يلاحظ المشغل في المحطة الفرعية أن اتجاه DGA لوحدة 15 MVA قد انتقل من مستوى ”طبيعي” إلى مستوى ”تحذير” في التقرير ربع السنوي. زاد الهيدروجين من 45 إلى 130 جزء في المليون، بينما تم اكتشاف الإيثيلين أيضًا. لم يتم تفعيل أي من الإنذارات، ولم يحدث أي انقطاع. ومع ذلك، قام نظام التحذير بعمله بشكل فعال.
يتحدث هذا المقال عن كيفية تكملة الصيانة الدورية للمحولات بنظام تحذير واضح من الأعطال. تحتوي هذه الأنظمة على مستويات مختلفة من الكشف، وإعدادات الإنذار، والتكاليف المرتبطة بها. ستتعلم القيم الدقيقة للإنذارات، والاستجابات، وتكاليف النظام.
يتضمن آلية الإشارة إلى أعطال المحولات أربعة مستويات من الكشف: الفحص البصري/العمليات التي تتم يوميًا، مجموعة متنوعة من اختبارات الزيت على فترات محددة، اتجاهات درجة الحرارة والحمل، والمراقبة في الوقت الحقيقي للوحدات المهمة. مستويات الإنذار تتوافق مع نسب IEEE C57.104 و IEC 60599.
ما هو نظام تحذير الأعطال ولماذا هو مهم
يتكون نظام الكشف عن العيوب من حساسات، واختبارات، وحدود، وإجراءات تشير إلى أن المحول يفشل بينما لا يزال من الممكن التدخل. السبب في عمل هذا النظام هو أن معظم الأعطال تتطور تدريجياً: تتآكل العزل على مدى سنوات، ويتجمع الرطوبة على مدى أشهر، ويتدهور الزيت تدريجياً، وترتفع تركيزات الغاز قبل حدوث الفشل. المهمة الرئيسية لنظام التحذير هي لفت انتباه المستخدمين إلى هذه التغيرات الصامتة. تكمن أهمية النظام المذكور أعلاه في حقيقة أن استبدال محول واحد يكلف 250,000–1.5 مليون دولار للحالات الخاصة بالمحولات متوسطة القدرة، بالإضافة إلى خسائر التوقف التي تتراوح بين 50,000–2 مليون دولار لكل حدث، بينما تمثل تكلفة النظام فقط مئات أو حتى آلاف الدولارات سنويًا لكل وحدة. وبالتالي، فإن تجنب فشل واحد فقط يبرر الاستثمار في نظام التحذير. ونتيجة لذلك، تتمكن شركات الطاقة التي تستخدم النظام بنجاح في الممارسة من تحويل الغالبية العظمى من الانقطاعات القسرية إلى انقطاعات مخططة.
المستوى 1: الصيانة اليومية كأول طبقة تحذير
يتم تنفيذ أقل استثمار وأعلى طبقة وقائية فعالة يوميًا من قبل العاملين. في الواقع، يمكن أن تحدد بعض المعلمات الفيزيائية التي لا يمكن قياسها بواسطة أي حساسات. تشمل المهام التالية في قائمة التحقق اليومية للمحولات المغمورة في الزيت:
- مستوى الزيت مقابل درجة الحرارة. يجب أن يتوافق مستوى الزيت في الحافظة مع درجة الحرارة على حساس الزيت-درجة الحرارة. إذا لم يكن هناك توافق، فإن الزيت إما يتسرب أو أن جهاز التنفس قد تعرض للتلف.
- الضوضاء. الضوضاء المستمرة هي أمر طبيعي؛ إذا كان هناك شيء جديد في الخلفية، فهذا يعني وجود إنذار. قد تتغير الضوضاء بسبب براغي القلب المفكوكة أو أجزاء المعدات، أو بسبب التفريغات.
- درجة الحرارة. يجب تسجيل درجة حرارة الزيت العلوي بالمقارنة مع استهلاك الطاقة الكهربائية. إذا كانت درجة حرارة الزيت العلوي في ارتفاع بينما استهلاك الطاقة ثابت، فهذا يعني أنه قد تحدث مشاكل في التبريد أو خسائر داخلية.
