كيف يتفاعل نظام تبريد المحول مع نظام مراقبة النقاط الساخنة في ملفات المحول؟

إذا سبق لك أن وقفت بجوار محطة فرعية في أحد أيام الصيف الحارة، فأنت تعلم أن المحولات تعمل بجهد كبير للحفاظ على تدفق الطاقة - وإذا ارتفعت درجة حرارتها، تحدث أشياء سيئة. باعتباري موردًا يركز على مراقبة النقاط الساخنة لملفات المحولات، فقد أمضيت عددًا لا يحصى من المحادثات مع فنيي المحطات الفرعية ومشغلي الشبكات ومهندسي المصانع الذين أخبروني بنفس الشيء: النقاط الساخنة هي القاتل الصامت رقم 1 لعمر المحولات. ولكن هذا هو الشيء الذي لا يفهمه معظم الناس تمامًا: نظام التبريد لا يبرد الأشياء فحسب، بل إنه مرتبط بشكل مباشر بمدى جودة مراقبتنا لتلك النقاط الساخنة. دعونا نحلل ذلك، دون استخدام مصطلحات مملة زائدة، مجرد حديث حقيقي عن كيفية رقص هذين النظامين معًا.

أولاً، دعونا نتفق على نفس الصفحة: ما هي النقطة الساخنة المتعرجة بالضبط؟ إنها تلك البقعة الصغيرة فائقة السخونة على اللفات النحاسية للمحول، وعادةً ما تكون نتيجة التوزيع غير المتساوي للحرارة - فكر في بيتزا حيث تكون شريحة واحدة متفحمة بينما يكون الباقي دافئًا. تلك البقعة المتفحمة؟ مع مرور الوقت، فإنه يكسر العزل، ويسبب أشياء غريبة مثل التفريغ الجزئي (يمكنك التحقق من ذلك باستخدام نظام مراقبة التفريغ الجزئي عبر الإنترنت للمحول، بالمناسبة، أداة مصاحبة مفيدة للغاية)، ويمكن أن يؤدي حتى إلى انفجار كلي للمحول. الآن، مهمة نظام التبريد هي نشر تلك الحرارة حتى لا تتحول إلى نقطة ساخنة. لكن كيف يتفاعلون؟ دعونا نتعمق في الحياة اليومية للمحول لنرى هذه العملية.

خذ محولًا مغمورًا بالزيت، وهو النوع الأكثر شيوعًا. قد يكون نظام التبريد الخاص به هو ONAN (زيت طبيعي، هواء طبيعي) - فكر في مشعاع كبير به مراوح تهب عليه - أو ONAF (زيت طبيعي، هواء مدفوع) حيث تعمل المراوح عندما تصبح الأشياء دافئة. وفي كلتا الحالتين، يلتقط الزيت الحرارة من اللفات، ويحملها إلى المبرد، ويتخلص من الحرارة، ويعود إلى الخلف. ولكن هنا تكمن المشكلة: إذا كان نظام التبريد يعمل بشكل جيد، تنكسر هذه الحلقة، وفجأة تصبح أجزاء من الملف أكثر سخونة من غيرها. وهنا يأتي دور أداة مراقبة النقاط الساخنة الخاصة بـ Transformer Winding - فنحن نتتبع درجات الحرارة غير المتساوية في الوقت الفعلي. لكن إذا كان نظام التبريد لا يعمل بشكل صحيح، فإن قراءاتنا لا تعني القرفصاء. على سبيل المثال، إذا تعطلت مروحة الرادياتير، يتباطأ تدفق الزيت، وبالتالي لا يتمكن الزيت الساخن من حمل الحرارة بسرعة. قد يُظهر نظام المراقبة الخاص بنا ارتفاعًا حادًا في درجة حرارة الملف، ولكن إذا لم نتحقق من نظام التبريد، فقد ندرك أن المشكلة الحقيقية هي خلل في المروحة، وليس الملف نفسه. لقد رأيت هذا يحدث مرات عديدة: أصيب أحد فنيي المحطات الفرعية بالذعر بسبب انطلاق إنذار النقاط الساخنة، ولكن تبين أن مراوح ONAF الخاصة بهم كانت مسدودة بالغبار، لذلك لم يتمكن التبريد من الاستمرار. قم بإصلاح المراوح، وتنخفض درجة حرارة النقطة الساخنة، ولا يوجد ضرر متعرج - أمر بسيط، ولكن فقط إذا قمت بربط النظامين.

