Apakah strategi penyelenggaraan yang boleh dibangunkan berdasarkan data daripada Monitor Arus Pembumian Teras Transformer?

Apabila saya mula bekerja sebagai sebahagian daripada pasukan teknikal di pembekal sistem pemantauan pengubah kami tiga tahun lalu, saya akan mengakui bahawa saya tidak memberi perhatian kepada data semasa pembumian teras seperti yang sepatutnya. Pada awalnya, kami menghabiskan sebahagian besar masa kami untuk membimbing pelanggan melalui selok-belok produk utama kami—thePemantau Arus Pembumian Teras Transformer—dan memfokuskan pada metrik keterlihatan tinggi yang mencolok seperti nyahcas separa atau gas terlarut. Saya fikir arus teras hanyalah isyarat "latar belakang", sesuatu yang perlu diperiksa sekali setahun semasa penutupan rutin dan teruskan. Itu semua berubah apabila utiliti kuasa bersaiz sederhana di Midwest menghubungi kami tahun lepas dengan masalah: mereka telah menggantikan pengubah berusia 25 tahun pada rangkaian pengedaran mereka, hanya untuk mengalami kegagalan tanpa diduga enam bulan kemudian, tanpa amaran daripada pemantau gas dan PD sedia ada mereka. Apabila pasukan kami menganalisis data daripada monitor arus pembumian teras yang telah mereka pasang bersama unit baharu, kami mendapati peningkatan arus yang perlahan dan stabil sepanjang enam bulan tersebut—sesuatu yang tidak pernah diambil oleh alat lain. Perbualan itu mendorong saya untuk menggali lebih mendalam tentang bagaimana data semasa pembumian teras bukan sekadar pemikiran diagnostik—ia adalah tulang belakang strategi penyelenggaraan proaktif yang boleh menghalang kegagalan pengubah sebelum ia bermula.

Untuk memahami sebab arus pembumian teras penting, ini membantu untuk merumuskan semula inti pengubah dan sebab ia dibumikan. Teras ialah struktur keluli berlapis yang besar yang membawa fluks magnet antara belitan primer dan sekunder. Untuk mengelakkan pengumpulan elektrostatik berbahaya daripada mengganggu operasi, teras dibumikan pada satu titik. Di situlah tempat kitaPemantau Arus Pembumian Teras Transformermasuk: ia direka untuk mengukur arus kecil yang mengalir melalui sambungan tanah itu—biasanya beberapa miliamp dalam unit yang sihat, sehingga mungkin 50 mA sebelum anda mula bimbang. Apa yang saya pelajari daripada pengubah gagal utiliti itu ialah arus ini tidak rawak. Setiap perubahan dalam nombor itu mempunyai sebab tertentu dan menjejaki perubahan tersebut dari semasa ke semasa membolehkan anda membina strategi penyelenggaraan yang disasarkan, bukan hanya reaktif.

Strategi pertama yang datang daripada data semasa teras ialah apa yang saya panggil "penyelenggaraan proaktif berasaskan trend." Ini bukan pendekatan sekolah lama di mana anda muncul setiap dua tahun untuk memisahkan transformer hanya kerana kalendar menyatakan demikian. Sebaliknya, anda menggunakan data sejarah daripada monitor teras anda untuk mengesan corak. Mari kita kembali kepada utiliti Midwest itu: arus teras mereka bermula pada 8 mA, meningkat kepada 15 mA selepas tiga bulan, 22 mA selepas empat, dan mencapai 45 mA pada bulan enam. Cerun menaik itu tidak normal. Kami menggali rekod pemasangan mereka dan mendapati bahawa apabila mereka menggantikan pengubah, lug pembumian tidak dikilas mengikut spesifikasi pengeluar—sesuatu yang mudah terlepas semasa pemeriksaan pantas. Sambungan longgar mencipta arka kecil antara teras dan lug pembumian, yang secara beransur-ansur meningkatkan arus. Pada masa monitor mereka yang lain akan menangkap masalah itu, penebat teras telah rosak cukup untuk menyebabkan kegagalan bencana. Tetapi dengan data arah aliran daripada monitor kami, mereka boleh menjadualkan pelarasan tork ringkas semasa hujung minggu permintaan rendah, mengelakkan gangguan sepenuhnya.

