Какви стратегии за поддръжка могат да бъдат разработени въз основа на данните от монитор за ток на заземяване на трансформаторно ядро?

Когато започнах работа като част от техническия екип на нашия доставчик на системи за мониторинг на трансформатори преди три години, ще призная, че не обърнах толкова внимание на текущите данни за заземяване на сърцевината, колкото трябваше. В началото прекарвахме по-голямата част от времето си, разхождайки клиентите през тънкостите на основния ни продукт –Монитор на тока на заземяване на ядрото на трансформатора— и фокусиране върху ярките показатели с висока видимост като частичен разряд или разтворени газове. Мислех, че токът в ядрото е просто „фонов“ сигнал, нещо, което да проверявам веднъж годишно по време на рутинно изключване и да продължа напред. Всичко това се промени, когато средно голяма електроснабдителна компания от Средния запад се свърза с нас миналата година с проблем: бяха заменили 25-годишен трансформатор в разпределителната си мрежа, само за да се повреди неочаквано шест месеца по-късно, без предупреждение от съществуващите им газови и PD монитори. Когато нашият екип анализира данните от монитора за ток на заземяване на сърцевината, който бяха инсталирали заедно с новия модул, открихме бавно, стабилно увеличение на тока през тези шест месеца – нещо, което никой друг инструмент не беше открил. Този разговор ме накара да се впусна по-дълбоко в това как заземяването на основните текущи данни не е просто диагностична мисъл – това е гръбнакът на стратегиите за проактивна поддръжка, които могат да предотвратят повреди на трансформатори, преди те да започнат.

За да разберете защо токът на заземяване на сърцевината има значение, помага да обобщим какво представлява сърцевината на трансформатора и защо е заземена. Ядрото е голямата ламинирана стоманена конструкция, която пренася магнитния поток между първичната и вторичната намотки. За да се предотврати опасно електростатично натрупване от смущения в работата, сърцевината е заземена в една точка. Там е нашиятМонитор на тока на заземяване на ядрото на трансформатораидва: той е проектиран да измерва малкия ток, който протича през тази заземителна връзка - обикновено няколко милиампера в здрава единица, достигайки може би до 50 mA, преди да започнете да се тревожите. Това, което научих от повредения трансформатор на тази помощна програма е, че този ток не е случаен. Всяка промяна в това число има конкретна причина и проследяването на тези промени във времето ви позволява да изградите стратегии за поддръжка, които са целенасочени, а не само реактивни.

Първата стратегия, която идва от основните текущи данни, е това, което наричам „проактивна поддръжка, базирана на тенденции“. Това не е подходът от старата школа, при който се появяваш на всеки две години, за да разглобиш трансформатор, само защото така пише в календара. Вместо това, вие използвате исторически данни от вашия основен монитор, за да забележите модели. Нека се върнем към тази помощна програма от Средния запад: основният им ток започна от 8 mA, нарасна до 15 mA след три месеца, 22 mA след четири и достигна 45 mA до шестия месец. Този наклон нагоре не беше нормален. Разровихме се в документацията им за монтаж и открихме, че когато смениха трансформатора, заземяващата накрайник не беше затегната според спецификациите на производителя – нещо, което би било лесно да се пропусне при бърза проверка. Разхлабената връзка създава малка дъга между сърцевината и заземяващата накрайник, което постепенно увеличава тока. Докато другите им монитори щяха да уловят проблема, изолацията на сърцевината вече беше достатъчно повредена, за да причини катастрофална повреда. Но с данните за тенденциите от нашия монитор те можеха да планират просто регулиране на въртящия момент по време на уикенд с ниско търсене, избягвайки напълно прекъсването.

Това, което прави тази стратегия още по-мощна, е, че това не са изолирани основни данни – можете да ги сдвоите с данни от други инструменти за наблюдение във вашия пакет, за да получите пълна картина. Например, ако токът на сърцевината се покачва, както и показанията от нашияОнлайн система за наблюдение на частичен разряд за трансформатор, това е знак за нещо нередно с изолацията на сърцевината. Ако токът на сърцевината е висок, но PD е нисък, може да имате работа с разхлабена заземителна връзка или дори счупена скоба на сърцевината, а не повреда на изолацията. НашитеМониторинг на гореща точка на намотката на трансформатораинструментът също може да влезе в действие тук: ако токът на сърцевината се покачва заедно с температурата на горещата точка, това може да означава, че сърцевината прегрява, вероятно поради късо съединение. Ключът е, че токът на заземяване на ядрото действа като система за „ранно предупреждение“, която ви казва на кои други показатели да обърнете внимание.

