لماذا تعتبر المراقبة المستمرة عبر الإنترنت للغازات الذائبة في زيت المحولات ضرورية

تنفيذ نظام التشغيل المستمرجهاز مراقبة زيت المحولات الغازية عبر الإنترنتإنها الحلقة التقنية الأساسية في تحويل نظام تقييم حالة المحولات الحديثة من الصيانة الشاملة السلبية إلى الصيانة التنبؤية النشطة. وتنطوي الطريقة التقليدية غير المتصلة بالإنترنت والمتمثلة في أخذ عينات دورية من المحولات الكهربائية وإرسالها إلى المختبر للتحليل الكروماتوغرافي على القيود التقنية التالية التي لا يمكن التغلب عليها:

• عدم الاستمرارية والتأخر في رصد البيانات:: وعادة ما تكون الفترة الزمنية الفاصلة بين أخذ العينات خارج الخط عدة أشهر إلى سنة. وفي حالة الأعطال المفاجئة السريعة الحركة، مثل تفريغ القوس الكهربائي عالي الطاقة، يمكن أن يصل الغاز المميز (الأسيتيلين) إلى مستويات خطيرة في غضون ساعات أو أيام. إن "العمى الزمني" للمراقبة غير المتصلة بالإنترنت يجعل من المستحيل التقاط تطور مثل هذه الأعطال، وبالتالي فقدان أفضل وقت للتدخل.

• عدم القدرة على عكس الصلة بظروف العمل:: يرتبط معدل إنتاج الغاز في المحول ارتباطًا وثيقًا بظروف تشغيله الفعلية (تيار الحمل، ودرجة الحرارة المحيطة، ودرجة حرارة الزيت). لا يمكن أن يوفر التحليل غير المتصل بالإنترنت سوى لقطة ثابتة للبيانات في نقطة زمنية واحدة، ولا يمكن أن يكشف عن العلاقة الديناميكية بين معدل نمو غاز العطل وظروف تشغيل معينة، وهو أمر بالغ الأهمية لتحديد طبيعة العطل (على سبيل المثال، ما إذا كان ارتفاع درجة الحرارة مرتبطًا بالحمل).

• مشاكل تلوث العينات وقضايا التمثيل:: وطوال سلسلة أخذ العينات والنقل والتحليل المختبري، هناك خطر التلوث الجوي لعينات الزيت أو تسرب الغاز، مما قد يؤدي إلى نتائج اختبار مشوهة. وفي الوقت نفسه، قد لا تكون نقطة واحدة لأخذ العينات ممثلة تمامًا لحالة الغازات الذائبة الكلية لعشرات الآلاف من لترات الزيت العازل.

لذلك، فإن نشرجهاز مراقبة زيت المحولات الغازية عبر الإنترنتوهو يوفر تدفق بيانات الحالة الداخلية المستمر في الوقت الحقيقي من خلال تحقيق قياسات تلقائية عالية التردد (دقيقة أو ساعة) لتركيز الغاز المميز للخطأ، مما يحل بشكل أساسي المشاكل المذكورة أعلاه وهو شرط تقني ضروري للإنذار المبكر والتشخيص الدقيق.

مجموعة من أجهزة مراقبة غاز زيت المحولات عبر الإنترنت الخاصة بمراقبة الغاز عبر الإنترنت ما هو الغاز المحدد؟ ما هي الأهمية الهندسية لتشخيص الأعطال؟

جهاز مراقبة زيت المحولات الغازية عبر الإنترنتوتتمثل المهمة الأساسية في التحليل الكمي لغازات جزيئية صغيرة محددة مذابة في الزيت العازل. هذه الغازات هي نواتج تكسر الروابط الكيميائية بين الزيت العازل (الزيت المعدني) والمادة العازلة الصلبة (ورق/لوح عزل السليلوز) داخل المحول تحت الضغوط الكهربائية والحرارية ذات الطاقات المختلفة. ويشكل وجود وتركيز كل غاز، أو مزيج معين من الغازات، "بصمة كيميائية" لتشخيص الأعطال الداخلية.