مثال آخر: أنظمة التبريد بالزيت القسري والهواء القسري (FOFA)، والتي تستخدم في المحولات الصناعية الكبيرة. تحتوي هذه على مضخات زيت تدفع الزيت عبر اللفات عند ضغط مرتفع. إذا بدأت المضخة في الفشل، يصبح تدفق الزيت غير متساوٍ، حيث تحصل بعض أجزاء الملف على أطنان من الزيت البارد، بينما لا تحصل أجزاء أخرى على أي شيء تقريبًا. سوف تلتقط مراقبة النقاط الساخنة لدينا درجة الحرارة غير المستوية: على سبيل المثال، المرحلة أ عند 110 درجة مئوية، والمرحلة ب عند 135 درجة مئوية. ولكن إذا لم يتحقق المشغل من أداء مضخة نظام التبريد، فقد يقوم فقط بتحريك الحمل لإصلاحه، مما يؤدي إلى إهدار الطاقة. بدلاً من ذلك، يتيح لك إقران مراقبتنا ببيانات نظام التبريد (مثل معدلات تدفق المضخة، ومواضع الصمامات، ودرجات حرارة الرادياتير) تحديد مكان الفجوة بدقة. لقد قمنا بالفعل ببناء اتصال البيانات عبر النظام هذا في أدوات مراقبة النقاط الساخنة الخاصة بـ Transformer Winding Hot Spot الآن - وهي تتكامل مع خلاصات SCADA لنظام التبريد، لذلك لا يتعين عليك التبديل بين 5 شاشات مختلفة لمعرفة ما يحدث. يعد هذا بمثابة تغيير في قواعد اللعبة بالنسبة للأشخاص المنشغلين بالفعل بمهام الصيانة.

انتظر، دعنا نتحدث عن نمذجة النقاط الساخنة، لأن هذا هو المكان الذي يصبح فيه التفاعل تقنيًا (ولكن بطريقة مفيدة). لا تستخدم معظم أجهزة مراقبة النقاط الساخنة الحديثة أجهزة استشعار درجة الحرارة فحسب، بل تستخدم خوارزميات تحسب درجة حرارة النقاط الساخنة استنادًا إلى درجة حرارة الزيت العلوي والحمل وأداء التبريد. إذا انخفضت كفاءة نظام التبريد، فيجب على الخوارزمية تعديل حساباتها. على سبيل المثال، إذا كان نقل الحرارة في الرادياتير أقل بسبب اتساخ الزعانف، فإن درجة حرارة الزيت العلوي ترتفع حتى لو كان الحمل هو نفسه. يجب أن يأخذ نموذج النقطة الفعالة ذلك في الاعتبار ليمنحك قراءة دقيقة. أتذكر أحد العملاء الذي تم إيقاف تشغيل المحول الخاص به لأن جهاز مراقبة النقاط الساخنة قال إن درجة الحرارة تبلغ 145 درجة مئوية، وهو أعلى من الحد الآمن. ولكن عندما قمنا بمراجعة بيانات نظام التبريد، رأينا أن زعانف الرادياتير تحتوي على 2 مم من الغبار المتراكم، لذلك كان نقل الحرارة 70٪ فقط من قيمته المقدرة. لقد قمنا بتعديل نموذج النقطة الساخنة لمراعاة انخفاض كفاءة التبريد، وكانت درجة الحرارة الحقيقية للنقطة الساخنة هي 128 درجة مئوية، وهي ضمن النطاق الآمن. لقد فجروا الزعانف، وعاد كل شيء إلى طبيعته. إذا لم نقم بربط بيانات التبريد بمراقبتنا، لكانوا قد استبدلوا ملفًا جيدًا تمامًا، الأمر الذي كان سيكلفهم مئات الآلاف من الدولارات. هذا هو نوع التأثير الذي يحدثه هذا التفاعل.

