Как охладителната система на трансформатора взаимодейства с мониторинга на горещите точки на намотките на трансформатора?

Ако някога сте стояли до подстанция в зноен летен ден, знаете, че трансформаторите работят супер усилено, за да поддържат захранването – и ако прегреят, се случват лоши неща. Като доставчик, фокусиран върху наблюдението на горещи точки на трансформаторни намотки, съм провел безброй разговори с техници в подстанции, мрежови оператори и инсталационни инженери, които ми казват едно и също нещо: горещите точки са тихият убиец номер 1 на живота на трансформатора. Но ето нещо, което повечето хора не разбират напълно: охладителната система не просто охлажда нещата – тя е пряко свързана с това колко добре наблюдаваме тези горещи точки. Нека разбием това, без излишен скучен жаргон, просто истински разговор за това как тези две системи танцуват заедно.

Първо, нека се спрем на една и съща страница: какво точно е криволичеща гореща точка? Това е онази малка, супер гореща точка върху медните намотки на трансформатора, обикновено поради неравномерно разпределение на топлината – помислете за пица, където едно парче е овъглено, докато останалото е топло. Това овъглено място? С течение на времето той разрушава изолацията, причинява странни неща като частични разряди (можете да проверите това с онлайн система за наблюдение на частичен разряд за трансформатор, между другото, супер полезен съпътстващ инструмент) и дори може да доведе до пълно издухване на трансформатора. Сега работата на охладителната система е да разпространява тази топлина навън, така че да не се превърне в гореща точка. Но как си взаимодействат? Нека се потопим в ежедневието на един трансформатор, за да видим тази игра.

Вземете потопен в масло трансформатор, най-често срещаният тип там. Неговата система за охлаждане може да е ONAN (естествено масло, естествен въздух) – помислете за голям радиатор с вентилатори, обдухващи го – или ONAF (естествено масло, принудително въздух), където вентилаторите се включват, когато нещата станат препечени. Така или иначе, маслото поема топлина от намотките, пренася я към радиатора, изхвърля топлината и се връща обратно. Но тук е уловката: ако охладителната система работи, този контур се прекъсва и внезапно части от намотката стават много по-горещи от други. Това е мястото, където се появява нашият инструмент за наблюдение на горещи точки на намотките на трансформатори — ние проследяваме тези неравномерни температури в реално време. Но ако охладителната система не работи правилно, нашите показания не означават клякане. Например, ако вентилаторът на радиатора умре, потокът на маслото се забавя, така че горещото масло не може да отнесе топлината бързо. Нашата система за наблюдение може да покаже скок на температурата на намотката, но ако не проверим охладителната система, може да пропуснем, че истинският проблем е дефектен вентилатор, а не самата намотка. Виждал съм това да се случва толкова много пъти: техник от подстанция се обажда паникьосан, защото алармата им за гореща точка се е задействала, но се оказва, че вентилаторите им ONAF са запушени с прах, така че охлаждането не може да се справи. Поправете вентилаторите, температурата на горещата точка пада, няма повреда на намотките - просто, но само ако свържете двете системи.

Друг пример: системи за охлаждане с принудително масло и въздух (FOFA), които се използват за големи промишлени трансформатори. Те имат маслени помпи, които изтласкват масло през намотките при високо налягане. Ако помпата започне да се поврежда, потокът на маслото става неравномерен - някои части от намотката получават тонове хладно масло, други почти никакво. Нашият мониторинг на горещи точки ще засече тази неравномерна температура: да речем, фаза А намотка е при 110°C, фаза B е при 135°C. Но ако операторът не провери работата на помпата на охладителната система, може просто да намали натоварването, за да го поправи, което губи енергия. Вместо това, сдвояването на нашия мониторинг с данни за охладителната система (като дебит на помпата, позиции на клапаните и температури на радиатора) ви позволява да определите точно къде е празнината. Ние всъщност изграждаме тази междусистемна връзка за данни в нашите инструменти за наблюдение на гореща точка на трансформаторна намотка сега - те се интегрират с SCADA каналите на охладителната система, така че не е нужно да превключвате между 5 различни екрана, за да видите какво се случва. Това променя играта за хора, които вече са затрупани със задачи по поддръжката.

