regulace napětí, a jejich provoz a údržba jsou klíčové pro stabilitu elektrického systému. Velká větrná farma, která má k dispozici velké množství široce rozprostřených transformátorů, používá kombinovaný způsob vzdáleného monitoringu a místní kontroly: Vzdálený monitoring používá online systémy k sledování provozních parametrů, s každodenními rutinními kontrolami a zesíleným monitorováním během vrcholových období k zaznamenání dat, jako je zatěžování a napětí, s včasnou likvidací nepravidelností; místní kontroly zahrnují externí struktury, olejové uzávěry, spoje vedení a stav Buchholzových relé, s cílenými inspekčními kontrolami v speciálních povětrnostních podmínkách. Po implementaci se průměrná roční frekvence poruch transformátorů snížila z 3 % na méně než 1 %.

2.2 Zlepšení inteligentního provozu systému

Inteligentní systémy provozu a údržby vyžadují spolupráci zařízení a schopnosti zpracování dat. Současné technologie těžko splňují potřeby komplexních scénářů, jako je dodávka elektrické energie na vysokonapěťové straně, což vyžaduje vytvoření nových modelů. Výzkum a vývoj následují proces "teoretický koncept - laboratorní ověření - praktické uplatnění", kombinují technologie, jako je cloud computing, k vytvoření modulárních architektur, které jsou nasazeny po testování na virtuálních platformách. Po tříměsíčním ladění systému se frekvence poruch transformátorů snížila o 30 % v prvním měsíci provozu, což umožnilo rané varování před potenciálními poruchami.

2.3 Posílení preventivní práce

Preventivní údržba je klíčovou strategií, která se snaží eliminovat skrytá rizika prostřednictvím aktivních inspekčních kontrol. Větrná farma používá online systémy k monitorování parametrů, jako je teplota oleje, provádí čtvrtletní analýzu vzorků oleje pro hodnocení stavu izolace a optimalizuje řídicí systémy pro zjasnění pracovních povinností. Údržba suchých transformátorů zahrnuje čištění železného jádra, kontrolu obalu a cívek a údržbu styčných ploch sběrače. Po implementaci se neočekávaná doba výpadku snížila z 240 hodin na 40 hodin, ekonomické ztráty klesly z 5 milionů jüanů na 800 000 jüanů a průměrná doba mezi poruchami (MTBF) se zvýšila z 2 000 hodin na 4 500 hodin.

2.4 Údržba a správa oleje

Ve větrné energetice jsou transformátory větrných farem – klíčové zařízení pro převod energie – přímo ovlivňují celkovou efektivitu a ekonomické výnosy. Snažíce se o efektivní provoz, musí větrné farmy splňovat sociální odpovědnost tím, že prosazují zelené metody údržby. Jako klíčová součást životního cyklu transformátoru poskytuje údržba oleje nejen dlouhodobou spolehlivost, ale také podporuje udržitelný provoz.

Transformátorový olej, označovaný jako "krev" transformátoru, je klíčový pro odvod tepla; jeho kvalita určuje elektrické vlastnosti a životnost. Pravidelné testování je proto klíčové, zaměřuje se na dva aspekty: 1) fyzikální a chemické vlastnosti (dielektrická síla, kyselost, vlhkost, kontaminace částicemi); 2) Analýza rozpustných plynů (DGA), která detekuje vodík, acetylen, etylen atd., aby varovala před vnitřními poruchami (částečný výboj, přetopení, obloukové výboje) a podporovala preventivní údržbu.

Čištění a výměna oleje jsou klíčové pro údržbu. S časem se olej degraduje vlivem tepla, oxidace a akumulace kontaminantů. Efektivní online/offline filtrace odstraňuje vlhkost, kontaminace a volný uhlík, obnovuje izolaci a tepelný přenos. Včasná výměna oleje, založená na přísné kvalitativní a ekonomické analýze při vzniku stárnutí, maximalizuje nákladovou efektivitu.

Správná teplota oleje optimalizuje výkon a prodlužuje životnost komponent. Pravidelné kontroly chladicího systému – čištění chladičů, kontrola ventilátorů/pump – brání přetopení z důvodu špatného odvodu tepla. Všechna testovací data, záznamy údržby a protokoly výměny by měly být detailně, digitalizovány a analyzovány, aby vytvořily zdravotní profily, umožňující datově podporované, precizní plánování údržby.

3 Závěr

Provoz a údržba transformátorů ve větrných farmách kombinují technickou přesnost s inteligentní správou a udržitelností. Integrace pokročilého monitoringu, algoritmů umělé inteligence a tradičních zkušeností zlepšuje predikci poruch, optimalizuje cykly údržby, zajišťuje spolehlivost dodávky elektrické energie a maximalizuje využití větrných zdrojů. Tato studie, prostřednictvím analýzy provozních charakteristik, návrhu optimalizací údržby a prognózování trendů, nabízí cenné poznatky pro inženýry větrné energie a rozhodovací orgány.