چه داده‌هایی را می‌توان از پایش نقاط داغ سیم‌پیچ ترانسفورماتور به دست آورد؟

اگر تا به حال در یک بعدازظهر گرم تابستانی در یک ایستگاه فرعی ایستاده اید و به طور پیوسته صدای یک ترانسفورماتور عظیم را تماشا می کنید در حالی که هوای اطراف شما با جریان الکتریکی ناگفته زمزمه می کند، می دانید که این اسب های کار چقدر برای آنلاین نگه داشتن شبکه برق حیاتی هستند. اما اگر این زمزمه یکنواخت خطری آرام و آرام را پنهان می‌کرد، چه اتفاقی می‌افتد - چیزی که می‌تواند یک عملیات معمولی را در صورت عدم رسیدگی به یک قطعی برنامه‌ریزی نشده تبدیل کند؟ اینجاست که پایش نقطه داغ سیم پیچ ترانسفورماتور وارد می‌شود، و من به‌عنوان تامین‌کننده‌ای متخصص در این فناوری، سال‌ها صرف تبدیل داده‌های خام حسگر به بینش‌های عملی کرده‌ام که دارایی‌های شبکه را در حال اجرا نگه می‌دارد. هنگامی که بیشتر مردم به نظارت ترانسفورماتور فکر می کنند، ممکن است ابزارهای بزرگ مانند آنالایزرهای گاز محلول یا سیستم های تخلیه جزئی را تصور کنند، اما داده های نقطه داغی که ما هر روز جمع آوری می کنیم، نوعی اطلاعات دانه ای و مختص زمان است که همه آن ابزارهای دیگر را مفیدتر می کند. بیایید دقیقاً اطلاعاتی را که یک سیستم مانیتورینگ نقطه داغ سیم پیچ ترانسفورماتور ثبت می کند، چرا اهمیت دارد و چگونه در یک استراتژی تعمیر و نگهداری شبکه گسترده تر قرار می گیرد، تجزیه و تحلیل کنیم.

اول، اجازه دهید روشن کنیم که یک نقطه داغ پر پیچ و خم چیست. در داخل یک ترانسفورماتور، سیم‌پیچ‌ها - سیم پیچ‌هایی از مس یا آلومینیوم که جریان الکتریکی را حمل می‌کنند - با عبور جریان از آنها گرم می‌شوند که محصول جانبی طبیعی مقاومت الکتریکی است. بیشتر این گرما در روغن اطراف پخش می شود، روغنی که به عنوان خنک کننده عمل می کند، اما همیشه مناطقی وجود دارد که گرما در آن محبوس می شود: بین پیچ های سیم پیچ محکم بسته شده، نزدیک اتصالات، یا در بخش هایی با عایق تخریب شده. این نقاط به دام افتاده، نقاط داغ هستند، و بسیار مهم هستند، زیرا گرمای بیش از حد تنها بزرگترین علت خرابی ترانسفورماتور است. استاندارد صنعت برای طول عمر ترانسفورماتور بر اساس دمای متوسط ​​روغن است، اما نقاط داغ می توانند به دمای 20 تا 50 درجه سانتیگراد بالاتر از میانگین برسد و در هر 10 درجه سانتیگراد گرمای اضافی، عمر عایق را به نصف کاهش دهد. این یک ریسک غیر خطی است، بنابراین داده‌های مربوط به این نقاط داغ نه تنها خوب است، بلکه ضروری است.