الآن، دعونا نصل إلى جانب البلى. تتقادم المحولات بمرور الوقت، كما تتقادم أنظمة التبريد الخاصة بها أيضًا. تسرب الأختام، وتآكل المضخات، وإصدار أصوات للمراوح، وتلوث الزيت. تعمل كل من هذه المشكلات على تغيير كيفية أداء نظام التبريد، مما يؤدي إلى تغيير سلوك النقطة الساخنة. ولهذا السبب فإن الفحوصات المنتظمة لكلا النظامين غير قابلة للتفاوض. على سبيل المثال، قد يؤدي تسرب زيت صغير في حلقة التبريد إلى انخفاض تدفق الزيت بما يكفي لإنشاء نقطة ساخنة تحت حمل مرتفع. يمكن لنظام المراقبة الخاص بنا أن يلتقط ارتفاعًا في درجة الحرارة خلال ساعات الذروة، ولكن إذا قمت بإقران ذلك بمحلل الغاز المذاب في المحولات (هذه أداة رائعة أخرى، بالمناسبة - يبحث محلل الغاز المذاب في المحولات عن تراكم الغاز من انهيار العزل)، يمكنك التأكد مما إذا كانت النقطة الساخنة ناتجة عن مشكلات التبريد مقابل تلف عزل الملف الفعلي. أقول دائمًا للعملاء: لا تتعامل مع مراقبة النقاط الساخنة كأداة مستقلة. إنه جزء من نظام أكبر يتضمن التبريد، وتحليل الغاز، وحتى التأريض الأساسي (يكتشف جهاز مراقبة تيار التأريض الأساسي للمحول الأخطاء الأساسية التي يمكن أن تؤدي أيضًا إلى توليد حرارة - ضربة ثلاثية إذا فاتتك ذلك).

انتظر، دعنا نتطرق إلى سيناريوهات العالم الحقيقي التي لا يفكر فيها معظم الناس. ماذا عن التغيرات الموسمية؟ في فصل الشتاء، عندما تنخفض درجات الحرارة المحيطة، قد يكون نظام التبريد فعالاً للغاية، أليس كذلك؟ لا تنتظر، انتظر، في أنظمة ONAN، يكون الزيت البارد أكثر سمكًا، وبالتالي يكون التدفق أبطأ. لذلك، في فصل الشتاء، قد تعتقد أنك تحتاج إلى تبريد أقل، ولكن في الواقع، تنخفض لزوجة الزيت، وبالتالي يقل التدفق الطبيعي، مما قد يؤدي إلى ظهور نقاط ساخنة حتى عندما يكون الحمل منخفضًا. تحتوي أدوات مراقبة النقاط الساخنة للف المحولات لدينا على خوارزميات ضبط موسمية تأخذ في الاعتبار أداء نظام التبريد بناءً على درجة الحرارة المحيطة. كان لدينا عميل في ولاية مينيسوتا كان يتلقى إنذارات كاذبة عن النقاط الساخنة في يناير - وتبين أن النفط كان باردًا جدًا، وكان التدفق بطيئًا، لذلك أخطأ نظام المراقبة (الذي كان يستخدم معلمات التبريد في الصيف) في الحساب. بمجرد تحديث النموذج ببيانات التبريد الشتوي، توقفت الإنذارات. وهذا مثال آخر على كيفية ارتباط النظامين بشكل لا ينفصم.

دعونا نتحدث أيضًا عن الصيانة التنبؤية، وهي مهمة ضخمة في الوقت الحالي. لا يرغب مشغلو الشبكة في إجراء إصلاحات تفاعلية، بل يريدون إصلاح الأشياء قبل أن تنقطع. تعمل أنظمة المراقبة لدينا على ربط بيانات النقاط الساخنة في الوقت الفعلي مع بيانات نظام التبريد للتنبؤ بموعد فشل أحد مكونات التبريد، والذي بدوره يتنبأ بنقطة ساخنة مستقبلية. على سبيل المثال، إذا رأى نظامنا أن اهتزاز المروحة يتزايد (يمكننا اكتشاف ذلك عبر مستشعرات نظام التبريد)، وبدأت درجة حرارة النقطة الساخنة في الارتفاع أثناء الحمل المنخفض، فيمكننا جدولة استبدال المروحة قبل حلول الصيف، عندما يكون الحمل أعلى. وهذا أفضل بكثير من انتظار توقف المروحة والتسبب في انقطاع المحول أثناء ذروة استخدام التيار المتردد، عندما يقوم الجميع بتشغيل مكيف الهواء الخاص بهم ويكون الطلب على الشبكة في أعلى مستوياته. لقد رأيت الشبكات تنقذ الملايين من خلال القيام بهذا النوع من الصيانة التنبؤية - فهي لا تحتوي على إصلاحات طارئة، ولا انقطاع للتيار الكهربائي، ولا عملاء غاضبون.