- العوازل. تحقق مما إذا كانت هناك أي شقوق أو تتبع أو تسرب زيت موجود هناك. أيضًا، تحقق مما إذا كانت وصلة الطرف محملة بشكل زائد.
- جهاز التنفس. إذا تحول الجل إلى اللون الوردي، فهذا يعني أنه قد تشبع بالرطوبة.
- نوافذ جهاز بوشولز. أي تراكم للغاز في هذه النافذة هو تنبيه.
- تسرب وبقع الزيت على الأرض. تشير بقع الزيت الجديدة على الأرض إلى فشل في تدفق التسرب إلى الزيت.
يتم تسجيل كل ملاحظة. لا يتطلب سجل الملاحظات أو إدخال نظام إدارة الصيانة الحاسوبية أي نفقات ولكنه يثبت سجل الاتجاهات مما يجعل مستويات التحذير الأعلى ممكنة.
المستوى 2: اختبار الزيت والكهرباء الدوري
تكشف التقييمات المنتظمة عما لا تستطيع العين رؤيته. فيما يلي التقييمات الحاسمة ومستويات التحذير الخاصة بها:
| اختبار | التردد | طبيعي | تحذير | مستوى العمل |
|---|---|---|---|---|
| تحليل الغاز المذاب (DGA) | سنوي؛ كل 6 أشهر للوحدات الحرجة | TDCG < 720 جزء في المليون | 720–1,920 ppm أو معدل ارتفاع | > 1,920 ppm: تحقق؛ > 4,630: أخرج من الخدمة |
| جهد انهيار الزيت | سنوي | > 40–60 كيلوفولت | 30–40 كيلوفولت | < 30 kV: تصفية أو استبدال الزيت |
| رطوبة الزيت | سنوي | < 15–20 جزء في المليون | 20–30 جزء في المليون | > 30–40 ppm: جفف وابحث عن تسرب |
| مقاومة العزل (ميجر) | سنوي / ربع سنوي | > 1,000 MΩ (جهد عالي) | اتجاه هابط بين الاختبارات | < 100–500 MΩ: جفف وأعد الاختبار |
| تحليل الفوران (شيخوخة الورق) | كل 1–3 سنوات | مستويات فوران منخفضة | اتجاه متزايد | عالية: الورق هش، خطط لأعمال نهاية العمر |
| الحموضة / IFT | سنوي | حموضة منخفضة، IFT مرتفع | ارتفاع الحموضة | عالية: تحتاج إلى إعادة تأهيل الزيت |
التقنية المستخدمة في الفحص هي المقارنة مع عينة قديمة بدلاً من الرقم المطلق فقط. ستؤدي عينة زادت من 40 إلى 120 ppm من الهيدروجين في الاختبارات السنوية إلى إطلاق إنذار حتى لو لم تتجاوز قيمتها الحد.
المستوى 3: تحليل الاتجاه وتقييم الحالة
يمكن أن تعطي العينات الفردية انطباعًا خاطئًا عن شيء ما بينما لا يمكن أن تعطي الاتجاهات. المستوى 3 مسؤول عن جعل تحليل الاتجاهات منهجيًا.
- معدلات توليد الغاز: معدل توليد الغاز أو معدل زيادة الغاز (بالـ ppm شهريًا) يعمل كأول تنبيه حيث إنه عادةً الأكثر حساسية. توصي IEEE C57.104 بالقياس المستمر ليس فقط لـ TDCG ولكن أيضًا لمعدلات توليد الغاز المختلفة في ما بينها.
- تاريخ الحمل: تحليل بيانات درجة الحرارة والحمل لمعرفة تلك الأصول التي تعمل بالقرب من درجة حرارتها التصميمية وتشيخ أسرع من غيرها.
- تسجيل حالة رأس المال: أخذ حالة DGA، جودة الزيت، بيانات الاختبارات الكهربائية، العمر، وتاريخ الحمل ودمجها في درجة حالة ستصنف أسطولك وتساعدك في اتخاذ القرار بشأن الاختبار أو الفحص التالي.
