발전기 세트 변압기 및 풍력 발전소 변압기의 고장 현상과 운용 유지보수 전략

1. 발전기 세트 변압기 고장의 현상

1.1 비정상적인 온도 상승

비정상적인 온도 상승은 변압기의 상태를 직접적으로 반영하며 주요 고장 경고 지표입니다. 작동 중에는 전자기 에너지 변환으로 인해 철과 구리 손실이 발생하여 열로 변환됩니다. 정상적인 작동을 위해 변압기는 기름 순환 및 열 방사와 같은 열 소산 메커니즘을 사용하여 내부 온도 균형을 유지합니다.

온도계와 온라인 감지 시스템은 상층 기름과 권선 온도 변화를 모니터링합니다. 변압기가 고장이 발생하면 열 소산 리듬이 교란되어 비정상적인 온도 상승이 일어납니다. 이는 과부하, 절연 노화, 냉각 시스템 고장 등 잠재적인 문제를 신호하며, 더 깊은 기계적 또는 전기적 고장을 암시합니다.

1.2 비정상적인 진동과 소음

정상적인 작동 중에 변압기는 약한 진동과 들리는 소음을 생성합니다. 권선에서의 교류 전류는 철 코어에서 주기적인 자기장 변화를 유발하여 코어 판에서 자기 수축을 일으킵니다. 판 사이의 미묘한 자기 상호작용과 코일 내의 동적 전자기력 조정은 규칙적인 진동과 소음을 생성합니다. 이는 변압기의 "생명체 징후"와 같아, 조화로운 내부 전자기 활동을 반영합니다.

이 "생명체 징후"가 편차가 생길 경우 (예: 증가된 진동, 비정상적인 음향, 특이한 소음, 도표 1 참조), 숨겨진 고장을 나타낼 수 있습니다. 내부 구성 요소의 느슨함, 권선 단락, 코어 대 접지 단락은 에너지 변환을 방해하여 추가적인 기계적 스트레스와 전자기 교란을 일으킬 수 있습니다. 진동과 소음의 정확한 모니터링 및 분석은 진단과 예방 유지보수 전략 수립에 중요합니다.

1.3 비정상적인 기름 수위

변압기 기름은 안전한 설비 작동을 보장하는 "생명체"로, 열 소산 매개체, 절연 장벽, 그리고 아크 소멸제 역할을 합니다. 그 양의 적절성은 복잡한 작업 조건 하에서 변압기가 안정적이고 효율적으로 작동할 수 있는지를 결정합니다.

기름 수위 모니터링은 정밀하게 설계된 기름 수위 표시기를 통해 이루어집니다. 이는 변압기의 "액체 기압계" 역할을 하며, 내부 기름량의 실시간 변화를 반영합니다. 기름 수위 표시기가 비정상을 나타내면, 특히 기름 수위가 표준선 아래로 떨어질 때, 그것은 단순히 기름 양의 감소가 아니라 잠재적인 심각한 위험을 알리는 경고 신호입니다. 기름 수위의 감소는 냉각 효율을 크게 줄여서 변압기 내부에서 열 축적이 가속되고, 절연 재료의 노화가 가속됩니다.

또한, 기름 부족은 내부 구성 요소의 절연 보호를 약화시키며, 아크 방전의 위험을 크게 증가시켜, 단락 등의 치명적인 고장이 발생하고 전체 전력 시스템의 안전한 운영을 위협할 수 있습니다.

2. 풍력 발전소의 풍력 터빈 변압기 운영 및 유지보수 전략
2.1 변압기의 일반 검사

전력 변압기는 전압 조정을 통해 고압 전송과 사용자 단에서의 안정적인 220V 전력 공급을 달성하며, 그 운영 및 유지보수는 전력 시스템의 안정성에 중요합니다. 많은 수의 넓게 분포된 변압기를 보유한 큰 풍력 발전소는 원격 모니터링과 현장 검사를 결합한 모드를 채택합니다. 원격 모니터링은 온라인 시스템을 통해 운전 매개변수를 모니터링하며, 일상적인 루틴 점검과 피크 시간 동안 강화된 모니터링을 통해 부하와 전압과 같은 데이터를 기록하고 이상을 즉시 처리합니다. 현장 검사는 외부 구조, 기름 밀봉, 선로 연결, 부흐홀츠 계전기 상태 등을 포함하며, 특수 날씨 조건에서는 목표 검사를 수행합니다. 이러한 조치를 시행한 후, 변압기의 연간 평균 고장률이 3%에서 1% 미만으로 감소했습니다.