ما هو مبدأ العمل الأساسي ومسار التكنولوجيا لمجموعة من أجهزة المراقبة عبر الإنترنت للغاز في زيت المحولات؟

نمط محدد للسلوكجهاز مراقبة زيت المحولات الغازية عبر الإنترنتيكمن جوهر التكنولوجيا في تكنولوجيا فصل النفط والغاز وتكنولوجيا الكشف عن الغاز. وفي الوقت الحالي، يعتبر المساران التكنولوجيان الرئيسيان التاليان هما الأكثر استخداماً على مستوى العالم:

• المبادئ الفنية:: تقنية GC هي تقنية كلاسيكية عالية الدقة لفصل المخاليط والكشف عنها. ويتم سير العمل على النحو التالي: أولاً، يتم استخلاص الغازات الذائبة في عينة الزيت المقيسة عن طريق وحدة فصل الزيت/الغاز المدمجة (عادةً عن طريق إعادة تدوير توازن الفراغ الرأسي أو طريقة الغشاء المنفذ للبوليمر). بعد ذلك، يتم حقن غاز ناقل عالي النقاء (مثل الأرجون) بحقن عينة الغاز المختلط هذه بدقة في عمود شعري مطلي ببوليمر خاص (طور ثابت). وبينما يتدفق خليط الغاز عبر العمود مع الغاز الحامل (الطور المتحرك)، يتم فصل جزيئات الغاز المختلفة بالتتابع في الوقت المناسب بسبب القوى الفيزيائية الكيميائية المختلفة (الامتزاز، الذوبان، إلخ) التي تتفاعل بها مع الطور الثابت، مما يؤدي إلى سرعات متفاوتة في حركتها عبر العمود. وأخيرًا، في نهاية مخرج العمود، يقوم كاشف حساس للغاية (على سبيل المثال كاشف التوصيل الحراري TCD أو كاشف تأين الهيليوم بالتفريغ النبضي PDD) بحساب تركيز كل غاز بدقة بناءً على التسلسل الزمني للمكونات المختلفة وقوة استجابة الإشارة.

• الخصائص التقنية:: تشمل المزايا القدرة على الفصل الدقيق والتحليل الكمي للغازات السبعة أو التسعة (بما في ذلك غازات الأكسجين والنيتروجين) في آن واحد، والمقاومة العالية للتداخل، والنتائج التشخيصية الأكثر شمولاً وموثوقية. وتتمثل العيوب في التعقيد النسبي للنظام، وفترة التحليل الطويلة (عادةً 30-60 دقيقة)، والحاجة إلى تجديد الغاز الحامل والمواد الاستهلاكية الأخرى بانتظام.

• المبادئ الفنية:: PAS هي تقنية كشف طيفي حساسة للغاية. ويتمثل المبدأ الأساسي في أن عينة الغاز المستخرجة يتم إدخالها في غرفة قياس غازية محكمة الغلق (خلية صوتية ضوئية). يتم تسليط شعاع من ضوء الليزر أو الأشعة تحت الحمراء، مُعدَّل بتردد معين وبطول موجي مطابق بدقة لقمم امتصاص جزيئات الغاز المراد قياسها، في غرفة الغاز. إذا امتصت جزيئات الغاز الطاقة الضوئية، تزداد طاقتها الداخلية، مما يؤدي إلى تكثيف الحركة الحرارية للجزيئات، الأمر الذي يؤدي إلى تغير درجة حرارة الغاز وضغطه في غرفة الغاز بشكل دوري بالتزامن مع تردد تعديل الضوء. يُعرف تذبذب الضغط هذا بالموجة الصوتية. يتم وضع ميكروفون مصغر حساس للغاية داخل الخلية الصوتية الضوئية للكشف عن هذه الإشارة الصوتية الضعيفة للغاية. تتناسب شدة الإشارة الصوتية تناسبًا تامًا مع تركيز الغاز المراد قياسه. ويمكن تحقيق القياس المتزامن للعديد من الغازات من خلال دمج العديد من مصادر الليزر والمرشحات مع أطياف امتصاص محددة للغازات المختلفة (على سبيل المثال C₂H₂H₂، CH₄، CO، إلخ.).