Perkara yang menjadikan strategi ini lebih berkuasa ialah ia bukan data teras terpencil—anda boleh memasangkannya dengan data daripada alatan pemantauan lain dalam suite anda untuk mendapatkan gambaran penuh. Sebagai contoh, jika arus teras meningkat dan begitu juga bacaan daripada kitaSistem Pemantauan Pelepasan Separa Dalam Talian untuk Transformer, itu petanda ada masalah dengan penebat teras. Jika arus teras tinggi tetapi PD rendah, anda mungkin berhadapan dengan sambungan pembumian yang longgar atau pengapit teras yang patah, bukan kerosakan penebat. kamiPemantauan Titik Panas Penggulungan Transformeralat juga boleh dimainkan di sini: jika arus teras meningkat bersama-sama dengan suhu titik panas, itu boleh bermakna teras terlalu panas, mungkin daripada laminasi terpendek. Perkara utama ialah arus pembumian teras bertindak sebagai sistem "amaran awal" yang memberitahu anda metrik lain yang perlu diberi perhatian.

Satu lagi strategi penyelenggaraan yang telah kami bangunkan dengan pelanggan ialah "analisis punca kegagalan" menggunakan data semasa teras. Tahun lepas, kami bekerja dengan syarikat tenaga boleh diperbaharui yang besar yang mempunyai rentetan pengubah skala grid yang disambungkan ke ladang angin mereka. Mereka mempunyai tiga unit yang gagal dalam tempoh 12 bulan, dan proses biasa mereka ialah membuang transformer dan memasang yang baharu—sehingga mereka mula menggunakan monitor teras kami. Pasukan itu menarik data semasa teras daripada unit yang gagal dan melihat corak yang sama: ketiga-tiganya mempunyai lonjakan arus yang tajam setiap kali ladang angin beralih daripada keluaran rendah ke tinggi, dan lonjakan itu bertambah besar dari semasa ke semasa. Apabila mereka merobohkan salah satu transformer yang gagal, mereka mendapati bahawa bolt pengapit teras telah berkarat pada titik sambungan, mewujudkan laluan rintangan tinggi untuk arus teras. Apabila beban pada pengubah meningkat, rintangan menyebabkan pemanasan setempat, yang seterusnya mempercepatkan kakisan— kitaran ganas yang akhirnya membawa kepada laminasi teras terpendek. Dengan menggunakan data semasa teras untuk mengesan corak ini, syarikat boleh diperbaharui menukar jadual penyelenggaraan mereka: bukannya menunggu kegagalan, mereka kini menyemak rintangan teras setiap suku tahun (menggunakan monitor semasa), dan apabila kakisan dikesan, mereka menggantikan bolt pengapit semasa penutupan rutin. Mereka bukan sahaja mengurangkan kadar kegagalan pengubah sebanyak 75% tetapi juga mengurangkan kos penggantian sebanyak hampir $2 juta pada tahun lepas.

Strategi ketiga yang telah mendapat tarikan dengan pelanggan industri kami ialah "penjadualan penyelenggaraan berasaskan keadaan." Ini berbeza daripada penyelenggaraan berasaskan kalendar dan berasaskan aliran: ini bermakna melaraskan kekerapan penyelenggaraan anda berdasarkan keadaan semasa teras, seperti yang diukur oleh monitor teras. Contohnya, pengubah dalam persekitaran getaran rendah yang stabil dengan arus teras yang konsisten di bawah 10 mA mungkin hanya memerlukan pemeriksaan teras setiap lima tahun. Tetapi pengubah dalam ladang angin, di mana getaran daripada turbin menyebabkan sambungan melonggarkan secara beransur-ansur, mungkin mempunyai arus teras yang turun naik antara 15 dan 25 mA—jadi kami mengesyorkan pemeriksaan teras suku tahunan, bukannya dwi-tahunan. Kami juga mempunyai pelanggan dalam industri keluli, di mana tahap harmonik yang tinggi daripada relau arka menjejaskan semua transformer mereka. Arus teras mereka adalah 30-35 mA secara konsisten, jadi mereka memasang monitor teras kami dengan pensampelan frekuensi tinggi, yang membolehkan mereka menjejaki kandungan harmonik semasa. Data itu memberitahu mereka bahawa teras sedang ditekankan oleh harmonik, jadi mereka telah mula menambahkan penapis harmonik pada sambungan pengubah mereka, yang telah mengurangkan arus teras sebanyak 12 mA dan memanjangkan jangka hayat pengubah dengan anggaran 10 tahun.