- الموسمية: إذا كان الأصل يحذر فقط في الصيف، فقد تكون لديه مشاكل في احتياطات التبريد وليس عيوب العزل.
مدعومًا ببرمجيات إدارة الأصول، يمكن معالجة المعلومات المذكورة أعلاه تلقائيًا بواسطة جهاز كمبيوتر يقوم باستهلاك نتائج الاختبار، وحساب المعدلات، وتسليط الضوء على المشكلات وإرسال إشعار إلى المهندس المسؤول. حتى ورقة Excel بسيطة يقوم بها فني ستكون قادرة على إظهار 80 في المئة من القيمة.
المستوى 4: المراقبة عبر الإنترنت للوحدات الحرجة
من خلال توفير تحذيرات مستمرة في الأنظمة الأكثر حيوية حيث سيكون أي عطل غير مقبول أو مكلف للغاية، يلعب نظام المراقبة عبر الإنترنت دورًا رئيسيًا في صيانتها. هذا ما تراقبه المستشعرات في مثل هذه الأنظمة عادةً:
| المراقبة عبر الإنترنت | التحذير الذي يقدمه | التكلفة النموذجية (مثبتة) | الوقت المتوقع قبل الفشل الذي يقدمه |
|---|---|---|---|
| جهاز مراقبة DGA عبر الإنترنت | اتجاه الغاز المستمر، الكشف المبكر عن غاز العطل | $8,000–$60,000 | أسابيع إلى أشهر |
| مراقب التفريغ الجزئي | نشاط PD في pC، عيوب العزل | $5,000–$30,000 | أشهر |
| مراقبة درجة الحرارة / الحمل | الحمل الزائد وتدهور التبريد | $2,000–$8,000 | أسابيع |
| مراقب بوشهولز + تراكم الغاز | تراكم غاز العطل الداخلي | $500–$3,000 | ساعات إلى أيام |
| مراقب OLTC | التآكل الميكانيكي، مشاكل القيادة | $3,000–$15,000 | أسابيع إلى أشهر |
ستكلف نظام المراقبة عبر الإنترنت لنظام مهم للغاية حوالي $25,000 – $120,000 بالإضافة إلى حوالي $1,000 – $8,000 سنويًا لرسوم المنصة والصيانة.
ضبط عتبات الإنذار التي تعمل
يجب أن توفر العتبات للإنذارات تسوية مناسبة بين نوعين من الأخطاء: العتبات الضيقة تؤدي إلى عدم أخذ عملية الفيضانات على محمل الجد، والعتبات الواسعة تفشل في اكتشاف العيوب المتزايدة. تحتوي معايير IEEE على نقاط مرجعية قيمة بشأن المستويات المذكورة:
| الحالة | نطاق TDCG (جزء في المليون) | الغازات المؤشر النموذجية | الإجراء الموصى به |
|---|---|---|---|
| طبيعي | < ٧٢٠ | لا يوجد ارتفاع | استمر في أخذ العينات المجدولة |
| حذر | 720–1,920 | H2, ، CH4 ارتفاع | عينة أكثر تكرارًا، تحقق |
| عالي | 1,920–4,630 | الإيثيلين، CO في ارتفاع | خطط لتحقيق تحقيق مفصل |
| شديد | > ٤,٦٣٠ | وجود الأسيتيلين | اعتبر الإزالة من الخدمة |
إليك بعض الأفكار العملية حول كيفية ضبط العتبات:
- استخدم العتبات القياسية. توفر IEEE C57.104 الفئات المدرجة. تصف معايير IEC60599 الفئات الكلاسيكية.
- قدم إنذارات لمعدل الارتفاع. تلك التي تولد الغازات ويجب مراقبتها حتى لو كانت جميع العتبات لا تزال ضمن الحدود. تبدأ بعض الشركات الإنذارات عند ملاحظة على الأقل ضعف معدل ارتفاع تركيز غاز العطل.