الآن، دعونا نتحدث بصراحة عن الأخطاء الشائعة. يشتري الكثير من المشغلين جهاز مراقبة النقاط الساخنة ثم يتجاهلون نظام التبريد، أو العكس. أو يقومون بضبط إنذار النقاط الساخنة على مستوى منخفض جدًا، معتقدين أن ذلك سيمنع الضرر، ولكن هذا يؤدي فقط إلى توقف غير ضروري. أو يضبطون المنبه على مستوى عالٍ جدًا، ويفوتهم المشكلات الفعلية. النقطة الجيدة هي دمج الاثنين: استخدام بيانات نظام التبريد لمعايرة شاشة النقاط الساخنة الخاصة بك، واستخدام بيانات النقاط الساخنة لاكتشاف مشكلات التبريد مبكرًا. إنه مثل الفريق، كل عضو لديه وظيفة، لكنهم يعملون معًا لتحقيق الفوز. يتمتع عملاؤنا الذين يقومون بذلك بعدد أقل بكثير من حالات انقطاع التيار غير المخطط لها، وعمر أطول للمحولات، وتكاليف صيانة أقل.

كشخص شارك في هذه اللعبة لفترة من الوقت، يمكنني أن أخبرك أن أكبر أسطورة موجودة هي أن النقاط الساخنة تنتج فقط عن عيوب متعرجة. نعم، يمكن أن تتسبب الصناعة السيئة للملفات أو تلف العزل في ظهور نقاط ساخنة، ولكن 30% من الحالات (لقد رأيت هذا في بيانات عملائنا) تكون النقاط الساخنة ناتجة عن فشل نظام التبريد. وهذا رقم كبير، لذا إذا كنت تراقب اللفات فقط ولا تبرد، فإنك تفتقد جزءًا كبيرًا من اللغز. وإذا كنت تراقب التبريد فقط وليس النقاط الساخنة، فقد تفوت اللحظة المحددة التي تبدأ فيها مشكلة التبريد في إتلاف الملف.

دعنا نختتم هذا بما يعنيه هذا بالنسبة لك، سواء كنت فني محطات فرعية، أو مشغل شبكة، أو مدير مصنع صناعي. إذا كنت تريد أن يستمر محولك لأطول فترة ممكنة (15-30 عامًا، إذا كنت تعتني به) وتتجنب انقطاع التيار الكهربائي المكلف، فلا يمكنك فصل نظام التبريد الخاص بك عن مراقبة النقاط الساخنة المتعرجة. إنهما يعملان معًا مثل زبدة الفول السوداني والهلام، ويمكنك تناول أي منهما بمفردك، لكنهما معًا أفضل بكثير. تم تصميم أدوات مراقبة النقاط الساخنة للف المحولات الخاصة بنا لتتكامل بسلاسة مع نظام التبريد الخاص بك، بالإضافة إلى أننا نعمل مع جميع أدوات المراقبة الأخرى التي قد تكون لديك (مثل نظام مراقبة التفريغ الجزئي عبر الإنترنت للمحول أو محلل الغاز المذاب للمحول) لإعطائك صورة كاملة عن صحة المحول الخاص بك.

إذا سئمت من مطاردة إنذارات النقاط الساخنة التي لا معنى لها، أو التعامل مع انقطاعات التيار غير المتوقعة التي كان من الممكن منعها، فاتصل بنا. يمكننا مساعدتك في إعداد نظام يربط بين التبريد ومراقبة النقاط الساخنة معًا، بحيث تكون دائمًا متحكمًا في أداء محولك.

مراجع

1. IEEE Std C57.91-2011، دليل IEEE لتحميل المحولات المغمورة بالزيوت المعدنية ومنظمات الجهد المتدرج
2. أنظمة تبريد المحولات: دليل عملي لمحولات الطاقة، معهد بحوث الطاقة الكهربائية (EPRI)، 2020
3. مراقبة درجة حرارة النقاط الساخنة لمحولات الطاقة، المجلس الدولي للأنظمة الكهربائية الكبيرة (CIGRE)، 2018
4. آثار كفاءة نظام التبريد على درجات حرارة النقاط الساخنة لملفات المحولات، مجلة هندسة الطاقة، 2021