يمكن أن يكون المحول الكهربائي أكبر استثمار فردي يتم في أي نظام كهربائي، ومع ذلك فإنه يفشل بطريقة يمكن التنبؤ بها ومنعها. حتى قبل أن يتعطل المحول أو يحترق أو يفشل بشكل كارثي، بدأت عملية تحلل زيت العزل الخاص به بسبب الإجهاد الحراري والكهربائي، مما ينتج عنه غازات محددة تذوب في الزيت. تشمل هذه الغازات الهيدروجين الناتج عن التفريغات الجزئية، والإيثيلين الناتج عن ارتفاع درجة الحرارة، والأسيتيلين الناتج عن القوس الكهربائي، من بين أمور أخرى. تقليديًا، يعد تحليل الغاز المذاب دراسة للغازات المنتجة في سائل عازل مشابه لإجراء اختبارات الدم. ومع ذلك، مع تحليل الغاز المذاب في الوقت الحقيقي، تتقدم العملية من مجرد زيارة مختبر سنوية إلى مراقبة صحية مستمرة حيث سيظهر المحول ما إذا كان هناك عطل يتطور أم لا، ومدى سرعة نموه، ومتى تكون هناك حاجة لاتخاذ إجراء.
يسلط هذا الدليل الضوء على عملية مراقبة غاز المحولات في الوقت الحقيقي، وما هي الغازات التي يجب البحث عنها وأهميتها، والتقنيات المستخدمة في أنظمة المراقبة في الوقت الحقيقي، والفوائد لأصحاب الأصول، وكيفية إنشاء أنظمة مراقبة تقدم عائدًا جيدًا على الاستثمار.
الاستجابة: خدمة مراقبة غاز المحولات في الوقت الحقيقي قادرة على تحليل تركيزات الغازات الموجودة عادة في زيت المحول (مثل الهيدروجين، والميثان، والإيثان، والإيثيلين، والأسيتيلين، وأول أكسيد الكربون، وثاني أكسيد الكربون) باستخدام أنظمة مراقبة الغاز عبر الإنترنت (إما في شكل كروماتوغرافيا غازية أو عبر الطيف الضوئي الصوتي/الأشعة تحت الحمراء، أو من خلال استخدام حساسات محددة للهيدروجين). كل من هذه الغازات تشير إلى أحد الأعطال التي يعاني منها المحول. بالنسبة للمحولات الحرجة، يمكن أن يؤدي استخدام المراقبين عبر الإنترنت إلى تحقيق وفورات كبيرة حيث تكون الحاجة إلى الصيانة بناءً على الضرورة بدلاً من مجرد التقويم، مما يتجنب الانقطاعات غير المجدولة تمامًا.
ما هي مراقبة غاز المحولات في الوقت الحقيقي؟
مراقبة غاز المحولات في الوقت الحقيقي هي عملية قياس تركيز الغازات المذابة في زيت العزل لمحول يعمل بشكل مستمر دون إيقافه. يتم الاتصال من خلال نظام زيت المحول - عادةً عبر صمام التصريف أو صمام أخذ عينات مخصص - لاستخراج الزيت أو الغاز بشكل مستمر في فترات زمنية محددة تتراوح من دقائق إلى ساعات. يتم تحليل الزيت أو الغاز، وتظهر القراءات و/أو تُرسل إلى نظام SCADA أو نظام إدارة الأصول.
الطريقة عبر الإنترنت لتحليل الغازات المذابة هي الطريقة التشخيصية الأكثر تطبيقًا في قطاع الطاقة لمحولات الزيت. اعتادت شركات المرافق على الطريقة غير المتصلة، التي تتضمن أخذ عينات من الزيت على فترات محددة (عادةً كل عام) وشحنها إلى مختبر للحصول على كروماتوغرام غازي بعد أسبوع. توفر الطريقة عبر الإنترنت جميع ميزات تحليل الغازات المذابة المعتمدة على البرمجيات بينما تعالج البيانات بشكل مستمر، مما يلغي العديد من الخطوات المستهلكة للوقت ويقدم معدل تغير الغازات المذابة التي يتم إطلاقها كواحدة من أولى علامات التحذير التي يمكن أن يوفرها المحول.