Salah satu kesilapan terbesar yang kami lihat pelanggan lakukan ialah menganggap arus pembumian teras sebagai metrik "set-it-and-forget-it". Pemantau kami direka untuk memaklumkan anda apabila arus melebihi ambang, tetapi nilai sebenar datang daripada menganalisis data dari semasa ke semasa. Katakan anda menetapkan penggera anda pada 50 mA—jika arus melonjak daripada 8 mA kepada 55 mA dalam seminggu, itu adalah kecemasan, dan anda perlu segera mematikan pengubah. Tetapi jika ia meningkat daripada 8 mA kepada 40 mA dalam tempoh dua tahun, itu adalah masalah yang perlahan dan stabil yang boleh anda selesaikan semasa gangguan yang dirancang. Perbezaan antara kedua-dua senario tersebut adalah sepenuhnya dalam data trend yang kamiPemantau Arus Pembumian Teras Transformertangkapan. Kami telah meminta pelanggan datang kepada kami mengatakan arus teras mereka adalah "tinggi", dan apabila kami menarik data arah aliran, ternyata ia telah tinggi selama bertahun-tahun—tiada kecemasan, hanya tanda bahawa mereka perlu melaraskan jadual penyelenggaraan mereka.

Kami juga mendapati bahawa data semasa teras tidak ternilai untuk mengesahkan strategi penyelenggaraan lain. Sebagai contoh, jika pelanggan menggunakan kamiPenganalisis Gas Terlarut Transformeruntuk mengesan kemungkinan kerosakan, mereka boleh merujuk silang itu dengan data semasa teras untuk mengesahkan sama ada kerosakan itu berada dalam teras atau belitan. Jika paras gas meningkat dan arus teras juga meningkat, itu adalah kesalahan berkaitan teras. Jika paras gas tinggi tetapi arus teras stabil, kemungkinan kerosakan pada belitan, dan mereka boleh menumpukan penyelenggaraannya di sana dan bukannya membuang masa dan wang untuk pembaikan teras. Pengesahan silang ini mengurangkan kos penyelenggaraan yang tidak perlu dan memastikan setiap tindakan penyelenggaraan disasarkan kepada masalah sebenar.

Sudah tentu, melaksanakan strategi ini bukan sekadar memasang monitor dan melihat nombor. Ia memerlukan komitmen terhadap analisis data dan kesediaan untuk menyepadukan data teras ke dalam keseluruhan program penyelenggaraan transformer anda. Itulah sebabnya pasukan kami bukan sahaja menjual monitor—kami bekerjasama dengan pelanggan untuk menyediakan ambang amaran tersuai berdasarkan peralatan dan persekitaran khusus mereka, dan kami menyediakan latihan tentang cara menganalisis data arah aliran. Sebagai contoh, utiliti Midwest yang saya nyatakan sebelum ini pada mulanya hanya menggunakan monitor teras mereka untuk menyemak makluman lebihan arus. Selepas pasukan kami bekerjasama dengan mereka untuk menyediakan semakan arah aliran mingguan, mereka menangkap landasan yang longgar sebelum ia menyebabkan kegagalan. Kini, mereka memasukkan analisis aliran semasa teras dalam mesyuarat penyelenggaraan mingguan mereka, dan mereka telah mengembangkan amalan tersebut kepada transformer lain di seluruh rangkaian mereka.