• الخصائص التقنية:: تشمل المزايا سرعات الكشف السريعة للغاية، مع استجابة في الوقت الحقيقي في نطاق الدقائق، وعدم وجود أي تفاعل كيميائي أو استهلاك للغاز طوال العملية، مما يجعلها خالية من الصيانة حقًا. وتتمثل العيوب في المستوى العالي من التكامل التقني المطلوب للكشف المتزامن متعدد المكونات والحاجة إلى خوارزميات متقدمة للقضاء على تأثيرات التداخل المتبادل لأطياف الامتصاص للغازات المختلفة.

ما هي الأنظمة الفرعية الرئيسية التي تشكل جهاز مراقبة الغاز في زيت المحولات على الخط الكامل؟

مجموعة من الأجهزة من الدرجة الصناعيةجهاز مراقبة زيت المحولات الغازية عبر الإنترنتوهو عبارة عن نظام تكامل بصري وميكانيكي وكهربائي وحسابي متطور، يتكون عادةً من الأنظمة الفرعية التالية التي تعمل بكامل طاقتها

• النظام الفرعي لتدوير الزيت والمعالجة المسبقة:: يحتوي على أنابيب مقاومة للزيت متصلة بصمامات زيت مدخل ومخرج المحولات، ومضخات دوران دقيقة خاصة، ومرشحات دقيقة متعددة المراحل، وأجهزة استشعار التدفق ووحدات تحكم حرارية. وتتمثل وظيفتها في ضمان الدوران الآمن للزيت العازل قيد الاختبار من جسم المحول إلى وحدة التحليل في درجة حرارة مستقرة ونقية وثابتة.

• النظام الفرعي لفصل النفط والغاز:: هذه هي الوحدة الفيزيائية الأساسية للجهاز، وتشمل التقنيات السائدة توازن الفراغ الرأسي أو الفصل الغشائي النفاذي بالبوليمر أو إزالة الغازات بمضخة التفريغ التي يحدد أداؤها مباشرةً كفاءة واستقرار استخلاص الغاز.

• النظام الفرعي للكشف عن الغازات وتحليلها:: أي أن ما ورد أعلاه مجهز بـ ** كروماتوغرافيا الغاز (GC)ربماتحتوي وحدة القياس الأساسية لتقنية التحليل الطيفي الصوتي الضوئي (PAS)** على مكونات بصرية وتحليلية دقيقة مثل مصدر الضوء والعمود والكاشف والخلية الصوتية الضوئية.

• أنظمة التحكم المدمجة والأنظمة الفرعية لمعالجة البيانات المدمجة:: حواسيب أو معالجات دقيقة (MCUs) مدمجة عالية الأداء من الدرجة الصناعية تشغل برامج ثابتة تتحكم في سير العمل الآلي للوحدة بأكملها وتقوم بحل البيانات وحسابات التركيز وخوارزميات استكشاف الأخطاء وإصلاحها المدمجة (مثل طريقة النسبة الثلاثية) استنادًا إلى المعايير الدولية مثل IEC 60599.

• أنظمة الاتصال والأنظمة الفرعية للتفاعل بين الإنسان والحاسوب:: يوفر مجموعة متنوعة من الواجهات المادية بما في ذلك إيثرنت الألياف الضوئية و RS-485، ويدعم بروتوكولات الاتصالات الصناعية القياسية مثل Modbus و DNP3 و IEC 61850، وما إلى ذلك، لضمان إمكانية دمج بيانات المراقبة بسلاسة في نظام أتمتة المحطات الفرعية (SCADA) أو المحطة الرئيسية للتحكم المركزي عن بُعد. وفي الوقت نفسه، عادةً ما تكون مزودة بواجهة عرض وتشغيل محلية.