الغازات: ماذا تخبرك كل واحدة
تطلق زيوت المحولات والورق مجموعة محدودة من الغازات التشخيصية الرئيسية أثناء التحلل تحت الضغط الكهربائي. يتم تحديد “توقيع” الغاز من خلال تحديد كل من الغازات الموجودة وتركيزاتها بالنسبة لبعضها البعض.
| غاز | السبب النموذجي | توقيع العطل |
|---|---|---|
| الهيدروجين (H2) | التفريغ الجزئي، الكورونا، الأعطال ذات الطاقة المنخفضة | مؤشر مبكر رائد؛ غالبًا ما يكون أول غاز يرتفع |
| الميثان (CH4) | الأعطال الحرارية ذات درجة الحرارة المنخفضة | يرتفع مع ارتفاع درجة الحرارة دون ~300°C |
| الإيثان (C2H6) | الضغط الحراري المعتدل | يتزاوج مع الميثان في التوقيعات الحرارية |
| الإيثيلين (C2H4) | الأعطال الحرارية ذات درجة الحرارة العالية (300-700°C) | يهيمن في النقاط الساخنة الشديدة |
| الأسيتيلين (C2H2) | التفريغ الكهربائي، التفريغ عالي الطاقة | التوقيع الأكثر خطورة؛ يشير إلى التفريغ الكهربائي |
| أول أكسيد الكربون (CO) | تحلل السليلوز (الورق) | ارتفاع CO يشير إلى عزل مفرط الحرارة |
| ثاني أكسيد الكربون (CO2) | الشيخوخة الطبيعية بالإضافة إلى ضغط السليلوز | نسبة CO2/CO تساعد في تقدير عمر العطل |
تعلم قاعدتين فقط هو أكثر أهمية من حفظ جدول غازات العطل النموذجية. أولاً، من المهم فهم أن أنماط الغاز أكثر أهمية من أي غاز واحد. على سبيل المثال، وجود محول بمستويات منخفضة من الهيدروجين والميثان ليس عطلًا خطيرًا مثل محول يعاني من زيادة في وجود الأسيتيلين. ثانيًا، الاتجاه أكثر أهمية من الرقم المحدد لأي تركيز غاز. قد يحتوي المحول على غازات في تركيزات مقبولة وفقًا لمعيار IEEE C57.104، ولكن إذا كانت التركيزات تتضاعف كل شهر، فإن ذلك يمثل وضعًا أكثر إلحاحًا من وجود تركيزات غاز مستقرة أعلى على مدى العامين أو الثلاثة الماضية.
كيف تعمل تحليل الغازات المذابة عبر الإنترنت: تقنيات الاستشعار
تشمل المقايضات بين الأداء والسعر بين التقنيات المختلفة المثبتة المستخدمة في أجهزة تحليل الغازات المذابة عبر الإنترنت:
- كروماتوغرافيا الغاز (GC): معيار ذهبي مختبري معروف بقدرته على التكيف عبر الإنترنت. يستخدم غاز ناقل ينقل الغاز المستخرج عبر أعمدة كروماتوغرافية حيث يتم فصل الغازات حسب الخصائص الجزيئية وكشفها بالتتابع. توفر أجهزة الكروماتوغرافيا الغازية المتعددة الغازات عبر الإنترنت حزمة كاملة من الغازات الرئيسية (H2، CH4، C2H2، C2H4، C2H6، CO، وCO2) مما يجعلها الأكثر دقة من بين أنواع أجهزة المراقبة عبر الإنترنت.
- التحليل الطيفي الضوئي الصوتي والأشعة تحت الحمراء (PAS/IR): تمتص جزيئات الغاز الترددات تحت الحمراء مع امتصاص محدد يوفر قياس الغاز بالإضافة إلى التعرف عليه. تقدم تقنية PAS موثوقية عالية على مدى فترات أطول مع صيانة أقل مما يفيد لفترات زمنية أطول. حاليًا، تقدم أنظمة الغاز المتعددة مجموعة كاملة من الغازات الرئيسية.
- أجهزة استشعار محددة للهيدروجين: تعتبر واحدة من الأنواع الأرخص مع إمكانية إطلاق الهيدروجين أولاً بين عدة طرق مختلفة للكشف عن الأعطال (التفريغ الجزئي، القوس الكهربائي، ارتفاع درجة الحرارة جميعها تنتج H2). هناك قيمة كبيرة مع أجهزة مراقبة الهيدروجين التي تنتج بيانات تحذير مبكر كبيرة وبتكاليف أقل من معدات الغاز المتعددة.
