چه استراتژی‌های تعمیر و نگهداری را می‌توان بر اساس داده‌های حاصل از مانیتور جریان اتصال زمین هسته ترانسفورماتور تدوین کرد؟

وقتی سه سال پیش به عنوان بخشی از تیم فنی در تامین‌کننده سیستم‌های مانیتورینگ ترانسفورماتور خود شروع به کار کردم، اعتراف می‌کنم که آنقدر که باید به داده‌های جریان اتصال زمین اصلی توجه نمی‌کردم. در اوایل، ما بیشتر وقت خود را صرف راه اندازی مشتریان در مورد جزئیات محصول اصلی خود می کردیم.مانیتور جریان زمینی هسته ترانسفورماتور- و تمرکز بر معیارهای پر زرق و برق و با دید بالا مانند تخلیه جزئی یا گازهای محلول. من فکر می‌کردم جریان اصلی فقط یک سیگنال «پس‌زمینه» است، چیزی که باید سالی یک‌بار در طول یک خاموشی معمولی بررسی شود و ادامه یابد. همه چیز وقتی تغییر کرد که سال گذشته یک شرکت برق متوسط ​​در غرب میانه با مشکلی به ما مراجعه کرد: آنها یک ترانسفورماتور 25 ساله را در شبکه توزیع خود جایگزین کردند، اما شش ماه بعد بدون هیچ هشداری از سوی مانیتورهای گاز و PD موجود، به طور غیرمنتظره ای از کار افتاد. وقتی تیم ما داده‌های مانیتور جریان اتصال زمین را که در کنار واحد جدید نصب کرده بودند، تجزیه و تحلیل کرد، متوجه افزایش آهسته و پیوسته جریان در طی این شش ماه شدیم - چیزی که هیچ ابزار دیگری آن را دریافت نکرده بود. آن مکالمه مرا وادار کرد تا عمیق‌تر به این موضوع بپردازم که چگونه داده‌های جریان زمینی هسته‌ای فقط یک فکر بعدی تشخیصی نیستند، بلکه ستون فقرات استراتژی‌های تعمیر و نگهداری پیشگیرانه هستند که می‌توانند از خرابی ترانسفورماتور قبل از شروع آنها جلوگیری کنند.

برای درک اینکه چرا جریان اتصال به زمین اهمیت دارد، به شما کمک می کند که هسته ترانسفورماتور چیست و چرا زمین است. هسته ساختار فولادی بزرگ و چند لایه است که شار مغناطیسی را بین سیم پیچ های اولیه و ثانویه حمل می کند. برای جلوگیری از ایجاد تداخل خطرناک الکترواستاتیک در عملکرد، هسته در یک نقطه به زمین متصل می شود. آنجاست که مامانیتور جریان زمینی هسته ترانسفورماتوروارد می شود: برای اندازه گیری جریان کوچکی که از طریق اتصال زمین می گذرد طراحی شده است - معمولاً چند میلی آمپر در یک واحد سالم، تا شاید 50 میلی آمپر قبل از شروع نگرانی. چیزی که من از ترانسفورماتور خراب آن ابزار یاد گرفتم این است که این جریان تصادفی نیست. هر تغییری در آن عدد دلیل خاصی دارد، و ردیابی آن تغییرات در طول زمان به شما امکان می‌دهد تا استراتژی‌های تعمیر و نگهداری را بسازید که هدفمند هستند، نه فقط واکنش‌پذیر.