• خزانات قابلة للتكيف بيئياً من فئة الحماية العالية:: يضمن الغلاف المعدني المتين مع مستوى حماية IP66 أو أعلى ومكيّف هواء صناعي داخلي مدمج أو سخان للتحكم الدقيق في درجة الحرارة والرطوبة أن الوحدة يمكن أن تعمل بشكل موثوق لفترة طويلة من الوقت في نطاق واسع من درجات الحرارة من -40 درجة مئوية إلى +55 درجة مئوية وفي البيئات الخارجية القاسية، مثل الرذاذ الملحي العالي والرطوبة العالية.

كيف يعمل جهاز مراقبة الغاز في زيت المحولات عبر الإنترنت مع أنظمة المراقبة الأخرى؟

في أنظمة تقييم حالة المحولات الحديثة، فإنجهاز مراقبة زيت المحولات الغازية عبر الإنترنتعادةً لا تعمل بشكل مستقل، ولكن كمكون أساسي لمنصة مراقبة متكاملة، يتم دمج البيانات مع أنظمة المراقبة الأخرى من أجل تشكيل سلسلة منطقية تشخيصية ذات نقاط قوة تبادلية وتكميلية.

• التآزر مع أنظمة مراقبة التفريغ الجزئي (PD) على الإنترنت:: عندماجهاز المراقبة عبر الإنترنت DGAتم الكشف عن زيادات ضئيلة ومستمرة في الهيدروجين (H₂) والميثان (CH₄)، مما يشير إلى وجود تصريفات منخفضة الطاقة عندمانظام مراقبة التفريغ الجزئي عبر الإنترنت(خاصةً طريقة التردد فوق العالي) يمكن أن توفر حساسية أعلى لالتقاط إشارة التفريغ والتمييز الأولي لأنواع التفريغ (على سبيل المثال، التفريغ المعلق، والتفريغ على طول المستوى، وتفريغ الفجوة الهوائية). وعلى النقيض من ذلك، عندما يتم اكتشاف الأسيتيلين (C₂H₂) بواسطة DGA، فهذا يشير إلى أن التفريغ الجزئي قد تطور إلى قوس عالي الطاقة، وعند هذه النقطة تزداد سعة ومعدل تكرار إشارة التفريغ الجزئي بشكل كبير.

• التآزر مع أنظمة المراقبة عبر الإنترنت للغلاف:: في بعض الأحيان.جهاز المراقبة عبر الإنترنت DGAقد تنشأ الغازات فائقة السخونة المكتشفة (على سبيل المثال، الإيثيلين C₂H₄H) من السخونة الزائدة الناتجة عن سوء توصيل القضيب الموصل بالأسلاك داخل غلاف الجهد العالي. عند هذه النقطة، فإننظام مراقبة الغلاف عبر الإنترنتإذا أظهر أيضًا عامل فقدان عازل كهربائي مرتفع بشكل غير طبيعي (tanδ) لتلك المرحلة من البطانة، يمكن تحديد نقطة العطل في مكون البطانة، مما يجنب الحاجة إلى فحص درع الرفع غير الضروري لجسم المحول.

• التآزر مع أنظمة المراقبة على الإنترنت لقياس درجة حرارة اللفات بالألياف البصرية:: عندماجهاز المراقبة عبر الإنترنت DGAعند وجود إنذار لارتفاع درجة الحرارة المنخفضة والمتوسطة (زيادة محتوى الميثان CH₄ والإيثان C₂H₆H)، إذا كان المحول مزودًا بـنظام مراقبة قياس درجة حرارة لف الألياف البصرية المتعرجة عبر الإنترنتيمكن قراءة التوزيع الفعلي لدرجة الحرارة الفعلية للنقاط الساخنة داخل الملف مباشرةً. إذا تبين أن درجة الحرارة في منطقة واحدة أعلى بكثير من المناطق الأخرى وتتزامن مع اتجاه إنتاج الغاز، يمكن تأكيد موقع وخطورة العطل الناتج عن ارتفاع درجة الحرارة، مما يوفر الأساس المباشر لتعديل الحمل أو ترتيب الصيانة.