أخذ العينات بنفس أهمية الاستشعار: يجب أن يكون الجهاز قادرًا على استخراج عينة غاز تمثيلية من الزيت (تقنيات أخذ العينات من الفضاء العلوي أو الفراغ هي الأكثر استخدامًا) ويجب معايرة المراقب وتركيبه وأدائه من أجل التقاط بيانات موثوقة - فالمراقب غير المعاير أسوأ من عدم وجود مراقب على الإطلاق لأنه يمنح الشركات المصنعة ثقة زائفة. دليلنا إلى أساسيات اختبار زيت المحولات يغطي أساسيات أخذ العينات وراء كل برنامج مراقبة.
تفسير البيانات: المعايير والأساليب
تتضمن عملية تحديد سبب تركيزات الغاز الخام تحديد المعلمات اللازمة باستخدام طرق مختلفة بدلاً من استخدام واحدة فقط كما هو محدد من قبل IEEE C57.104 مثل مثلث دوفال.
- معيار IEEE C57 هو الأساس الذي تستند إليه مثل هذه الطرق، وهي الحدود المسموح بها للغازات بطبيعة المحولات المغمورة بالزيت لأربعة ظروف (الشرط 1 = عادي؛ الشرط 4 = إجراء عاجل) التي تحتوي على مجموعة من الإرشادات المطلوبة لأخذ العينات لكل حالة، وما هو متوقع من المشغلين. النسخة 2019 من المعيار تنص على أن الشرط 1 يجب أن يكون له معدل أخذ عينات محدد بسنة واحدة بينما يتم تحديد أربعة أشهر للشرط 2، وسيكون للشرط 3 تردد أخذ عينات شهري بينما يجب أن يحدث أخذ عينات أسبوعي للشرط 4.
- تستخدم طريقة مثلث دوفال طريقة تمثيل بصري (IEC 60599) تتنبأ بأنواع الأعطال بناءً على النسبة النسبية لثلاثة أنواع من الغازات - الميثان، الإيثيلين، والأسيتيلين - التي تقع تحت فئات التفريغ الجزئي، التفريغ منخفض/مرتفع الطاقة، والخطأ الحراري،,
- تستخدم طريقة النسبة منهجيات دورننبورغ، روجرز، وIEC 60599 لتحديد الأعطال بناءً على نسبة أزواج الغاز وفقًا للجداول.
- تأخذ طريقة الغاز الرئيسي في الاعتبار التدفقات المحتملة بناءً على الغاز السائد؛ على سبيل المثال، أي من الغازات الأربعة H2، C2H4، وCO هي السائدة مع الوصول إلى استنتاج حول نوع العيب المحدد.
- تقيس طريقة تحليل الاتجاه لمراقبة الوقت الحقيقي معدل توليد الغاز كعامل حاسم لاتخاذ قرارات فعالة.
لا يمكن لأي طريقة أن تعمل بشكل منفصل، لذلك يستخدم المفتشون ذوو الخبرة خبراتهم لدمج الأساليب وتوفير سياق لتحسين اتخاذ القرار. من أجل دليل عملي لقراءة تقارير DGA، لدينا دليل تفسير DGA خطوات من خلال تقرير الغاز الحقيقي من البداية إلى النهاية.
من المراقبة إلى الصيانة المعتمدة على الحالة
لا تعتمد الصيانة المعتمدة على الحالة على التقويم لجدول الصيانة، بل تركز على ما يحدث داخل قطعة المعدات الفردية. ببساطة، لا يُقال للمرء “افحص كل محول كل عام واختبر الزيت كل عام بغض النظر عن الحالة التي هو فيها”. بدلاً من ذلك، يُقال للمرء “راقب كل شيء باستمرار، افعل شيئًا عندما تشير البيانات إلى أنه حان الوقت لفعل شيء ما، واضبط تكرار أخذ العينات حسبما تقتضي الحالة. بشكل أكثر تحديدًا:
- لا يتم لمس المحولات وتُوجه الميزانيات وساعات العمل إلى قطع المعدات التي تحتاج إلى اهتمام
- تولد المعدات مراقبة الغاز وتُجرى تحقيقات خاصة حيث يتم إجراء أخذ عينات سريعة جنبًا إلى جنب مع التصوير الحراري، واختبار جودة الزيت (بما في ذلك الرطوبة عبر طريقة كارل فيشر، جهد الانهيار، تحليل الفوران للورق، إلخ) وتشخيصات صوتية (فحوصات التفريغ الجزئي) لتحديد مناطق المشاكل على المحولات.
- تنبه المعدات أنظمة معينة من الإجراءات التي يجب اتخاذها - يتم إعادة توزيع الحمل، وتكون قطع الغيار في وضع الاستعداد، وتُخطط الانقطاعات، وتُفصل المعدات عن الطاقة (إذا بدأت المنتجات تشير إلى زيادة كبيرة في توليد الأسيتيلين).