- تنفيذ استجابات متعددة المستويات. مستوى الإنذار 1: يتطلب التحقيق. مستوى الإنذار 2: يجب اتخاذ إجراء خلال أسابيع ويجب زيادة تكرار أخذ العينات. مستوى الإنذار 3: إزالة المعدات من الدائرة التشغيلية أو التدخل على الفور.
- تأكد من أن إنذاراتك مصممة وفقًا لتاريخ الأسطول الفريد.
بروتوكول استجابة التحذير
يجب أن يكون لكل إنذار رد فعل مسجل وإلا قد يبقى مجرد صوت بدون معنى حقيقي. قم بعمل دليل للإجراءات:
- سجل واعترف بالإنذار في CMMS مع شخص مسؤول عن الإنذار.
- تحليل المعلومات: إذا كانت قائمة على المستوى، أو قائمة على المعدل، أو إشارة مستشعر عبر الإنترنت، قارنها بالبيانات السابقة وحمل المعدات.
- احصل على عينات وتأكيدها مع اختبارات DGA واختبارات جودة الزيت، إذا كان هذا إنذار DGA عبر الإنترنت؛ خذ عينة لتأكيد القراءة.
- صنفها وفقًا لمعايير IEEE C57.104 / IEC 60599 وابحث عن نوع الإصلاح المحتمل.
- انقلها إلى المستوى المناسب: زيادة معدلات أخذ العينات، ترتيب الفحص، أو إخراج المعدات من الخدمة.
- تحقق مرة أخرى: قارن رد الفعل مع الإنذار الأصلي.
يضمن الدليل عدم تجاهل أي إنذار حيث تعزز كل مشكلة تم العثور عليها أمان النظام.
| مستوى التحذير | الزناد | المالك | وقت الاستجابة المستهدف |
|---|---|---|---|
| أصفر | نطاق الحذر، معدل الغاز البطيء | مهندس الصيانة | 1-2 أسابيع |
| برتقالي | نطاق عالٍ أو معدل متزايد | مدير الأصول | في غضون أيام |
| أحمر | نطاق شديد أو حدث بوخولز | مدير العمليات | فوري |
تحويل بيانات الصيانة إلى تحذيرات مبكرة
تعتمد فعالية نظام التحذير على نظافة البيانات. إليك بعض الممارسات الجيدة التي يمكن أن تحسن فعالية نظام التحذير:
- وثق ظروف الاختبار لكل عينة مأخوذة: الحمل، درجة حرارة الزيت، ودرجة الحرارة المحيطة، حيث أن تركيز الغاز ومستويات الرطوبة تختلف مع درجات الحرارة.
- استخدم مختبرًا متطابقًا من أجل القضاء على عدم الاتساق بين المختبرات في البيانات السنوية.
- أنشئ مستودعًا مركزيًا لتاريخ الآلات، بما في ذلك اختبارات التشغيل، البيانات المستمدة من DGA، الإصلاحات، الأحمال الزائدة، إلخ.
- دمج البيانات في جدول تخطيط الصيانة بحيث تؤدي التنبيهات إلى إنشاء أوامر عمل بدلاً من إرسال بريد إلكتروني إلى شخص قد يأخذ يوم إجازة.
نتيجة لذلك، فإن وجود بيانات متسقة يجعل كل اختبار DGA سنوي أكثر من مجرد إجراء بيروقراطي.
تكلفة طبقات التحذير
تكلفة بنية التحذير التحتية منخفضة مقارنة بالخسارة التي تمنعها. تُقدّر التكاليف بحوالي $50,000 سنويًا لكل أسطول من 100 وحدة توزيع.