اولین استراتژی که از داده‌های اصلی کنونی به دست می‌آید، چیزی است که من آن را «نگهداری پیش‌گیرانه مبتنی بر روند» می‌نامم. این روش قدیمی نیست که شما هر دو سال یک بار برای جدا کردن یک ترانسفورماتور ظاهر می شوید فقط به این دلیل که تقویم چنین می گوید. در عوض، از داده های تاریخی از مانیتور اصلی خود برای شناسایی الگوها استفاده می کنید. بیایید به آن ابزار Midwest برگردیم: جریان هسته آنها از 8 میلی آمپر شروع شد، پس از سه ماه به 15 میلی آمپر، پس از چهار به 22 میلی آمپر افزایش یافت و در ماه ششم به 45 میلی آمپر رسید. آن شیب رو به بالا عادی نبود. ما در سوابق نصب آنها جستجو کردیم و متوجه شدیم که وقتی آنها ترانسفورماتور را تعویض کردند، گیره اتصال به زمین مطابق با مشخصات سازنده گشتاور نشده بود - چیزی که در یک بازرسی سریع به راحتی از دست می رفت. اتصال شل، قوس کوچکی بین هسته و لوگ اتصال به زمین ایجاد کرد که به تدریج جریان را افزایش داد. تا زمانی که دیگر مانیتورهای آن‌ها به مشکل پی می‌بردند، عایق هسته آن‌قدر آسیب دیده بود که باعث خرابی فاجعه‌بار شد. اما با داده‌های روند مانیتور ما، آنها می‌توانستند یک تنظیم گشتاور ساده را در طول تعطیلات آخر هفته با تقاضای کم برنامه‌ریزی کنند و از قطعی کامل جلوگیری کنند.

چیزی که این استراتژی را قوی‌تر می‌کند این است که داده‌های اصلی مجزا نیست—شما می‌توانید آن را با داده‌های سایر ابزارهای نظارتی مجموعه خود جفت کنید تا تصویری کامل داشته باشید. به عنوان مثال، اگر جریان هسته در حال افزایش است و همچنین خواندن از ما افزایش می یابدسیستم مانیتورینگ تخلیه جزئی آنلاین برای ترانسفورماتور، این نشانه مشکلی در عایق هسته است. اگر جریان هسته زیاد باشد اما PD کم باشد، ممکن است با اتصال زمین شل یا حتی گیره هسته شکسته روبرو باشید، نه آسیب عایق. مامانیتورینگ نقطه داغ سیم پیچ ترانسفورماتورابزار همچنین می‌تواند در اینجا نقش داشته باشد: اگر جریان هسته همراه با دمای نقطه داغ افزایش می‌یابد، می‌تواند به این معنی باشد که هسته بیش از حد گرم می‌شود، احتمالاً از لایه‌های کوتاه شده. نکته کلیدی این است که جریان اتصال به زمین به عنوان سیستم "هشدار اولیه" عمل می کند که به شما می گوید به کدام معیارهای دیگر توجه کنید.

یکی دیگر از استراتژی‌های تعمیر و نگهداری که با مشتریان توسعه داده‌ایم، «تحلیل ریشه‌ای شکست» با استفاده از داده‌های اصلی فعلی است. سال گذشته، ما با یک شرکت بزرگ انرژی تجدیدپذیر کار کردیم که یک رشته ترانسفورماتور در مقیاس شبکه به مزارع بادی آنها متصل است. آنها سه واحد در یک دوره 12 ماهه از کار افتادند، و روند معمول آنها این بود که ترانسفورماتورها را از بین ببرند و ترانسفورماتورهای جدید را نصب کنند - تا اینکه شروع به استفاده از مانیتورهای اصلی ما کردند. این تیم داده‌های جریان هسته‌ای را از واحدهای شکست خورده استخراج کردند و متوجه یک الگوی مشترک شدند: هر سه نیروگاه بادی هر بار که نیروگاه بادی از خروجی کم به خروجی زیاد می‌رفت، یک سنبله شدید در جریان داشتند و سنبله‌ها در طول زمان بزرگ‌تر می‌شدند. هنگامی که آنها یکی از ترانسفورماتورهای شکست خورده را پاره کردند، متوجه شدند که پیچ و مهره های گیره هسته در نقطه اتصال خورده شده و مسیری با مقاومت بالا برای جریان هسته ایجاد کرده است. هنگامی که بار روی ترانسفورماتور افزایش می یابد، مقاومت باعث گرمایش موضعی می شود که به نوبه خود باعث تسریع خوردگی می شود - یک چرخه معیوب که در نهایت منجر به لایه لایه شدن هسته کوتاه می شود. با استفاده از داده‌های جریان هسته برای شناسایی این الگو، شرکت تجدیدپذیر برنامه تعمیر و نگهداری خود را تغییر داد: به جای اینکه منتظر خرابی باشند، اکنون مقاومت هسته را به صورت سه ماهه بررسی می‌کنند (با استفاده از نمایشگر فعلی)، و هنگامی که خوردگی تشخیص داده می‌شود، پیچ‌های گیره را در طول خاموشی‌های معمول تعویض می‌کنند. آنها نه تنها نرخ خرابی ترانسفورماتور را تا 75% کاهش داده اند، بلکه هزینه های تعویض را نیز در سال گذشته نزدیک به 2 میلیون دلار کاهش داده اند.