في الأساس، تطور برنامج الصيانة إلى شجرة قرار تعتمد على نظام مراقبة الأصل، وهو ما يعنيه مدراء الأصول بـ “الصيانة التنبؤية” بدلاً من “الصيانة التفاعلية”. لأن معدلات توليد الغاز هي المعلمة الأكثر إفادة، فإن البيانات المستمرة عبر الإنترنت هي التي تجعل شجرة القرار تحدث حيث لا يمكن لعينة سنوية واحدة أن تشير إلى ما إذا كان يتم تسريع توليد الغاز. للحصول على إرشادات حول برنامج الفحص الأوسع الذي يحيط بالمراقبة، انظر إلى قائمة فحص صيانة المحولات.
الحالة التجارية: الفوائد والعائد
مزايا أنظمة مراقبة الغاز في الوقت الحقيقي محددة وضرورية اقتصاديًا حيث يتم استخدام الأصول الحرجة.
- اكتشاف الأعطال في مرحلة مبكرة - يمكن اكتشاف العيوب مثل التفريغ الجزئي، والنقاط الساخنة، أو الاتصالات الفضفاضة قبل أشهر من الفشل حتى يمكن إجراء الإصلاحات بتكلفة شبه معدومة.
- تجنب الانقطاعات القسرية - يمكن أن تؤدي الفشل غير المتوقع للمحولات إلى خسائر في الإنتاج. تكلفة الانقطاع القسري أعلى بكثير من مجرد سعر نظام المراقبة. وفقًا للبحث الذي أجراه EPRI (معهد أبحاث الطاقة الكهربائية) يمكن القول إن حتى انقطاع قسري واحد تم تجنبه يمكن أن يغطي تكلفة برنامج المراقبة.
- استخدام الموارد بشكل أفضل - يجب أن تركز الصيانة وأخذ العينات فقط على الأصول التي تحتاج إلى مساعدة من أجل استخدام الموارد بكفاءة.
- عمر أطول للأصول - إذا تم اكتشاف ارتفاع درجة حرارة المحول قبل أن يتسبب في تلف العزل، فإن المحول سيدوم لعدة سنوات.
- السلامة - الكشف عن توقيع الغاز يشير إلى ظهور عطل قوس، مما يسمح للمشغلين باتخاذ إجراءات وقائية.
- اتخاذ القرارات بناءً على الحقائق - يجب أن تتم التغييرات في الحمل أو شراء واستبدال المحولات بناءً على بيانات الحالة التاريخية بدلاً من التخمين فقط.
يُعتبر من الممارسات الآمنة والأفضل تجهيز جميع المحولات المهمة بأنظمة مراقبة في الوقت الحقيقي وعدم استخدام هذه التكنولوجيا على الوحدات الأقل أهمية والاعتماد فقط على الاختبارات السنوية. حلول مراقبة المحولات لدينا توضح الصفحة كيفية تعبئة أجهزة وخدمات المراقبة عادةً لمثل هذه الأساطيل.
الحلول وبرامج الصناعة
يتكون نظام المراقبة في الوقت الحقيقي الكامل من أربع طبقات. في الصناعة، يمكن تنفيذ كل طبقة بمقاييس مختلفة.
- محللات DGA في الوقت الحقيقي - محللات هيدروجين أحادية الغاز للأساطيل ذات الميزانية وتقنيات GC/PAS متعددة الغاز للمرافق الحرجة. الشركات المصنعة السائدة هي Qualitrol ومنافسيها مثل Vaisala وServeron/TM8 وMorgan Schaffer وCamlin.
- أنظمة مراقبة المحولات المتكاملة - تجميع DGA في منصة واحدة مع مراقبة درجة حرارة الزيت ودرجة حرارة لف المحول، إلخ. (مثل Cambridge وSiemens).
- الواجهة مع أنظمة SCADA / إدارة الأصول، حيث يتم دمج النتائج في أنظمة التحكم الإدارية للمصنع فيما يتعلق بالتنبيهات ولوحات المعلومات، حيث يتم اتخاذ قرارات CBM.
- خدمة تشمل تفسير DGA والاختبارات المخبرية كأساس للتنفيذات المستقبلية.
في محطات الطاقة الشمسية والرياح، تشمل الحزمة الأولى المحولات الرئيسية ومحولات رفع الجهد للمولدات، بينما في الصناعات، قد تستخدم الحزمة محولات التغذية والتصنيع. القاعدة الأساسية هي “راقب ما تريد بيانات موثوقة للغاية بشأنه وراقب ما يمكنك تحمل خسارته.” للحصول على المساعدة في تحديد حجم برنامج لأسطولك، اتصل بفريقنا - وابدأ مع صفحتنا حول لرؤية كيف ندعم اختيار ومراقبة المحولات للمالكين عبر الصناعات.