2.2 지능형 시스템 운영 개선

지능형 운영 및 유지보수 시스템은 장비 협업과 데이터 처리 능력을 모두 필요로 합니다. 기존 기술은 고압측 전력 공급과 같은 복잡한 시나리오의 요구를 충족하기 어렵기 때문에 새로운 모델을 구축해야 합니다. 연구 및 개발은 "이론적 개념 - 실험실 검증 - 실제 적용"의 프로세스를 따르며, 클라우드 컴퓨팅과 같은 기술을 결합하여 모듈식 아키텍처를 개발하고, 가상 플랫폼에서 테스트 후 배포합니다. 3개월 간의 시스템 디버깅 후, 변압기의 고장률이 운영 첫 달에 30% 감소하여 잠재적 고장의 조기 경보가 가능해졌습니다.

2.3 예방 작업 강화

예방 유지보수는 핵심 전략으로, 적극적인 점검을 통해 잠재적 위험을 제거하는 것을 목표로 합니다. 풍력 발전소는 온라인 시스템을 통해 기름 온도와 같은 매개변수를 모니터링하고, 분기별 기름 샘플 분석을 통해 절연 상태를 평가하며, 관리 시스템을 최적화하여 직무 책임을 명확히 합니다. 건식 변압기 유지보수는 철 코어 청소, 케이싱 및 권선 점검, 버스바 접촉면 유지 관리를 포함합니다. 이러한 조치를 시행한 후, 예정되지 않은 중단 시간이 240시간에서 40시간으로, 경제적 손실이 5백만 위안에서 80만 위안으로, 평균 고장 간격(MTBF)이 2,000시간에서 4,500시간으로 증가했습니다.

2.4 기름 유지보수 및 관리

풍력 발전에서 풍력 발전소 변압기는 핵심 에너지 변환 장비로서, 전체 효율과 경제적 수익에 직접적인 영향을 미칩니다. 효율적인 운영을 추구하면서 풍력 발전소는 녹색 유지보수 관행을 통해 사회적 책임을 이행해야 합니다. 변압기 수명 주기 관리의 핵심 부분인 기름 유지보수는 장기적인 신뢰성을 보장하고 지속 가능한 운영을 지원합니다.

변압기 기름은 변압기의 "생명체"로, 열 소산에 중요한 역할을 합니다. 그 품질은 전기 성능과 수명을 결정합니다. 정기적인 테스트는 두 가지 측면에 집중해야 합니다: 1) 물리적 및 화학적 특성(절연 강도, 산 값, 수분, 입자 오염); 2) 용해 가스 분석(DGA), 수소, 아세틸렌, 에틸렌 등을 검출하여 내부 고장(국부 방전, 과열, 아크)을 조기에 경고하고 예방 유지보수를 지원합니다.

기름 정제 및 교체는 유지보수의 핵심입니다. 시간이 지남에 따라 기름은 열, 산화, 오염물 축적으로 인해 변질됩니다. 효과적인 온라인/오프라인 여과는 수분, 불순물, 자유 탄소를 제거하여 절연과 열 전달을 회복합니다. 노화가 발생했을 때 엄격한 품질 및 경제적 분석에 기반한 적시 기름 교체는 비용 효율성을 최대화합니다.

적절한 기름 온도는 성능을 최적화하고 구성 요소 수명을 연장합니다. 정기적인 냉각 시스템 점검- 라디에이터 청소, 팬/펌프 점검-은 열 소산이 부족하여 과열되는 것을 방지합니다. 모든 테스트 데이터, 유지보수 기록, 교체 로그는 상세하게, 디지털화되어 분석되어 건강 프로필을 형성하여 데이터 기반, 세밀한 유지보수 계획을 가능하게 합니다.

3 결론

풍력 발전소의 변압기 운영 및 유지보수는 기술적 정밀성, 지능적 관리, 지속 가능성의 조합입니다. 고급 모니터링, AI 알고리즘, 전통적인 경험을 통합하여 고장 예측을 개선하고, 유지보수 주기를 최적화하며, 전력 공급 신뢰성을 보장하고, 풍력 자원 활용을 극대화합니다. 이 연구는 운영 특성을 분석하고, 유지보수 최적화를 제안하며, 트렌드를 예측하여 풍력 공학자와 의사결정자에게 가치 있는 통찰력을 제공합니다.