Чакай, нека поговорим за моделиране на горещи точки, защото там взаимодействието става техническо (но по полезен начин). Повечето съвременни мониторингове на горещи точки не използват само температурни сензори – те използват алгоритми, които изчисляват температурата на горещите точки въз основа на температурата на горното масло, натоварването и ефективността на охлаждане. Ако ефективността на охладителната система спадне, алгоритъмът трябва да коригира своите изчисления. Например, ако топлообменът на радиатора е по-нисък, защото ребрата са замърсени, температурата на горното масло се покачва, дори ако натоварването е същото. Моделът на горещата точка трябва да отчете това, за да ви даде точно отчитане. Спомням си клиент, на когото беше спрян трансформаторът, защото мониторът на горещата точка показваше 145°C, което е над безопасната граница. Но когато направихме кръстосана проверка с данни за охладителната система, видяхме, че ребрата на радиатора имат 2 mm натрупване на прах, така че преносът на топлина е само 70% от номиналната му стойност. Коригирахме модела на горещата точка, за да отчетем намалената ефективност на охлаждане и реалната температура на горещата точка всъщност беше 128°C — в рамките на безопасния диапазон. Издуха перките и всичко се върна към нормалното. Ако не бяхме свързали данните за охлаждане с нашия мониторинг, те щяха да заменят една напълно добра намотка, което щеше да им струва стотици хиляди долари. Това е видът въздействие, което оказва това взаимодействие.

Сега да преминем към износването. Трансформаторите остаряват с течение на времето и техните охладителни системи също. Уплътненията изтичат, помпите се износват, вентилаторите стават шумни, маслото се замърсява. Всеки от тези проблеми променя начина на работа на охладителната система, което променя поведението на горещата точка. Ето защо редовните проверки на двете системи не подлежат на обсъждане. Например, малък теч на масло в охлаждащия контур може да намали потока на маслото достатъчно, за да създаде гореща точка при високо натоварване. Нашата система за мониторинг може да улови скок на температурата по време на пиковите часове, но ако го сдвоите с анализатор на разтворен газ в трансформатор (това е друг страхотен инструмент, между другото – анализаторът на разтворен газ в трансформатора търси натрупване на газ от повреда на изолацията), можете да потвърдите дали горещата точка е от проблеми с охлаждането срещу действително увреждане на изолацията на намотката. Винаги казвам на клиентите: не третирайте наблюдението на горещи точки като самостоятелен инструмент. Това е част от по-голяма система, която включва охлаждане, газов анализ, дори заземяване на сърцевината (мониторът за ток на заземяване на сърцевината на трансформатора улавя повреди в сърцевината, които също могат да причинят топлина — троен удар, ако пропуснете това).

Чакай, нека се докоснем до сценарии от реалния свят, за които повечето хора не се замислят. Какво да кажем по време на сезонни промени? През зимата, когато околните температури падат, охладителната система може да е твърде ефективна, нали? Чакай, не - чакай, в системите ONAN студеното масло е по-гъсто, така че потокът е по-бавен. Така че през зимата може да мислите, че имате нужда от по-малко охлаждане, но всъщност вискозитетът на маслото пада, така че естественият поток е намален, което може да доведе до горещи точки дори когато натоварването е ниско. Нашите инструменти за наблюдение на гореща точка на намотка на трансформатор имат алгоритми за сезонно регулиране, които отчитат ефективността на охладителната система въз основа на температурата на околната среда. Имахме клиент в Минесота, който получаваше фалшиви аларми за горещи точки през януари — оказа се, че маслото им е твърде студено, потокът е бавен, така че системата за наблюдение (която използва параметрите за лятно охлаждане) е изчислила погрешно. След като актуализирахме модела с данни за зимното охлаждане, алармите спряха. Това е още един пример за това как двете системи са неразривно свързани.