اولین نوع داده ای که ما با سیستم مانیتورینگ نقطه داغ ترانسفورماتور جمع آوری می کنیم، خوانش دمای نقطه داغ در زمان واقعی است، و منظور من واقعاً در زمان واقعی است، نه فواصل 15 یا 30 دقیقه ای که برخی از سیستم های قدیمی استفاده می کنند. سنسورهای ما مستقیماً روی سیم‌پیچ نصب می‌شوند، اغلب در مناطقی که گرما بیشتر در آنجا جمع می‌شود و هر 10 ثانیه اندازه‌گیری دما را انجام می‌دهند. این زیاده روی نیست - بارهای شبکه به طور مداوم تغییر می کند، به خصوص در ساعات اوج بار یا زمانی که طوفان خطوط مجاور را از بین می برد و ترانسفورماتور را مجبور به حمل جریان اضافی می کند. برای مثال، یک ایستگاه فرعی در شیکاگو اخیراً از این داده‌ها برای گرفتن نقطه داغی که تا دمای 118 درجه سانتی‌گراد در جریان شلوغی عصر دوشنبه، زمانی که شبکه در 90 درصد بار نامی خود بود، استفاده کرد. بدون آن جریان داده 10 ثانیه ای، تیم تعمیر و نگهداری دمای روغن را در بالای ساعت بررسی می کرد که 72 درجه ایمن را نشان می داد و علامت هشدار را از دست می داد. نقطه داغ ناشی از اتصال شل در یک شیر آب پیچ بود و آنها توانستند به جای مواجهه با خرابی ناگهانی در طول موج گرمای بعدی، تعمیر را در طول یک کاهش بار جزئی برنامه ریزی کنند.

اما اعداد خام دمایی تنها بخشی از داستان هستند. ما همچنین روندهای نسبی دمای نقاط داغ را در طول زمان جمع‌آوری می‌کنیم، و اینجاست که داده‌ها نه فقط واکنش‌پذیر، پیش‌بینی‌کننده می‌شوند. یک جهش منفرد نگران‌کننده است، اما یک روند صعودی مداوم - حتی در دماهایی که هنوز در محدوده مطمئن فعلی هستند - می‌تواند نشانه‌ای از یک مشکل باشد. به عنوان مثال، یک ترانسفورماتور در هیوستون نقطه داغی داشت که در طول یک دوره دو هفته ای 3 درجه سانتیگراد افزایش یافت، حتی با ثابت ماندن میانگین دمای روغن. تجزیه و تحلیل سیستم ما این روند را نشان داد، و هنگامی که تیم تحقیق کرد، آنها دریافتند که جریان روغن خنک کننده به آن بخش از سیم پیچ توسط قطعه کوچکی از زباله که به مخزن نفوذ کرده بود محدود شده است. آنها فیلتر را قبل از بدتر شدن محدودیت تمیز کردند که منجر به خرابی کامل نقطه داغ می شد. این نوع داده‌های روند یکی از کم‌استفاده‌ترین مزایای سیستم‌های نظارتی مدرن است و چیزی است که از روش‌های آزمایش کمتر به دست نمی‌آورید.

یکی دیگر از مجموعه های کلیدی داده ها، همبستگی دمای نقطه داغ با بار الکتریکی و شرایط محیطی است. ما خوانش نقطه داغ را با داده های بلادرنگ بار ترانسفورماتور (اندازه گیری شده بر حسب آمپر یا MVA)، دمای هوای محیط و حتی نرخ جریان روغن جفت می کنیم. این به ما امکان می دهد به سوالاتی مانند این پاسخ دهیم: آیا این نقطه داغ فقط یک عارضه جانبی کارکردن ترانسفورماتور با بار کامل در یک روز گرم است یا این یک افزایش غیرعادی است که نیاز به توجه دارد؟ به عنوان مثال، یک ترانسفورماتور در فونیکس با بار 85 درصد با دمای محیط 45 درجه سانتیگراد کار می کرد و نقطه داغ آن در 105 درجه بود - این در محدوده مورد انتظار برای آن شرایط بود، بنابراین نیازی به اقدامی نبود. هفته بعد، همان ترانسفورماتور در بار 70 درصد، همان دمای محیط بود و نقطه داغ به 110 درجه پرید. این اختلاف به تیم گفت که مشکلی وجود دارد، و آنها متوجه شدند که عایق سیم پیچ شروع به تخریب کرده است، که باعث افزایش مقاومت و ایجاد گرمای اضافی می شود. بدون ارتباط داده‌های نقطه داغ با بار و شرایط محیطی، میخ دوم به‌عنوان عادی حذف می‌شد و منجر به آسیب طولانی‌مدت می‌شد.

