Признаки неисправностей и стратегии эксплуатационного обслуживания трансформаторов генераторных установок и ветропарков

1. Признаки неисправностей трансформаторов генераторных установок

1.1 Аномальное повышение температуры

Аномальное повышение температуры напрямую отражает состояние здоровья трансформатора и служит ключевым индикатором неисправности. В процессе работы преобразование электромагнитной энергии вызывает потери в железе и меди, которые превращаются в тепло. Для обеспечения нормальной работы трансформаторы используют системы рассеивания тепла, такие как циркуляция масла и тепловое излучение, чтобы поддерживать внутренний температурный баланс.

Термометры и системы онлайн-мониторинга следят за изменениями температуры верхнего слоя масла и обмоток. Когда трансформатор выходит из строя, ритмы рассеивания тепла нарушаются, что вызывает аномальные скачки температуры. Это сигнализирует о возможных проблемах, таких как перегрузка, старение изоляции или отказ системы охлаждения, указывая на более глубокие механические или электрические неисправности.

1.2 Аномальная вибрация и шум

В нормальном режиме работы трансформаторы создают слабые вибрации и слышимые звуки. Переменный ток в обмотках вызывает периодические изменения магнитного поля в железном сердечнике, вызывая магнитострикцию в листах сердечника. Тонкие магнитные взаимодействия между ламелями и динамические корректировки электромагнитных сил внутри катушек генерируют регулярные вибрации и звуки — это похоже на «пульс» трансформатора, отражающий гармоничную внутреннюю электромагнитную активность.

Если этот «пульс» отклоняется (например, увеличивается вибрация, появляются аномальные звуки или необычные шумы, как показано на рисунке 1), это может свидетельствовать о скрытых неисправностях. Ослабление внутренних компонентов, короткие замыкания обмоток или короткие замыкания сердечника на землю могут нарушить преобразование энергии, вызывая дополнительные механические напряжения и электромагнитные помехи. Точное мониторинг и анализ вибраций и шума критически важны для диагностики и разработки стратегий профилактического обслуживания.

1.3 Аномальный уровень масла

Трансформаторное масло, называемое «кровью» для обеспечения безопасной работы оборудования, играет множество ключевых ролей, таких как средство рассеивания тепла, изоляционный барьер и агент для гашения дуг. Достаточность его объема напрямую определяет, сможет ли трансформатор поддерживать стабильную и эффективную работу в сложных условиях эксплуатации.

Мониторинг уровня масла осуществляется с помощью точно спроектированного индикатора уровня масла, который действует как «жидкий барометр» для трансформатора, отражая реальные изменения внутреннего объема масла. Как только индикатор уровня масла показывает аномалии, особенно когда уровень масла падает ниже стандартной отметки, это вовсе не простое уменьшение количества масла, а предупредительный сигнал о потенциальных серьезных рисках: снижение уровня масла значительно уменьшит эффективность охлаждения, вызывая накопление тепла и усиленный рост температуры внутри трансформатора, ускоряя старение изоляционных материалов.

Кроме того, недостаток масла ослабит изоляционную защиту внутренних компонентов, значительно увеличивая риск возникновения дуговых разрядов, что может привести к катастрофическим неисправностям, таким как короткие замыкания, и угрожать безопасной работе всей энергосистемы.

2. Стратегии эксплуатации и обслуживания трансформаторов ветрогенераторов на ветропарках
2.1 Общая проверка трансформаторов

Электрические трансформаторы обеспечивают высоковольтную передачу и стабильное питание 220 В на стороне потребителя путем регулирования напряжения, и их эксплуатация и обслуживание критически важны для стабильности энергосистемы. Большой ветропарк, сталкивающийся с большим количеством широко распределенных трансформаторов, использует комбинированный режим удаленного мониторинга и осмотра на месте: удаленный мониторинг использует онлайн-системы для контроля рабочих параметров, с ежедневными рутинными проверками и усиленным мониторингом в пиковые периоды, чтобы фиксировать данные, такие как нагрузка и напряжение, с своевременной ликвидацией аномалий; осмотры на месте охватывают внешние конструкции, масляные уплотнения, линейные соединения и состояние реле Бухгольца, с целевыми проверками в особых погодных условиях. После внедрения годовой средний коэффициент отказов трансформаторов снизился с 3% до менее 1%.