Нека поговорим и за предсказуема поддръжка, която в момента е огромна. Грид операторите не искат да правят реактивни корекции – те искат да поправят нещата, преди да се повредят. Нашите системи за наблюдение съчетават данни за гореща точка в реално време с данни за охладителната система, за да предскажат кога даден охлаждащ компонент ще се повреди, което от своя страна предвижда бъдеща гореща точка. Например, ако нашата система забележи, че вибрациите на вентилатора се увеличават (можем да уловим това чрез сензори на охладителната система) и температурата на горещата точка започне да се повишава по време на ниско натоварване, можем да планираме смяна на вентилатора преди лятото, когато натоварването ще бъде по-високо. Това е много по-добре, отколкото да чакате вентилаторът да умре и да причините прекъсване на трансформатора по време на пикова употреба на променлив ток, когато всеки работи с променлив ток и търсенето на мрежата е най-високо. Виждал съм как мрежите спестяват милиони чрез този вид предсказуема поддръжка – нямат спешни ремонти, няма прекъсвания, няма ядосани клиенти.

Сега нека бъдем честни за често срещаните грешки. Много оператори купуват монитор за гореща точка и след това пренебрегват охладителната система или обратното. Или настройват алармата за гореща точка твърде ниско, като смятат, че това ще предотврати повреда, но това просто води до ненужен престой. Или настройват алармата твърде високо и пропускат действителните проблеми. Сладката точка е интегрирането на двете: използване на данни от охладителната система за калибриране на вашия монитор за горещи точки, използване на данни за горещи точки за ранно улавяне на проблеми с охлаждането. Това е като екип – всеки член има работа, но работят заедно, за да спечелят. Нашите клиенти, които правят това, имат много по-малко непланирани прекъсвания, по-дълъг живот на трансформатора, по-ниски разходи за поддръжка.

Като човек, който е в тази игра от известно време, мога да ви кажа, че най-големият мит е, че горещите точки се причиняват само от дефекти на намотките. Да, лошата изработка на намотките или повреда на изолацията могат да причинят горещи точки, но 30% от времето (виждал съм това в данните на нашите клиенти) горещите точки са причинени от повреди в охладителната система. Това е голямо число – така че ако наблюдавате само намотките, а не охлаждането, пропускате огромно парче от пъзела. И ако наблюдавате само охлаждане, а не горещи точки, може да пропуснете точния момент, когато проблем с охлаждането започне да поврежда намотката.

Нека приключим с това какво означава това за вас, независимо дали сте техник в подстанция, мрежов оператор или мениджър на промишлено предприятие. Ако искате вашият трансформатор да издържи възможно най-дълго (15-30 години, ако се грижите за него) и да избегнете скъпи прекъсвания, не можете да отделите охладителната си система от мониторинга на горещите точки на намотката. Те работят заедно като фъстъчено масло и желе - можете да ядете и двете поотделно, но заедно са много по-добри. Нашите инструменти за наблюдение на гореща точка на намотка на трансформатор са създадени да се интегрират безпроблемно с вашата охладителна система, плюс ние работим с всички други инструменти за наблюдение, които може да имате (като тази онлайн система за наблюдение на частично разреждане за трансформатор или анализатор на разтворен газ в трансформатор), за да ви дадем пълна картина на здравето на вашия трансформатор.

Ако ви е омръзнало да преследвате аларми за горещи точки, които нямат смисъл, или да се справяте с неочаквани прекъсвания, които биха могли да бъдат предотвратени, свържете се. Ние можем да ви помогнем да настроите система, която свързва охлаждането и мониторинга на горещи точки, така че винаги да контролирате работата на вашия трансформатор.

Референции

1. IEEE Std C57.91-2011, IEEE Ръководство за зареждане на потопени в минерално масло трансформатори и стъпкови регулатори на напрежение
2. Системи за охлаждане на трансформатори: Практическо ръководство за силови трансформатори, Изследователски институт за електроенергия (EPRI), 2020 г.
3. Мониторинг на температурата на гореща точка за силови трансформатори, Международен съвет за големи електрически системи (CIGRE), 2018 г.
4. Ефекти от ефективността на охладителната система върху температурите на горещата точка на намотката на трансформатора, Journal of Power Engineering, 2021 г.