Fehlersymptome und Betriebswartungsstrategien für Generator-Transformatoranlagen und Windpark-Transformatoranlagen

1. Auswirkungen von Generator-Transformatorausfällen

1.1 Abnormale Temperaturerhöhung

Eine abnormale Temperaturerhöhung spiegelt direkt die Gesundheit eines Transformators wider und dient als wichtiger Fehlalarm. Während des Betriebs führt die Umwandlung elektromagnetischer Energie zu Eisen- und Kupferverlusten, die in Wärme umgewandelt werden. Um den normalen Betrieb sicherzustellen, verwenden Transformatoren Wärmeableitungsmechanismen wie Ölumlauf und Wärmestrahlung, um ein internes Temperaturgleichgewicht aufrechtzuerhalten.

Thermometer und Online-Detektionssysteme überwachen die Temperaturänderungen des oberen Ölschichts und der Wicklungen. Wenn ein Transformator ausfällt, werden die Wärmeableitungsrhythmen gestört, was zu abnormen Temperaturspikes führt. Dies deutet auf potenzielle Probleme wie Überlast, Isolierstoffalterung oder Kühlversagens hin, was auf tiefere mechanische oder elektrische Fehler hindeutet.

1.2 Abnorme Vibrationen und Geräusche

Während des normalen Betriebs erzeugen Transformatoren schwache Vibrationen und hörbare Geräusche. Der Wechselstrom in den Wicklungen verursacht periodische Veränderungen des magnetischen Feldes im Eisengehäuse, was Magnetostriction in den Kernplatten induziert. Subtile magnetische Wechselwirkungen zwischen den Laminaten und dynamische Anpassungen der elektromagnetischen Kräfte innerhalb der Spulen erzeugen regelmäßige Vibrationen und Geräusche – vergleichbar mit dem „Lebenspuls“ des Transformators, der harmonische interne elektromagnetische Aktivitäten widerspiegelt.

Wenn dieser „Puls“ abweicht (z.B. erhöhte Vibration, untypische Töne oder atypische Geräusche, siehe Abbildung 1), kann dies auf verborgene Fehler hinweisen. Locker sitzende interne Komponenten, Kurzschlüsse in den Wicklungen oder Kern-zu-Erde-Kurzschlüsse können die Energiewandlung stören, was zusätzlichen mechanischen Stress und elektromagnetische Störungen verursacht. Eine präzise Überwachung und Analyse von Vibrationen und Geräuschen sind entscheidend für die Diagnose und die Erstellung präventiver Wartungsstrategien.

1.3 Abnormes Öllevel

Transformatoröl, das als „Lebensblut“ zur Sicherstellung des sicheren Betriebs der Ausrüstung bezeichnet wird, spielt mehrere zentrale Rollen als Wärmeableitungsmedium, Isolierungsschranke und Bogenlöschmittel. Die Angemessenheit seines Volumens bestimmt direkt, ob der Transformator unter komplexen Arbeitsbedingungen stabil und effizient arbeiten kann.

Die Überwachung des Öllevels erfolgt durch einen präzise konstruierten Ölstandsanzeiger, der wie ein „flüssiges Barometer“ für den Transformator fungiert und die Echtzeitänderungen des internen Ölstands widerspiegelt. Sobald der Ölstandsanzeiger Anomalien zeigt – insbesondere wenn das Öllevel unter die Standardlinie fällt – handelt es sich keinesfalls nur um eine einfache Reduzierung der Ölmenge, sondern um ein Warnsignal, das auf potenzielle ernsthafte Risiken hinweist: Ein Rückgang des Öllevels verringert drastisch die Kühlleistung, was zu Wärmeanreicherung und verstärkter Temperaturerhöhung im Inneren des Transformators führt und die Alterung der Isoliermaterialien beschleunigt.

Gleichzeitig schwächt unzureichendes Öl die Isolierungsschutz für interne Komponenten, was das Risiko von Bogenentladungen erheblich erhöht, was möglicherweise weitere katastrophale Fehler wie Kurzschlüsse auslösen und den sicheren Betrieb des gesamten Stromnetzes bedrohen kann.

2. Betriebs- und Wartungsstrategien für Transformatoren von Windturbinen in Windparks
2.1 Allgemeine Prüfung von Transformatoren

Stromtransformatoren ermöglichen die Hochspannungübertragung und die stabile 220V-Stromversorgung am Endverbraucher durch Spannungsregelung, und ihr Betrieb und ihre Wartung sind entscheidend für die Stabilität des Stromnetzes. Ein großer Windpark, der mit einer großen Anzahl weit verteilten Transformatoren konfrontiert ist, setzt ein kombiniertes Modell aus Fernüberwachung und vor Ort-Inspektion ein: Fernüberwachung nutzt Onlinesysteme, um Betriebsparameter zu überwachen, mit täglichen Routineprüfungen und intensivierten Überwachungen während Spitzenzeiten, um Daten wie Last und Spannung zu erfassen und Anomalien zeitgerecht zu beseitigen; vor Ort-Inspektionen umfassen externe Strukturen, Öldichtungen, Leitungsverbindungen und den Zustand von Buchholz-Relais, mit gezielten Inspektionen in besonderen Wetterbedingungen. Nach der Umsetzung sank die jährliche Durchschnittsausfallrate der Transformatoren von 3% auf unter 1%.