ما هي بعض حالات التطبيق النموذجية التي توضح فعالية أجهزة مراقبة الغاز عبر الإنترنت في زيت المحولات؟

• الحالة 1: الإنذار المبكر الناجح لأعطال القوس الكهربائي العالي الطاقة داخل محولات المحولات ذات الجهد الفائق العالي
  في محطة المحول في مشروع نقل التيار المستمر ذي الجهد فوق العالي ±800 كيلو فولت فائق الجهد، محول محول مثبت علىجهاز مراقبة كروماتوغرافيا الغازات DGA عبر الإنترنتخلال تحديث روتيني للبيانات كل ساعة، تم اكتشاف أن محتوى الأسيتيلين (C₂H₂) قفز فجأة إلى عدة أجزاء في المليون من حالة الصفر على المدى الطويل، فأطلق النظام على الفور أعلى مستوى من الإنذار وقام بتحميل البيانات إلى مركز التحكم المركزي في الوقت الفعلي. على الرغم من عدم وجود أي خلل واضح في المعلمات الكهربائية الأخرى للمحول في ذلك الوقت، إلا أنه بناءً على إدراك الخطر الجسيم لغاز الأسيتيلين، تقدم قسم التشغيل والصيانة بطلب حاسم لإيقاف تشغيل المحول. وبعد إجراء تحقيق داخلي، تبيّن أن ملامسات التبديل الخاصة بمبدل الصنبور عند التحميل (OLTC) كانت غير متوائمة لأسباب ميكانيكية، مما أدى إلى توليد قوس كهربائي مستمر عالي الطاقة أثناء عملية التبديل. وقد حال هذا التحذير الناجح دون حدوث عواقب كارثية كان من الممكن أن تؤدي إلى انسداد المحول أحادي القطب أو حتى نشوب حريق في قاعة الصمامات.

• الحالة 2: تحديد أعطال السخونة الزائدة التدريجية الناجمة عن أعطال نظام التبريد
  محول رئيسي بجهد 220 كيلو فولت معالتحليل الطيفي الصوتي الضوئي DGA جهاز المراقبة عبر الإنترنتوأظهر تحليل الاتجاهات للبيانات على مدار عدة أسابيع متتالية أن مستويات الإيثيلين (C₂H₄) والميثان (CH₄) أظهرت اتجاهًا بطيئًا ولكن ثابتًا في الزيادة بالتزامن مع ذروة الحمل اليومي، مما يشير إلى وجود ارتفاع في درجة الحرارة مرتبط بالحمل. ومع ذلك، لم تتجاوز المقاييس التقليدية، مثل درجة حرارة زيت اللفات، الحدود المسموح بها. واستنادًا إلى القرائن التي قدمتها بيانات DGA، أجرى موظفو التشغيل والصيانة فحصًا تفصيليًا لنظام تبريد المحول، ووجدوا في النهاية أن أحد محركات المروحة لأحد المبردات القوية المبردة بالهواء والمبردة بالزيت قد تعرض للتلف، مما أدى إلى انخفاض خطير في كفاءة التبريد لمجموعة التبريد هذه، مما أدى إلى ارتفاع درجة حرارة الزيت الموضعي للملفات إلى درجة حرارة زائدة وإنتاج الغاز عندما كان المحول تحت حمولة عالية. بعد استبدال محرك المروحة في الوقت المناسب، أظهرت بيانات DGA أن اتجاه إنتاج الغاز توقف على الفور واستقر، مما أدى إلى منع حدوث عطل تدريجي طويل الأجل من شأنه أن يسرع من تقادم العزل.