| طبقة | التكلفة السنوية النموذجية | ما الذي تمنعه |
|---|---|---|
| جولات المشغل اليومية (10 دقائق/يوم) | $300–$1,500 | تسريبات، أعطال تبريد، أضرار مرئية |
| حزمة DGA السنوية + جودة الزيت | $350–$900 لكل وحدة | أعطال العزل، الرطوبة، التلوث |
| اختبارات كهربائية سنوية (IR، نسبة، إلخ) | $300–$1,500 | تدهور اللف والعزل |
| مجموعة المراقبة عبر الإنترنت (الوحدات الحرجة) | $25,000–$120,000 (نفقات رأس المال) + $1,000–$8,000/سنة | تصعيد مستمر لغاز العطل وPD |
| تجنب الاستبدال (20–60 MVA) | — (يوفر $250K–$1.5M) | فشل كارثي |
القصة الكاملة هي الفجوة في الأرقام: تكلفة بنية التحذير الكاملة لأسطول من 100 وحدة توزيع تعادل حوالي $50,000–150,000 سنويًا. بدوره، فإن التكلفة المحتملة لاستبدال محول متوسط القدرة محترق تصل إلى $250,000–1.5 مليون.
الأخطاء الشائعة في أنظمة التحذير
- تعب الإنذار: لا يهتم المشغلون بالإنذارات بسبب مستويات الإنذار غير المضبوطة بشكل جيد. استخدم دائمًا مستويات متدرجة للإنذارات وتحقق من إحصائيات الإنذار مرة كل ربع سنة.
- تجاهل انحراف الأساس: عدم تعديل قراءات DGA للسنة الحالية مقارنة بسنة سابقة فيما يتعلق بالحمل ودرجة الحرارة يؤدي إلى أنماط خاطئة.
- نقص الالتزام: أي إنذار يصبح ليس إنذارًا إذا لم يذكر من يجب أن يستجيب له.
- التركيز على المستشعرات مع نسيان الأساسيات: لا يمكن لأي جهاز مراقبة عبر الإنترنت أن يتفوق على الاتصالات الجيدة، والمفاتيح النظيفة، وضبط الحماية بشكل صحيح.
- تأخير التنفيذ: السبب الأكثر شيوعًا لفشل المحولات القابل للتجنب ليس عدم رؤية الإنذار ولكن التأخير في تنفيذ الإجراءات التصحيحية بعد رؤيته.
الأسئلة المتكررة
ما هي العلامات الرئيسية للتحذير من عطل محول ناشئ؟
العلامات الأكثر وضوحًا هي مستويات الغاز المرتفعة خلال DGA (الهيدروجين، الإيثيلين، الأسيتيلين)، وزيادة في قراءات درجة الحرارة عند حمل ثابت، وانخفاض في مستويات جهد انهيار الزيت، وزيادة في محتوى رطوبة الزيت، بالإضافة إلى أي صوت أو دليل بصري جديد تم الحصول عليه خلال الفحوصات اليومية. وفقًا لمعايير IEEE C57.104، يجب التعامل بحذر مع TDCG الذي يتجاوز 720 جزء في المليون أو مستويات الغاز التي تضاعفت من قراءة عينة واحدة إلى أخرى.
كم مرة يجب اختبار المحول لتوفير تحذير مبكر؟
يجب أن يتعرض المحول الذي يعمل بشكل صحيح لـ DGA كل 1-3 سنوات؛ من ناحية أخرى، تحتاج المحولات الكهربائية إلى اختبار سنوي. في حالة حدوث أي نوع من التحذيرات أو الحمل الزائد أو انقطاع Buchholz، من الأفضل إجراء اختبار فوري ثم الاستمرار في ذلك على مدى 3-6 أشهر التالية لجمع جميع المعلومات ذات الصلة. قد تكلف أجهزة المراقبة عبر الإنترنت ما بين $25,000 إلى $120,000 ولكن، نظرًا لأنها توفر مراقبة مستمرة، يبدو أنها تستحق المال المنفق.
ما الفرق بين التحذير والإنذار في مراقبة المحولات؟
يظهر التحذير أن هناك شيئًا خاطئًا، وبالتالي يتطلب الأمر بعض التحقيقات على فترات محددة مسبقًا (على سبيل المثال، DGA تظهر مستويات من 720-1920 جزء في المليون TDCG). من ناحية أخرى، يظهر الإنذار مستوى حرج تم الوصول إليه، مثل 1,920 جزء في المليون TDCG، أو انقطاع Buchholz أو ارتفاع درجة حرارة الزيت إلى نطاق 90-95 درجة مئوية، ويجب اتخاذ إجراء على الفور. يتم التعامل مع التحذيرات من قبل موظفي الصيانة، بينما يتم التعامل مع الإنذارات من قبل قسم العمليات.
