Manifestazioni di guasto e strategie di manutenzione per trasformatori di gruppi eolici e trasformatori di parco eolico

1. Manifestazioni dei guasti nei trasformatori di gruppi elettrogeni

1.1 Aumento anomalo della temperatura

L'aumento anomalo della temperatura riflette direttamente la salute del trasformatore e funge da indicatore chiave di avviso di guasto. Durante l'operazione, la conversione dell'energia elettromagnetica causa perdite di ferro e rame, che si trasformano in calore. Per garantire il funzionamento normale, i trasformatori utilizzano meccanismi di dissipazione del calore come la circolazione dell'olio e la radiazione termica per mantenere l'equilibrio della temperatura interna.

Termometri e sistemi di rilevazione online monitorano le variazioni di temperatura dell'olio superiore e delle spire. Quando un trasformatore ha un malfunzionamento, i ritmi di dissipazione del calore vengono interrotti, causando aumenti anomali della temperatura. Questo segnala potenziali problemi come sovraccarico, invecchiamento dell'isolamento o guasto del sistema di raffreddamento, suggerendo problemi meccanici o elettrici più profondi.

1.2 Vibrazioni e rumori anomali

In condizioni normali, i trasformatori producono vibrazioni e rumori deboli. La corrente alternata nelle spire causa cambiamenti periodici del campo magnetico nel nucleo di ferro, inducendo magnetostrizione nelle lamelle del nucleo. Interazioni magnetiche sottili tra le lamine e regolazioni dinamiche della forza elettromagnetica all'interno delle spire generano vibrazioni e suoni regolari, simili al "polso vitale" del trasformatore, che riflette l'attività elettromagnetica armoniosa interna.

Se questo "polso" si discosta (ad esempio, aumento delle vibrazioni, audio anomalo o rumori atipici, come in Figura 1), può rivelare guasti nascosti. Componenti interni allentati, cortocircuiti nelle spire o cortocircuiti tra il nucleo e il terreno possono interrompere la conversione dell'energia, causando stress meccanico aggiuntivo e disturbi elettromagnetici. Il monitoraggio e l'analisi precisi delle vibrazioni e dei rumori sono critici per la diagnosi e la strategia di manutenzione preventiva.

1.3 Livello anomalo dell'olio

L'olio del trasformatore, definito come il "sangue vitale" per garantire il funzionamento sicuro dell'equipaggiamento, svolge diversi ruoli fondamentali come mezzo di dissipazione del calore, barriera isolante e agente estintore di archi. L'adeguatezza del suo volume determina direttamente se il trasformatore può mantenere un funzionamento stabile ed efficiente in condizioni di lavoro complesse.

Il monitoraggio del livello dell'olio viene realizzato attraverso un indicatore di livello dell'olio progettato con precisione, che funge da "barometro liquido" per il trasformatore, riflettendo i cambiamenti in tempo reale del volume interno dell'olio. Una volta che l'indicatore di livello dell'olio mostra anomalie, specialmente quando il livello dell'olio scende al di sotto della linea standard, non è solo una semplice riduzione della quantità di olio, ma un segnale di avviso che indica potenziali rischi seri: una diminuzione del livello dell'olio riduce drasticamente l'efficienza del raffreddamento, causando l'accumulo di calore e un aumento intensificato della temperatura interna del trasformatore, accelerando l'invecchiamento dei materiali isolanti.

Contemporaneamente, l'olio insufficiente indebolisce la protezione isolante dei componenti interni, aumentando significativamente il rischio di scariche elettriche, che possono ulteriormente scatenare guasti catastrofici come cortocircuiti e minacciare il funzionamento sicuro dell'intero sistema di potenza.

2. Strategie operative e di manutenzione per i trasformatori di aerogeneratori nei parchi eolici
2.1 Ispezione generale dei trasformatori

I trasformatori di potenza raggiungono la trasmissione ad alta tensione e la fornitura stabile di energia a 220V agli utenti attraverso la regolazione della tensione, e la loro operazione e manutenzione sono cruciali per la stabilità del sistema di potenza. Un grande parco eolico, affrontando un gran numero di trasformatori ampiamente distribuiti, adotta una modalità combinata di monitoraggio remoto e ispezione sul posto: il monitoraggio remoto utilizza sistemi online per monitorare i parametri di funzionamento, con controlli di routine giornalieri e monitoraggio intensificato durante i periodi di punta per registrare dati come carico e tensione, con disposizione tempestiva delle anomalie; le ispezioni sul posto coprono strutture esterne, sigilli d'olio, connessioni di linee e lo stato dei relè Buchholz, con ispezioni mirate in condizioni meteorologiche particolari. Dopo l'implementazione, il tasso medio annuale di guasti dei trasformatori è sceso dal 3% al di sotto del 1%.