Друга стратегия за поддръжка, която разработихме с клиенти, е „анализ на първопричината за повреда“, използвайки основни текущи данни. Миналата година работихме с голяма компания за възобновяема енергия, която има поредица от мрежови трансформатори, свързани към техните вятърни паркове. Те имаха три блока да се повредят за период от 12 месеца и обичайният им процес беше да бракуват трансформаторите и да инсталират нови - докато започнат да използват нашите основни монитори. Екипът извади основните данни за тока от повредените модули и забеляза общ модел: и трите имаха остър скок в тока всеки път, когато вятърната централа преминаваше от ниска към висока мощност, и пиковете се увеличаваха с времето. Когато събориха един от повредените трансформатори, те откриха, че затягащите болтове на сърцевината са корозирали в точката на свързване, създавайки път с високо съпротивление за тока в сърцевината. Когато натоварването на трансформатора скочи, съпротивлението предизвика локализирано нагряване, което от своя страна ускори корозията - порочен кръг, който в крайна сметка доведе до късо ламиниране на сърцевината. Използвайки данни за ток на сърцевината, за да забележи този модел, компанията за възобновяеми енергийни източници промени графика си за поддръжка: вместо да чака за повреди, те сега проверяват съпротивлението на сърцевината на всяко тримесечие (използвайки текущия монитор) и когато се открие корозия, те сменят затягащите болтове по време на рутинни спирания. Те не само намалиха процента на отказ на трансформатора със 75%, но също така намалиха разходите за подмяна с близо 2 милиона долара през последната година.

Трета стратегия, която набира сила сред нашите индустриални клиенти, е „планиране на поддръжка, базирано на състоянието“. Това е различно както от поддръжката, базирана на календара, така и от поддръжката, базирана на тенденции: означава коригиране на вашата честота на поддръжка въз основа на текущото състояние на ядрото, измерено от монитора на ядрото. Например трансформатор в стабилна среда с ниска вибрация с ток в сърцевината, който постоянно е под 10 mA, може да се нуждае само от проверка на сърцевината на всеки пет години. Но трансформатор във вятърна ферма, където вибрациите от турбината причиняват постепенно разхлабване на връзките, може да има ток в сърцевината, който варира между 15 и 25 mA - затова препоръчваме проверки на сърцевината на всяко тримесечие, вместо на два пъти годишно. Дори имаме клиент в стоманодобивната промишленост, където високите нива на хармоници от дъговите пещи засягат всички техни трансформатори. Токът на сърцевината им е постоянно 30-35 mA, така че те инсталираха нашите основни монитори с високочестотно вземане на проби, което им позволява да проследяват хармоничното съдържание на тока. Тези данни им казват, че сърцевината е натоварена от хармониците, така че те са започнали да добавят хармонични филтри към своите трансформаторни връзки, което е намалило тока на сърцевината с 12 mA и е удължило живота на трансформатора с около 10 години.

Една от най-големите грешки, които клиентите допускат, е да третират тока на заземяване на сърцевината като метрика „настройте и забравете“. Нашите монитори са проектирани да ви предупреждават, когато токът превиши прага, но истинската стойност идва от анализирането на данните във времето. Да приемем, че настроите алармата си на 50 mA — ако токът скочи от 8 mA на 55 mA за една седмица, това е спешен случай и трябва незабавно да изключите трансформатора. Но ако се повиши от 8 mA до 40 mA за две години, това е бавен, постоянен проблем, който можете да коригирате по време на планирано прекъсване. Разликата между тези два сценария е изцяло в данните за тенденциите, които нашитеМонитор на тока на заземяване на ядрото на трансформатораулавя. Имаме клиенти, които идват при нас и казват, че основният им ток е „висок“, а когато извличаме данните за тенденцията, се оказва, че е бил висок от години – няма спешност, просто знак, че трябва да коригират графика си за поддръжка.

Също така открихме, че основните текущи данни са безценни за валидиране на други стратегии за поддръжка. Например, ако клиент използва нашияТрансформаторен анализатор на разтворен газза да открият потенциална повреда, те могат да направят кръстосана справка с данните за тока на ядрото, за да потвърдят дали повредата е в ядрото или намотките. Ако нивата на газ се повишават и токът в сърцевината също се повишава, това е повреда, свързана със сърцевината. Ако нивата на газ са високи, но токът на сърцевината е стабилен, повредата вероятно е в намотките и те могат да съсредоточат поддръжката си там, вместо да губят време и пари за ремонт на сърцевината. Това кръстосано валидиране намалява ненужните разходи за поддръжка и гарантира, че всяко действие по поддръжката е насочено към действителния проблем.