كم يكلف برنامج صيانة وتحذير المحولات؟
بالنسبة لمحول متوسط الحجم، فإن تكلفة تشغيل صيانة كاملة، بالإضافة إلى DGA، واختبار جودة الزيت، والاختبارات الكهربائية خلال العام، عادة ما تكون حوالي $1500–$5000. بالإضافة إلى ذلك، ستكلفنا شراء أجهزة المراقبة عبر الإنترنت $25,000-$120,000، بالإضافة إلى التكاليف السنوية. ومع ذلك، عند مقارنتها بتكاليف الاستبدال المحتملة التي تتراوح بين $250,000–$1,500,000، يبدو أن إنفاق المال على البرنامج صفقة جيدة.
هل يمكن أن تحل المراقبة عبر الإنترنت محل أخذ عينات الزيت؟
لا، على الرغم من أن أجهزة المراقبة المستمرة عبر الإنترنت لـ DGA تساعد في تتبع الاتجاهات ومنع المشاكل من الظهور، إلا أن DGA في المختبر لا يزال أفضل طريقة لقياس خصائص الزيت من حيث الدقة وحساب الغاز. من الجيد ممارسة مراقبة تشغيل الأجهزة عبر الإنترنت ولكن يجب دائمًا إجراء اختبارات تأكيدية في المختبرات للحصول على نتائج مهمة تم الحصول عليها من خلال الاختبارات عبر الإنترنت.
المراجع
- IEEE C57.104: دليل لتفسير الغازات الناتجة في المحولات المغمورة بالزيت — المرجع لعتبات DGA وتصنيف الحالة.
- IEC 60599: دليل تفسير DGA في المعدات المملوءة بالزيت المعدني — الإطار الدولي لتفسير الغاز في المعدات القديمة.
- IEC 60422: إرشادات الإشراف والصيانة للزيوت العازلة المعدنية — حدود جودة الزيت وإرشادات تكرار المراقبة.
- IEC 60076-7: دليل التحميل لمحولات الطاقة المغمورة بالزيت — حدود درجة الحرارة وإرشادات التحميل التي تُعلم عتبات التحذير.
- سيجرé — كتيبات فنية حول مراقبة الحالة وإدارة أصول المحولات.
- IEEE — بيانات مجموعة العمل الخاصة بالموثوقية ومعايير المراقبة للمحولات.
- شركة جيانغسو سوبين للطاقة الكهربائية — مصنع محولات متوافق مع IEC 60076 يدعم التصاميم الجاهزة للمراقبة وإرشادات الصيانة.
الخاتمة
تتكون تقنية الكشف عن عيوب المحولات من أكثر من مجرد مستشعر أو اختبار، بل من العديد من الأنظمة المدمجة. هناك أعراض مادية يتم التقاطها خلال الفحوصات اليومية، وتفاعلات كيميائية يتم تحديدها من خلال الاختبارات، بالإضافة إلى تحليل الاتجاهات الذي يساعد في فهم المعلومات المجمعة، فضلاً عن المراقبة المستمرة التي تحتاجها بعض المحولات. يتم أخذ العتبات من معيار IEEE C57.104 بالإضافة إلى IEC 60599 ويتم ضمان استجابات مختلفة من خلال البروتوكولات.
- الفحوصات اليومية، والاختبارات، والاتجاهات، والمراقبة المستمرة هي ما تحتاجه لتغطية كاملة لما يجب مراقبته.
- يجب تحديد عتبات متعددة المستويات مع إنذارات بمعدل تصاعدي، مع مراجعات ربع سنوية.
- الاستجابة لكل إنذار وفقًا للبروتوكولات، مع توثيق المالك المسؤول عن الإجراء.