گرما فقط مربوط به دما نیست - ما همچنین داده های گرادیان حرارتی را در سراسر سیم پیچ دریافت می کنیم. گرادیان اختلاف دما بین نقاط مجاور سیم پیچ است و یک گرادیان ناگهانی و غیرمنتظره می تواند نشانه تغییر شکل سیم پیچ باشد. ترانسفورماتورها می توانند در طول زمان تحت فشار مکانیکی ناشی از اتصال کوتاه، تغییرات بار یا حتی فعالیت لرزه ای قرار گیرند که می تواند باعث جابجایی یا خم شدن سیم پیچ ها شود. اگر دو پیچ سیم پیچ مجاور که یک میلیمتر از هم فاصله داشتند حرکت کنند، گرمای بین آنها نمی تواند به همان صورت از بین برود و منجر به شیب شدید دما می شود. ما یک مشتری در لس آنجلس داشتیم که یک رویداد لرزه ای کوچک را تجربه کرد، و سیستم نظارت بر نقاط داغ شیب 12 درجه سانتیگراد را بین دو پیچ سیم پیچ مجاور، که در آن شیب طبیعی باید 2 درجه می بود، دریافت کرد. آنها توانستند یک بازرسی کامل سیم پیچی انجام دهند و تغییر شکل جزئی را تأیید کنند که قبل از ایجاد یک اتصال کوتاه داخلی آن را اصلاح کردند. این نوع داده‌های گرادیان حرارتی چیزی است که نظارت تخصصی نقطه داغ را از سایر ابزارها متمایز می‌کند، زیرا مستقیماً تغییرات حرارتی را به مسائل مکانیکی در سیم‌پیچ مرتبط می‌کند.

اکنون، می‌خواهم واضح بگویم: داده‌های نقطه داغ قرار نیست جایگزین سایر ابزارهای نظارتی مهم ترانسفورماتور شوند، بلکه باید آنها را تکمیل کنند. به همین دلیل است که ما اغلب با شرکت‌هایی کار می‌کنیم که از ابزارهایی مانند تحلیلگر گاز محلول ترانسفورماتور برای ردیابی گازهایی مانند متان، اتیلن یا استیلن که محصولات جانبی تخریب عایق هستند، استفاده می‌کنند. داده‌های نقطه داغ زمینه را برای این قرائت‌های گاز فراهم می‌کنند: اگر یک تجزیه‌گر گاز محلول افزایش گازهای قابل احتراق را نشان دهد، داده‌های نقطه داغ می‌تواند به ما بگوید که این تخریب در کجای سیم‌پیچ اتفاق می‌افتد و چقدر شدید است. به طور مشابه، مانیتور جریان زمینی هسته ترانسفورماتور جریان‌های سرگردانی را ردیابی می‌کند که می‌توانند باعث گرمای اضافی در هسته و سیم‌پیچ‌ها شوند – اگر شاهد افزایش نقطه داغ بدون بار یا تغییر محیط مربوطه باشیم، بررسی جریان اتصال به زمین می‌تواند منبع گرمای دیگری را رد کند. و برای تخلیه جزئی، که نشانه آسیب عایق است که می‌تواند منجر به خرابی شود، داده‌های نقطه داغ می‌توانند نشان دهند که آیا رویدادهای تخلیه جزئی با افزایش دمای نقطه داغ همراه است یا خیر و تأیید می‌کند که تخلیه به طور فعال باعث آسیب می‌شود.

یکی از با ارزش ترین (و اغلب نادیده گرفته شده) داده هایی که سیستم ما ارائه می دهد، داده های عملکرد نقطه داغ تاریخی است که در یک پلت فرم ایمن و مبتنی بر ابر ذخیره می شود. شرکت‌ها از این داده‌ها برای ساختن پروفایل‌های سلامت دارایی بلندمدت برای هر ترانسفورماتور در ناوگان خود استفاده می‌کنند، که به برنامه‌ریزی تعمیر و نگهداری، تخصیص بودجه و حتی تصمیم‌گیری‌های تمدید عمر کمک می‌کند. به عنوان مثال، یک شرکت برق در جنوب شرقی ناوگانی متشکل از 20 ترانسفورماتور داشت که همه از همان مدل 15 سال پیش نصب شده بودند. با مقایسه داده‌های نقطه داغ خود در طول سه سال گذشته، آنها دریافتند که چهار ترانسفورماتور دارای روند یکنواخت نقطه داغ هستند که 5 درجه بالاتر از سایرین است. آن‌ها از این داده‌ها برای اولویت‌بندی آن چهار ترانسفورماتور برای بازرسی و نگهداری اولیه استفاده کردند، و از خرابی‌های احتمالی که حدود 2 میلیون دلار هزینه قطعی و تعمیر هزینه داشت، اجتناب کردند. این نوع تجزیه و تحلیل در سطح ناوگان تنها در صورتی کار می‌کند که داده‌های نقطه داغ ثابت و دقیق در طول زمان داشته باشید، و این دقیقاً همان چیزی است که سیستم ما ارائه می‌کند.