Salah satu soalan paling biasa yang kami dapat ialah: "Adakah arus pembumian teras relevan untuk semua transformer?" Jawapan ringkasnya ialah ya—walaupun pengubah pengedaran kecil mempunyai titik pembumian teras, malah perubahan kecil dalam arus boleh menunjukkan masalah. Kami telah bekerjasama dengan perniagaan kecil yang mempunyai pengubah 500 kVA, dan menggunakan monitor teras kami, mereka telah mengesan isu seperti tali teras putus dan sambungan pembumian yang lemah yang akan menyebabkan gangguan atau kegagalan pramatang. Walau bagaimanapun, strategi penyelenggaraan yang kami bangunkan boleh disesuaikan: untuk pengubah kecil, anda mungkin hanya memerlukan semakan arah aliran bulanan, manakala unit skala grid memerlukan pemantauan harian. Skala data, yang menjadikan kitaPemantau Arus Pembumian Teras Transformeralat yang berharga untuk sebarang operasi saiz.

Apabila grid tenaga menjadi lebih kompleks—dengan lebih banyak tenaga boleh diperbaharui, lebih banyak beban berubah-ubah dan transformer yang lebih lama sedang digunakan—keperluan untuk penyelenggaraan terdorong data yang proaktif tidak pernah menjadi lebih tinggi. Kegagalan transformer boleh menelan belanja berjuta-juta dalam kos masa henti, pembaikan dan penggantian, apatah lagi kesannya kepada pelanggan. Data semasa pembumian teras ialah salah satu alat yang paling boleh dipercayai dan kurang digunakan untuk mengelakkan kegagalan tersebut. Ia bukan pengganti untuk sistem pemantauan lain seperti pelepasan separa atau analisis gas terlarut, tetapi asas yang menjadikan sistem tersebut berfungsi dengan lebih baik. Dengan menjejaki aliran semasa teras, merujuk silang dengan metrik lain dan melaraskan strategi penyelenggaraan berdasarkan keadaan sebenar, utiliti dan operator industri boleh memanjangkan jangka hayat pengubah, mengurangkan kos dan mengelakkan gangguan yang mahal.

Jika anda ingin melangkaui penyelenggaraan berasaskan kalendar dan mula menggunakan data untuk melindungi transformer anda, pasukan kami sedia membantu. Sama ada anda baru belajar tentang pemantauan semasa pembumian teras atau anda bersedia untuk menyepadukan data ke dalam program penyelenggaraan penuh anda, kami boleh bekerjasama dengan anda untuk mencari penyelesaian yang sesuai untuk keperluan anda. kamiPemantau Arus Pembumian Teras Transformerdireka bentuk agar mudah dipasang dan disepadukan dengan sistem pemantauan anda yang sedia ada, dan pasukan teknikal kami bersedia untuk menyokong anda setiap langkah. Untuk mengetahui lebih lanjut tentang cara data semasa teras boleh meningkatkan strategi penyelenggaraan anda atau membincangkan keperluan khusus anda, kami menggalakkan anda untuk menghubungi pemerolehan dan perundingan. Lebih cepat anda mula menggunakan data semasa pembumian teras, lebih cepat anda boleh mula melindungi aset pengubah anda yang paling kritikal.

Rujukan

1. IEEE Std. C57.12.90-2015, "Kod Ujian Standard untuk Transformer Pengagihan, Kuasa dan Kawal Selia Cecair." Institut Jurutera Elektrik dan Elektronik, New York, NY, 2015.
2. "Pengasasan Teras Transformer: Kepentingan, Pengujian dan Garis Panduan Pemantauan." Laporan Teknikal Institut Penyelidikan Kuasa Elektrik (EPRI), Palo Alto, CA, 2021.
3. Wang, Y., et al. "Analisis Semasa Pembumian Teras untuk Pemantauan Keadaan Transformer." Transaksi IEEE mengenai Penghantaran Kuasa, jld. 35, tidak. 4, 2020, hlm. 1892-1901.
4. "Strategi Penyelenggaraan Proaktif untuk Transformer Skala Grid." Laporan Teknikal North American Electric Reliability Corporation (NERC), Princeton, NJ, 2022.
5. Smith, J., et al. "Mengintegrasikan Data Berbilang Pemantau untuk Diagnosis Kerosakan Transformer." Jurnal Kejuruteraan Kuasa dan Infrastruktur, vol. 12, tidak. 2, 2023, ms 45-52.