استراتژی سومی که در بین مشتریان صنعتی ما مورد توجه قرار گرفته است، «برنامه‌ریزی تعمیر و نگهداری مبتنی بر شرایط» است. این با تعمیر و نگهداری مبتنی بر تقویم و مبتنی بر روند متفاوت است: به این معنی است که فرکانس تعمیر و نگهداری خود را بر اساس وضعیت فعلی هسته، همانطور که توسط مانیتور اصلی اندازه گیری می شود، تنظیم کنید. به عنوان مثال، یک ترانسفورماتور در یک محیط پایدار و کم لرزش با جریان هسته که به طور مداوم کمتر از 10 میلی آمپر است، ممکن است فقط هر پنج سال یک بار نیاز به بازرسی هسته داشته باشد. اما یک ترانسفورماتور در مزرعه بادی، جایی که ارتعاش توربین باعث شل شدن تدریجی اتصالات می‌شود، ممکن است جریان هسته‌ای داشته باشد که بین 15 تا 25 میلی‌آمپر در نوسان است—بنابراین توصیه می‌کنیم به‌جای دوبار در سال، بررسی‌های هسته را به صورت سه ماهه انجام دهید. ما حتی یک مشتری در صنعت فولاد داریم که در آن سطوح بالای هارمونیک کوره های قوس بر تمام ترانسفورماتورهای آنها تأثیر می گذارد. جریان هسته آنها به طور مداوم 30-35 میلی آمپر است، بنابراین آنها مانیتورهای اصلی ما را با نمونه برداری با فرکانس بالا نصب کردند که به آنها امکان می دهد محتوای هارمونیک جریان را ردیابی کنند. این داده ها به آنها می گوید که هسته توسط هارمونیک ها تحت فشار قرار می گیرد، بنابراین آنها شروع به افزودن فیلترهای هارمونیک به اتصالات ترانسفورماتور خود کرده اند که باعث کاهش جریان هسته به میزان 12 میلی آمپر و افزایش طول عمر ترانسفورماتور به میزان تخمینی 10 سال شده است.

یکی از بزرگترین اشتباهاتی که می بینیم مشتریان مرتکب می شوند این است که جریان زمین را به عنوان یک معیار "تنظیم و فراموش کن" تلقی می کند. مانیتورهای ما طوری طراحی شده اند که وقتی جریان از یک آستانه فراتر رفت به شما هشدار می دهند، اما ارزش واقعی از تجزیه و تحلیل داده ها در طول زمان به دست می آید. فرض کنید آلارم خود را روی 50 میلی آمپر تنظیم کرده اید - اگر جریان از 8 میلی آمپر به 55 میلی آمپر در یک هفته بپرد، این یک وضعیت اضطراری است و باید فورا ترانسفورماتور را خاموش کنید. اما اگر در طی دو سال از 8 میلی آمپر به 40 میلی آمپر افزایش یابد، این یک مشکل آرام و ثابت است که می توانید در طول یک قطع برنامه ریزی شده آن را برطرف کنید. تفاوت بین این دو سناریو کاملاً در داده های روند ما استمانیتور جریان زمینی هسته ترانسفورماتورتصرف می کند. ما مشتریانی داشتیم که به ما مراجعه کردند و گفتند جریان اصلی آنها "بالا" است و وقتی داده‌های روند را استخراج می‌کنیم، مشخص می‌شود که سال‌ها بالا بوده است - بدون اضطراری، فقط نشانه این است که آنها باید برنامه تعمیر و نگهداری خود را تنظیم کنند.