Разбира се, прилагането на тези стратегии не означава само инсталиране на монитор и гледане на числа. Необходим е ангажимент за анализ на данни и желание за интегриране на основните данни в цялостната ви програма за поддръжка на трансформатори. Ето защо нашият екип не продава само монитори – ние работим с клиенти, за да настроим персонализирани прагове за предупреждение въз основа на тяхното специфично оборудване и среда, и предоставяме обучение как да анализираме данните за тенденциите. Например помощната програма Midwest, която споменах по-рано, първоначално използваше само техния основен монитор, за да проверява за предупреждения за свръхток. След като екипът ни работи с тях, за да настрои седмични прегледи на тенденциите, те хванаха разхлабеното заземяване, преди да причини повреда. Сега те включват основен анализ на текущата тенденция в своите седмични срещи за поддръжка и разшириха практиката към други трансформатори в мрежата си.

Един от най-честите въпроси, които получаваме, е: „Уместен ли е токът на заземяване на сърцевината за всички трансформатори?“ Краткият отговор е да – дори малките разпределителни трансформатори имат точки за заземяване на ядрото и дори малки промени в тока могат да показват проблем. Работили сме с малки предприятия, които имат трансформатори от 500 kVA, и използвайки нашия основен монитор, те са забелязали проблеми като счупени ленти на сърцевината и лоши заземителни връзки, които биха причинили прекъсвания или преждевременна повреда. Въпреки това стратегиите за поддръжка, които разработихме, са адаптивни: за малък трансформатор може да се нуждаете само от ежемесечни проверки на тенденциите, докато единица с мащаб на мрежата се нуждае от ежедневно наблюдение. Данните се мащабират, което прави нашитеМонитор на тока на заземяване на ядрото на трансформатораценен инструмент за всякакъв размер операции.

Тъй като енергийната мрежа става все по-сложна – с повече възобновяема енергия, по-променлив товар и по-стари трансформатори в употреба – нуждата от проактивна поддръжка, управлявана от данни, никога не е била по-висока. Повредите на трансформаторите могат да струват милиони за престой, ремонт и разходи за подмяна, да не говорим за въздействието върху клиентите. Текущите данни за заземяване на ядрото са един от най-надеждните, недостатъчно използвани инструменти за предотвратяване на тези повреди. Това не е заместител на други системи за мониторинг като частичен разряд или анализ на разтворен газ, но е основата, която прави тези системи да работят по-добре. Чрез проследяване на основните текущи тенденции, съпоставяне с други показатели и коригиране на стратегии за поддръжка въз основа на действителното състояние, комуналните услуги и промишлените оператори могат да удължат живота на трансформатора, да намалят разходите и да избегнат скъпи прекъсвания.

Ако искате да преминете отвъд поддръжката, базирана на календар, и да започнете да използвате данни, за да защитите вашите трансформатори, нашият екип е тук, за да ви помогне. Независимо дали тепърва научавате за текущото наблюдение на заземяването на сърцевината или сте готови да интегрирате данни във вашата пълна програма за поддръжка, ние можем да работим с вас, за да намерим правилните решения за вашите нужди. НашитеМонитор на тока на заземяване на ядрото на трансформаторае проектиран да бъде лесен за инсталиране и интегриране с вашите съществуващи системи за наблюдение, а нашият технически екип е на разположение, за да ви подкрепи на всяка стъпка от пътя. За да научите повече за това как основните текущи данни могат да подобрят вашата стратегия за поддръжка или за да обсъдите специфичните си нужди, препоръчваме ви да се свържете с нас за доставка и консултация. Колкото по-рано започнете да използвате текущите данни за заземяване на сърцевината, толкова по-скоро можете да започнете да защитавате най-критичните си трансформаторни активи.

Референции

1. IEEE Std. C57.12.90-2015, „Стандартен тестов код за потопени в течност разпределителни, силови и регулиращи трансформатори.“ Институт на инженерите по електротехника и електроника, Ню Йорк, Ню Йорк, 2015 г.
2. „Заземяване на ядрото на трансформатора: Указания за важност, тестване и мониторинг.“ Технически доклад на Института за изследване на електроенергията (EPRI), Пало Алто, Калифорния, 2021 г.
3. Wang, Y., et al. „Анализ на тока на заземяване на ядрото за мониторинг на състоянието на трансформатора.“ IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 35, бр. 4, 2020, стр. 1892-1901.
4. „Стратегии за проактивна поддръжка за решетъчни трансформатори.“ Технически доклад на North American Electric Reliability Corporation (NERC), Принстън, Ню Джърси, 2022 г.
5. Smith, J., et al. „Интегриране на данни от няколко монитора за диагностика на повреда на трансформатор.“ сп. Енергетика и инфраструктура, кн. 12, бр. 2, 2023, стр. 45-52.