اکنون، باید به یک سوال متداول که از تیم‌های خدمات شهری می‌شنوم پاسخ دهم: «آیا نمی‌توانم دمای نقطه داغ را با استفاده از مدل‌های ریاضی محاسبه کنم؟» پاسخ کوتاه این است: دقیق نیست، به خصوص با افزایش سن ترانسفورماتورها. مدل‌های قدیمی از میانگین دمای روغن، بار، و چند متغیر دیگر برای تخمین دمای نقطه داغ استفاده می‌کنند، اما مواردی مانند تغییر شکل سیم‌پیچ، زباله‌هایی که جریان روغن را محدود می‌کنند، یا تخریب ناهموار عایق را در نظر نمی‌گیرند. ما مدل‌هایی را دیده‌ایم که دمای نقطه داغ را 15 تا 20 درجه در ترانسفورماتورهای قدیمی‌تر دست کم می‌گرفتند، که در صورت اهمیت هر درجه، شکاف بزرگی است. سنسورهای ما مستقیماً روی سیم‌پیچ نصب می‌شوند، بنابراین دمای واقعی را در نقطه‌ای که گرما تولید می‌شود، ثبت می‌کنند، نه تخمینی بر اساس اندازه‌گیری‌های خارجی. به همین دلیل است که سیستم نظارت بر نقطه داغ ترانسفورماتور ما نسبت به رویکردهای مبتنی بر مدل سنتی ارتقاء حیاتی دارد.

من همچنین می خواهم جنبه عملی این موضوع را برای تیم های تعمیر و نگهداری لمس کنم. داده های سیستم ما در داشبوردهای ساده و کاربردی ارائه شده است، بنابراین برای درک آن نیازی به دکترا در مهندسی برق ندارید. هشدارها برای پارامترهای عملکرد هر ترانسفورماتور سفارشی می شوند، بنابراین فقط زمانی که چیزی واقعا اشتباه است، نه زمانی که در سطوح عادی کار می کند، به شما اطلاع داده می شود. به عنوان مثال، ترانسفورماتوری که در آب و هوای سرد کار می کند، دمای نقطه داغ ایمن متفاوتی نسبت به ترانسفورماتوری که در آب و هوای گرم و خشک کار می کند، خواهد داشت و سیستم ما طوری برنامه ریزی شده است که هشدارهای خود را بر این اساس تنظیم کند. این بدان معناست که تیم های تعمیر و نگهداری زمان کمتری را صرف غربال کردن داده های نامربوط می کنند و زمان بیشتری را برای رسیدگی به مسائل واقعی صرف می کنند، که قطعی های برنامه ریزی نشده را کاهش می دهد و عمر ترانسفورماتور را افزایش می دهد.

البته، هیچ سیستم نظارتی کامل نیست، به همین دلیل است که ما ابزارهای نظارت بر نقطه داغ خود را طوری طراحی می کنیم که با سایر تجهیزات استاندارد نظارت ترانسفورماتور سازگار باشد. چه در حال حاضر از یک آنالایزر گاز محلول ترانسفورماتور، یک مانیتور جریان زمینی هسته ترانسفورماتور یا یک سیستم نظارت بر تخلیه جزئی آنلاین برای ترانسفورماتور استفاده می‌کنید، داده‌های نقطه داغ ما به‌طور یکپارچه با این ابزارها ادغام می‌شوند و یک نمای کلی از سلامت ترانسفورماتور شما ایجاد می‌کنند. این ادغام کلیدی است زیرا سیلوهای داده را حذف می کند، بنابراین می توانید ببینید که چگونه جنبه های مختلف ترانسفورماتور برهم کنش می کنند - مانند اینکه چگونه افزایش جریان اتصال به زمین با یک سنبله نقطه داغ ارتباط دارد، یا اینکه چگونه سطوح گاز محلول با روندهای حرارتی هماهنگ است.