2.2 Miglioramento del funzionamento del sistema intelligente

I sistemi intelligenti di operazione e manutenzione richiedono sia la collaborazione degli equipaggiamenti che le capacità di elaborazione dei dati. Le tecnologie esistenti faticano a soddisfare le esigenze di scenari complessi come l'approvvigionamento di energia lato ad alta tensione, richiedendo la costruzione di nuovi modelli. La ricerca e lo sviluppo seguono il processo di "concezione teorica - verifica in laboratorio - applicazione pratica", combinando tecnologie come il cloud computing per sviluppare architetture modulari, che vengono implementate dopo i test su piattaforme virtuali. Dopo tre mesi di debug del sistema, il tasso di guasti dei trasformatori è diminuito del 30% nel primo mese di operazione, consentendo l'avviso precoce di potenziali guasti.

2.3 Rafforzamento del lavoro preventivo

La manutenzione preventiva è una strategia centrale, mirata a eliminare i pericoli latenti attraverso ispezioni attive. Il parco eolico utilizza sistemi online per monitorare parametri come la temperatura dell'olio, effettua analisi di campioni di olio trimestrali per valutare lo stato dell'isolamento e ottimizza i sistemi di gestione per chiarire le responsabilità dei posti. La manutenzione dei trasformatori a secco include la pulizia del nucleo, l'ispezione del rivestimento e delle spire e la manutenzione delle superfici di contatto delle bussole. Dopo l'implementazione, i tempi di inattività non pianificati sono passati da 240 ore a 40 ore, le perdite economiche sono scese da 5 milioni di yuan a 800.000 yuan e il tempo medio tra guasti (MTBF) è aumentato da 2.000 ore a 4.500 ore.

2.4 Manutenzione e gestione dell'olio

Nella generazione eolica, i trasformatori dei parchi eolici, essendo attrezzature chiave per la conversione dell'energia, hanno un impatto diretto sull'efficienza complessiva e sui rendimenti economici. Nell'ambito di un'operazione efficiente, i parchi eolici devono anche adempiere alle responsabilità sociali promuovendo pratiche di manutenzione verdi. Come parte centrale della gestione del ciclo di vita dei trasformatori, la manutenzione dell'olio non solo garantisce l'affidabilità a lungo termine, ma sostiene anche operazioni sostenibili.

L'olio del trasformatore, il "sangue vitale" dei trasformatori, è cruciale per la dissipazione del calore; la sua qualità determina le prestazioni elettriche e la durata di vita. I test regolari sono quindi vitali, concentrando l'attenzione su due aspetti: 1) proprietà fisiche e chimiche (resistenza dielettrica, valore acido, umidità, contaminazione da particelle); 2) Analisi dei Gas Dissolti (DGA), che rileva idrogeno, acetilene, etilene, ecc., per avvisare in anticipo sui guasti interni (scariche parziali, surriscaldamento, arcing) e supportare la manutenzione preventiva.

La purificazione e la sostituzione dell'olio sono chiavi per la manutenzione. Nel tempo, l'olio si degrada a causa del calore, dell'ossidazione e dell'accumulo di inquinanti. Filtri online/offline efficienti rimuovono l'umidità, le impurità e il carbonio libero, ripristinando l'isolamento e la trasmissione del calore. La sostituzione tempestiva dell'olio, basata su un'analisi rigorosa della qualità e dell'economia quando si verifica l'invecchiamento, massimizza la convenienza economica.

Una temperatura dell'olio appropriata ottimizza le prestazioni e prolunga la vita dei componenti. I controlli regolari del sistema di raffreddamento, come la pulizia dei radiatori e l'ispezione dei ventilatori/pompe, prevenendo il surriscaldamento dovuto a una cattiva dissipazione del calore. Tutti i dati di test, i registri di manutenzione e i log di sostituzione dovrebbero essere dettagliati, digitalizzati e analizzati per formare profili di salute, consentendo una pianificazione della manutenzione guidata dai dati e raffinata.

3 Conclusione

L'operazione e la manutenzione dei trasformatori nei parchi eolici uniscono la precisione tecnica, la gestione intelligente e la sostenibilità. Integrando il monitoraggio avanzato, gli algoritmi di intelligenza artificiale e l'esperienza tradizionale, si migliorano la previsione dei guasti, si ottimizzano i cicli di manutenzione, si garantisce l'affidabilità della fornitura di energia e si massimizza l'utilizzo delle risorse eoliche. Questo studio, attraverso l'analisi delle caratteristiche operative, la proposta di ottimizzazioni della manutenzione e la previsione delle tendenze, offre preziosi spunti per gli ingegneri e i decisori del settore eolico.