ما همچنین دریافته‌ایم که داده‌های اصلی فعلی برای اعتبارسنجی سایر استراتژی‌های تعمیر و نگهداری بسیار ارزشمند است. برای مثال، اگر مشتری از ما استفاده کندآنالایزر گاز محلول ترانسفورماتوربرای تشخیص یک خطای احتمالی، آنها می توانند آن را با داده های جریان هسته ارجاع دهند تا تأیید کنند که آیا خطا در هسته است یا سیم پیچ ها. اگر سطح گاز در حال افزایش باشد و جریان هسته نیز در حال افزایش باشد، این یک خطای مربوط به هسته است. اگر سطح گاز بالا باشد اما جریان هسته پایدار باشد، احتمالاً خطا در سیم‌پیچ‌ها وجود دارد و آنها می‌توانند به جای هدر دادن زمان و هزینه برای تعمیرات هسته، تعمیر و نگهداری خود را در آنجا متمرکز کنند. این اعتبار متقاطع هزینه های تعمیر و نگهداری غیر ضروری را کاهش می دهد و تضمین می کند که هر اقدام تعمیر و نگهداری مشکل واقعی را هدف قرار می دهد.

البته اجرای این استراتژی ها فقط نصب مانیتور و مشاهده اعداد نیست. تعهد به تجزیه و تحلیل داده ها و تمایل به ادغام داده های اصلی در برنامه کلی تعمیر و نگهداری ترانسفورماتور شما نیاز دارد. به همین دلیل است که تیم ما فقط مانیتور نمی فروشد - ما با مشتریان کار می کنیم تا آستانه های هشدار سفارشی را بر اساس تجهیزات و محیط خاص آنها تنظیم کنیم و آموزش هایی در مورد نحوه تجزیه و تحلیل داده های روند ارائه می دهیم. به عنوان مثال، ابزار Midwest که قبلاً ذکر کردم در ابتدا فقط از مانیتور اصلی خود برای بررسی هشدارهای جریان اضافه استفاده می کرد. پس از اینکه تیم ما با آنها کار کرد تا بررسی‌های هفتگی روند را تنظیم کند، قبل از اینکه باعث شکست شود، گیره اتصال به زمین شل را گرفتند. در حال حاضر، آنها تجزیه و تحلیل روند فعلی اصلی را در جلسات تعمیر و نگهداری هفتگی خود لحاظ می کنند و این عمل را به سایر ترانسفورماتورها در سراسر شبکه خود گسترش داده اند.

یکی از متداول ترین سوالاتی که ما می پرسیم این است: "آیا جریان زمین هسته برای همه ترانسفورماتورها مرتبط است؟" پاسخ کوتاه این است که بله - حتی ترانسفورماتورهای توزیع کوچک دارای نقاط اتصال به زمین هستند و حتی تغییرات جزئی در جریان می تواند نشان دهنده یک مشکل باشد. ما با کسب‌وکارهای کوچکی کار کرده‌ایم که ترانسفورماتورهای 500 کیلوولت آمپر دارند و با استفاده از مانیتور اصلی ما، مشکلاتی مانند شکستگی تسمه‌های هسته و اتصالات ضعیف به زمین را شناسایی کرده‌اند که می‌تواند باعث قطع یا خرابی زودرس شود. با این حال، استراتژی‌های تعمیر و نگهداری که ما توسعه داده‌ایم قابل انطباق هستند: برای یک ترانسفورماتور کوچک، ممکن است فقط به بررسی روند ماهانه نیاز داشته باشید، در حالی که یک واحد در مقیاس شبکه نیاز به نظارت روزانه دارد. مقیاس داده ها، چیزی است که ما را می سازدمانیتور جریان زمینی هسته ترانسفورماتورابزاری با ارزش برای هر اندازه عملیات