الأسئلة المتكررة
ما الغازات التي يكشف عنها DGA وماذا تعني؟
يقيس برنامج DGAs الكامل سبعة غازات أساسية، وهي الهيدروجين - الذي يشير إلى تفريغ جزئي، والميثان والإيثان لانهيار حراري خفيف، والإيثيلين للاحتراق عند درجات حرارة عالية، والأسيتيلين للقوس وأول أكسيد الكربون / ثاني أكسيد الكربون لتدهور العزل الورقي. اعتمادًا على وجود هذه الغازات والاتجاهات، يمكن للمرء تحديد السبب ودرجة العطل، بدلاً من استخدام رقم التركيز الفردي لأحد تلك الغازات.
كم مرة يجب أخذ عينات من زيت المحول؟
وفقًا لمعيار IEEE C57.104-2019، ينص المعيار على أنه يجب أخذ عينات من زيوت المحولات سنويًا في حالة الحالة 1 (الحالة الطبيعية)، ربع سنوي للحالة 2، شهريًا للحالة 3، وأسبوعيًا للحالة 4. يمكن أن تُطلب المحولات التي تم تشغيلها حديثًا لأخذ عينات شهرية للربع الأول.
هل تستحق مراقبة DGA عبر الإنترنت التكلفة؟
بالنسبة للمحولات الحرجة، فإن الاستثمار يستحق ذلك. لأن الإنتاج المفقود، بالإضافة إلى تكلفة البدائل، في حالة الانقطاعات القسرية سيتجاوز بسهولة تكلفة الاستثمار في المراقب. بالنسبة للمحولات المساعدة، سيكون أخذ عينات من المختبر مرة واحدة على الأقل في السنة أو ربع سنوية هو أفضل ممارسة.
ما الفرق بين الصيانة القائمة على الحالة والصيانة الوقائية؟
تعمل الصيانة الوقائية وفق جدول زمني محدد مسبقًا، بغض النظر عن أي حالة مقاسة للمعدات. وبالتالي، تستخدم MBM القياسات الفعلية (اتجاهات الغاز الحالية، الأحمال، و/أو نتائج الاختبارات) من أجل اتخاذ إجراء بحيث تظل المعدات السليمة غير متأثرة وتستمر في التطور. وبالتالي، توفر CBM المال عن أي عمل يتم تنفيذه. إن إدخال مراقبة الغاز في الوقت الحقيقي هو الطبقة المعلوماتية التي تتيح لك استخدام CBM.
المراجع
- دليل تكنولوجيا IEEE — نظرة عامة على تحليل الغاز المذاب
- توقعات الطاقة — تفسير DGA المتكامل بناءً على IEEE C57.104
- REIG — دليل ميداني لتحليل DGA لمحولات محطة الطاقة الشمسية (تواتر أخذ العينات، دوفال، العائد)
- Springer — تحليل الغاز المذاب عبر الإنترنت: الإمكانيات، التجارب، القيود
- Megger — كيفية تفسير نتائج DGA لصحة المحول
الخاتمة
مع الكشف عن الغاز في المحولات في الوقت الحقيقي، يتغير العنصر الثمين في التركيب الكهربائي من كونه صندوقًا أسود بلا معلومات إلى مريض مع تخطيط كهربائي للقلب. تعتبر الغازات المذابة الموجودة في زيت المحول، والتي تشمل الهيدروجين، والميثان، والإيثان، والإيثيلين، والأسيتيلين، وأكاسيد الكربون، إشارات تحذير مبكرة تم إثباتها على مر السنين في استخدام DGA والمعايير واستخدام الأدوات للتفسير في تحويل الإشارات إلى قرارات صيانة. إن الانتقال من استخدام أخذ العينات المخبرية الدورية إلى المراقبة عبر الإنترنت في الوقت الحقيقي يجلب ميزة رئيسية واحدة، وهي معدل التغيير، وبالتالي، في هذه الحالة، فإن الميزة الرئيسية تكمن في ما بين تحقيق اكتشاف مشكلة بتكلفة روتينية أو إدراك أنها كانت موجودة من خلال انقطاع قسري. من الضروري ملاحظة الحالة التجارية، التي تكتمل وتغلق مع أول فشل تم تجنبه لمالك المحول الحرج.