در طول سال‌ها، من با ده‌ها مهندس برق که مجبور به مقابله با خرابی فاجعه‌بار ترانسفورماتور شده‌اند صحبت کرده‌ام، و تنها چیزی که همه آنها به آن اشاره می‌کنند این است که با داده‌های بهتر چقدر پول و زمان خرابی پس انداز می‌کنند. یک خرابی معمولی ترانسفورماتور می تواند 100000 دلار یا بیشتر هزینه تعمیر و تعویض داشته باشد، به علاوه میلیون ها درآمد از دست رفته ناشی از قطع شدن مشتری. داده‌های یک سیستم مانیتورینگ نقطه داغ فقط اعداد روی صفحه نیستند، بلکه تفاوت بین رسیدگی به یک مشکل جزئی در طول تعمیر و نگهداری برنامه‌ریزی‌شده و مقابله با یک وضعیت اضطراری در مقیاس کامل است که رفع آن روزها طول می‌کشد.

اگر در حال خواندن این مطلب هستید، به احتمال زیاد بخشی از یک شرکت برق، کارخانه صنعتی یا انرژی هستید که برای ادامه عملیات به ترانسفورماتورها متکی است. شما می دانید که این دارایی ها چقدر حیاتی هستند و احتمالاً به دنبال راه هایی برای کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری، افزایش عمر دارایی و جلوگیری از قطعی های برنامه ریزی نشده هستید. داده‌های یک سیستم تخصصی نظارت بر نقطه داغ ترانسفورماتور یکی از تأثیرگذارترین سرمایه‌گذاری‌هایی است که می‌توانید در ناوگان خود انجام دهید. این فقط در مورد یافتن مشکلات پس از شروع آنها نیست - بلکه پیش بینی آنها قبل از شکست و تصمیم گیری مبتنی بر داده است که شبکه شما را قابل اعتماد نگه می دارد.

اگر می‌خواهید درباره اینکه چگونه داده‌های نقطه داغ می‌توانند استراتژی تعمیر و نگهداری ترانسفورماتور شما را تغییر دهند، اطلاعات بیشتری کسب کنید، یا اگر می‌خواهید ببینید چگونه سیستم ما با ابزارهای موجود شما مانند آنالایزر گاز محلول ترانسفورماتور یا سیستم نظارت بر تخلیه جزئی آنلاین برای ترانسفورماتور ادغام می‌شود، ما اینجا هستیم تا به شما کمک کنیم. چه در حال مدیریت یک پست کوچک یا یک ناوگان بزرگ ترانسفورماتور باشید، ما می توانیم با شما همکاری کنیم تا راه حلی متناسب با نیازهای خاص شما طراحی کنیم. منتظر نمانید تا یک نقطه داغ به خرابی تبدیل شود - امروز با داده های مناسب، سلامت ترانسفورماتور خود را کنترل کنید.

برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد سیستم مانیتورینگ نقطه داغ ترانسفورماتور سیم پیچ ما و کشف طیف کامل راه حل های نظارت بر ترانسفورماتور، لطفاً از وب سایت ما دیدن کنید. برای پرس و جو در مورد تدارکات، مشخصات فنی یا راه حل های ناوگان سفارشی، از شما دعوت می کنیم تا با تیم ما ارتباط برقرار کنید تا در مورد نیازهای خاص خود صحبت کنید.

مراجع

1. IEEE Std C57.106-2018، راهنمای پذیرش و نگهداری روغن عایق در تجهیزات
2. EPRI. (2020). مانیتورینگ و تشخیص ترانسفورماتور: راهنمای بهترین روش‌ها برای خدمات شهری
3. وانگ، ی.، و همکاران. (2019). تخمین دمای نقطه داغ در ترانسفورماتورهای قدرت: مروری بر روش‌های مبتنی بر مدل و حسگر. IEEE Transactions on Power Delivery، جلد. 34، شماره 2، ص 684-693
4. شرکت قابلیت اطمینان الکتریکی آمریکای شمالی (NERC). (2021). دستورالعمل‌های قابلیت اطمینان ترانسفورماتور برای سیستم‌های قدرت حجیم