همانطور که شبکه انرژی پیچیده تر می شود - با انرژی تجدیدپذیر بیشتر، بار متغیر بیشتر و ترانسفورماتورهای قدیمی در حال استفاده - نیاز به نگهداری پیشگیرانه و مبتنی بر داده هرگز بالاتر نبوده است. خرابی ترانسفورماتور می تواند میلیون ها هزینه خرابی، تعمیر و جایگزینی را به همراه داشته باشد، بدون اینکه به تأثیر آن بر مشتریان اشاره کنیم. داده های جریان زمینی هسته یکی از قابل اعتمادترین و کم استفاده ترین ابزارهای موجود برای جلوگیری از این خرابی ها است. این جایگزینی برای سایر سیستم های نظارتی مانند تخلیه جزئی یا تجزیه و تحلیل گاز محلول نیست، اما این پایه است که باعث می شود این سیستم ها بهتر کار کنند. با ردیابی روندهای فعلی اصلی، ارجاع متقابل با سایر معیارها، و تنظیم استراتژی های تعمیر و نگهداری بر اساس شرایط واقعی، تاسیسات و اپراتورهای صنعتی می توانند طول عمر ترانسفورماتور را افزایش دهند، هزینه ها را کاهش دهند و از قطعی های پرهزینه جلوگیری کنند.

اگر به دنبال فراتر رفتن از تعمیر و نگهداری مبتنی بر تقویم هستید و شروع به استفاده از داده‌ها برای محافظت از ترانسفورماتور خود می‌کنید، تیم ما اینجاست تا به شما کمک کند. چه به تازگی در مورد پایش جریان زمینی اصلی یاد بگیرید یا آماده ادغام داده ها در برنامه تعمیر و نگهداری کامل خود باشید، ما می توانیم برای یافتن راه حل های مناسب برای نیازهای شما با شما همکاری کنیم. مامانیتور جریان زمینی هسته ترانسفورماتوربه گونه ای طراحی شده است که نصب و ادغام با سیستم های مانیتورینگ موجود شما آسان باشد و تیم فنی ما برای پشتیبانی از شما در هر مرحله آماده است. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد اینکه چگونه داده های اصلی فعلی می تواند استراتژی تعمیر و نگهداری شما را بهبود بخشد یا برای بحث در مورد نیازهای خاص خود، شما را تشویق می کنیم تا برای تهیه و مشاوره تماس بگیرید. هرچه زودتر شروع به استفاده از داده‌های جریان اتصال زمین کنید، سریع‌تر می‌توانید از حیاتی‌ترین دارایی‌های ترانسفورماتور خود محافظت کنید.

مراجع

1. IEEE Std. C57.12.90-2015، "کد تست استاندارد برای ترانسفورماتورهای توزیع، قدرت و تنظیم کننده غوطه ور در مایع." موسسه مهندسین برق و الکترونیک، نیویورک، نیویورک، 2015.
2. "زمین‌سازی هسته ترانسفورماتور: دستورالعمل‌های اهمیت، آزمایش و نظارت." گزارش فنی موسسه تحقیقات انرژی الکتریکی (EPRI)، پالو آلتو، کالیفرنیا، 2021.
3. وانگ، ی.، و همکاران. "تجزیه و تحلیل جریان زمین پایه برای نظارت بر وضعیت ترانسفورماتور." IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 35، شماره 4، 2020، صفحات 1892-1901.
4. "استراتژی های نگهداری پیشگیرانه برای ترانسفورماتورهای مقیاس شبکه." گزارش فنی شرکت قابلیت اطمینان الکتریکی آمریکای شمالی (NERC)، پرینستون، نیوجرسی، 2022.
5. اسمیت، جی، و همکاران. "یکپارچه سازی داده های چند مانیتور برای عیب یابی ترانسفورماتور." مجله مهندسی برق و زیرساخت، ش. 12، شماره 2، 2023، صص 45-52.