2.2 Verbesserung des intelligenten Systembetriebs

Intelligente Betriebs- und Wartungssysteme benötigen sowohl Gerätekooperation als auch Datenverarbeitungsfähigkeiten. Bestehende Technologien können den Anforderungen komplexer Szenarien wie der Hochspannungsseite der Stromversorgung kaum gerecht werden, wodurch neue Modelle entwickelt werden müssen. Die Forschung und Entwicklung folgen dem Prozess „theoretische Konzeption - Laborverifizierung - praktische Anwendung“, indem Technologien wie Cloud Computing kombiniert werden, um modulare Architekturen zu entwickeln, die nach Tests auf virtuellen Plattformen eingesetzt werden. Nach drei Monaten der Systemanpassung sank die Ausfallrate der Transformatoren im ersten Betriebsmonat um 30%, was eine frühzeitige Warnung vor potenziellen Fehlern ermöglichte.

2.3 Stärkung der Präventivarbeit

Präventive Wartung ist eine Kernstrategie, die darauf abzielt, durch aktive Inspektionen versteckte Gefahren zu beseitigen. Der Windpark verwendet Onlinesysteme, um Parameter wie Öltemperatur zu überwachen, führt vierteljährliche Ölprobenanalysen durch, um den Isolationsstatus zu bewerten, und optimiert Management-Systeme, um Aufgabenverantwortlichkeiten zu klären. Die Wartung trockener Transformatoren umfasst das Reinigen des Eisengehäuses, die Inspektion der Gehäuse und Wicklungen sowie die Pflege der Busbar-Kontaktoberflächen. Nach der Umsetzung sank die unplanmäßige Stilllegungszeit von 240 Stunden auf 40 Stunden, die wirtschaftlichen Verluste von 5 Millionen Yuan auf 800.000 Yuan, und die mittlere Zeit zwischen Fehlern (MTBF) stieg von 2.000 Stunden auf 4.500 Stunden.

2.4 Ölwartung und -management

In der Windenergiegewinnung haben die Transformatoren von Windparks – die Kernenergieumwandlungseinrichtungen – direkten Einfluss auf die Gesamteffizienz und wirtschaftliche Rendite. Neben der Verfolgung effizienter Operationen müssen Windparks soziale Verantwortung übernehmen, indem sie grüne Wartungspraktiken vorantreiben. Als zentraler Teil des Transformator-Lebenszyklus-Managements sorgt Ölwartung nicht nur für langfristige Zuverlässigkeit, sondern unterstützt auch nachhaltige Operationen.

Transformatoröl, das „Lebensblut“ der Transformatoren, ist entscheidend für die Wärmeableitung; seine Qualität bestimmt die elektrische Leistung und die Lebensdauer. Regelmäßige Tests sind daher entscheidend, mit dem Fokus auf zwei Aspekte: 1) physikalische und chemische Eigenschaften (Durchschlagsfestigkeit, Säurewert, Feuchtigkeit, Partikelverschmutzung); 2) Gelöste Gasanalyse (DGA), die Wasserstoff, Acetylen, Ethan, usw. erkennt, um interne Fehler (teilweise Entladung, Überhitzung, Bogenbildung) frühzeitig zu warnen und präventive Wartung zu unterstützen.

Ölreinigung und -austausch sind Schlüsselkomponenten der Wartung. Mit der Zeit verschlechtert sich das Öl aufgrund von Hitze, Oxidation und Verschmutzung. Effiziente Online-/Offline-Filtration entfernt Feuchtigkeit, Verunreinigungen und freies Kohlenstoff, wodurch die Isolation und Wärmeübertragung wiederhergestellt werden. Einen zeitgerechten Ölwechsel, basierend auf strenger Qualitäts- und Kostenanalyse bei Alterung, maximiert die Kosteneffizienz.

Eine angemessene Öltemperatur optimiert die Leistung und verlängert die Lebensdauer der Komponenten. Regelmäßige Prüfungen des Kühlungssystems – Reinigung von Kühler, Inspektion von Ventilatoren/Pumpen – verhindern Überhitzung durch mangelnde Wärmeabgabe. Alle Testdaten, Wartungsprotokolle und Austauschprotokolle sollten detailliert, digitalisiert und analysiert werden, um Gesundheitsprofile zu erstellen, die datengesteuerte, verfeinerte Wartungsplanung zu ermöglichen.

3 Fazit

Der Betrieb und die Wartung von Transformatoren in Windparks vereinen technische Präzision mit intelligenter Verwaltung und Nachhaltigkeit. Die Integration fortschrittlicher Überwachung, KI-Algorithmen und traditioneller Erfahrungen verbessert die Fehlervorhersage, optimiert Wartungszyklen, gewährleistet die Zuverlässigkeit der Stromversorgung und maximiert die Nutzung der Windressourcen. Diese Studie bietet durch die Analyse von Betriebscharakteristika, die Vorschläge für Wartungsoptimierungen und Trendsprognosen wertvolle Einblicke für Windenergie-Ingenieure und Entscheidungsträger.