2.2 Улучшение работы интеллектуальных систем

Интеллектуальные системы эксплуатации и обслуживания требуют как сотрудничества оборудования, так и способности обрабатывать данные. Существующие технологии едва ли могут удовлетворить потребности сложных сценариев, таких как питание высоковольтной стороны, что требует создания новых моделей. Исследования и разработка следуют процессу «теоретическое концептуализирование — лабораторная верификация — практическое применение», объединяя технологии, такие как облачные вычисления, для разработки модульных архитектур, которые развертываются после тестирования на виртуальных платформах. После трех месяцев настройки системы коэффициент отказов трансформаторов снизился на 30% в первый месяц эксплуатации, что позволило раннее предупреждение о потенциальных неисправностях.

2.3 Усиление профилактической работы

Профилактическое обслуживание является ключевой стратегией, направленной на устранение скрытых опасностей через активные проверки. Ветропарк использует онлайн-системы для мониторинга параметров, таких как температура масла, проводит квартальный анализ проб масла для оценки состояния изоляции и оптимизирует системы управления, чтобы четко определить должностные обязанности. Обслуживание сухих трансформаторов включает очистку сердечника, проверку корпуса и обмоток, а также обслуживание контактных поверхностей шин. После внедрения неплановые простои сократились с 240 часов до 40 часов, экономические потери снизились с 5 миллионов юаней до 800 тысяч юаней, а среднее время между отказами (MTBF) увеличилось с 2000 часов до 4500 часов.

2.4 Обслуживание и управление маслом

В ветроэнергетике трансформаторы ветропарков, являясь ключевым оборудованием для преобразования энергии, напрямую влияют на общую эффективность и экономическую выгоду. В то время как ветропарки стремятся к эффективной эксплуатации, они должны выполнять социальные обязательства, продвигая экологически чистые методы обслуживания. Как часть управления жизненным циклом трансформаторов, обслуживание масла не только обеспечивает долгосрочную надежность, но и поддерживает устойчивую эксплуатацию.

Трансформаторное масло, «кровь» трансформаторов, критически важно для рассеивания тепла; его качество определяет электрические характеристики и срок службы. Регулярное тестирование крайне важно, сосредоточено на двух аспектах: 1) физические и химические свойства (диэлектрическая прочность, кислотное число, влага, загрязнение частицами); 2) Анализ растворенных газов (DGA), который обнаруживает водород, ацетилен, этилен и т.д., чтобы рано предупреждать о внутренних неисправностях (частичные разряды, перегрев, дуги) и поддерживать профилактическое обслуживание.

Очистка и замена масла являются ключевыми элементами обслуживания. Со временем масло ухудшается из-за нагрева, окисления и накопления загрязнений. Эффективная онлайн/оффлайн фильтрация удаляет влагу, загрязнения и свободный углерод, восстанавливая изоляцию и теплопередачу. Своевременная замена масла, основанная на строгом анализе качества и экономической эффективности при старении, максимизирует стоимость.

Правильная температура масла оптимизирует производительность и продлевает срок службы компонентов. Регулярные проверки системы охлаждения — очистка радиаторов, проверка вентиляторов/насосов — предотвращают перегрев из-за плохого рассеивания тепла. Все данные испытаний, записи по обслуживанию и журналы замены должны быть детализированы, цифровизированы и проанализированы, чтобы сформировать профили здоровья, позволяющие планировать обслуживание на основе данных и с высокой точностью.

3 Заключение

Эксплуатация и обслуживание трансформаторов в ветропарках сочетают техническую точность, интеллектуальное управление и устойчивость. Интеграция передовых систем мониторинга, алгоритмов искусственного интеллекта и традиционного опыта улучшает прогнозирование неисправностей, оптимизирует циклы обслуживания, обеспечивает надежность питания и максимальное использование ветровых ресурсов. Данное исследование, анализируя эксплуатационные характеристики, предлагая оптимизации обслуживания и прогнозируя тенденции, предоставляет ценные знания для инженеров и лиц, принимающих решения, в области ветроэнергетики.