نظام الرصد عبر الإنترنت للمياه الدقيقة في زيت المحولات: التكنولوجيا والبيانات والتشخيصات

في نظام العزل في محول الطاقة، يشكل الزيت العازل والورق العازل (السليلوز) العزل المركب من الزيت والورق. ويعد الماء (H₂O↩O) أحد أكثر الشوائب خطورة في هذا النظام، وتعد المراقبة الدقيقة لمحتواه جانبًا أساسيًا لتقييم صحة المحولات، ومنع حوادث تعطل العزل، وإطالة عمر المعدات. نظام المراقبة عبر الإنترنت للمياه الدقيقة في زيت المحولات هو تقنية الصيانة الوقائية الرئيسية (PdM) لتحقيق هذا الهدف.

الجزء الأول: الآلية الخطرة للرطوبة على نظام العزل الورقي الزيتي

إن الضرر الذي تسببه الرطوبة لنظام عزل المحولات متعدد الأوجه، حيث تتمثل المخاطر الأساسية في تسارع تقادم العزل وانخفاض قوة العزل.

1. التقادم المتسارع للعزل الصلب (ورق العزل): الماء هو المحفز الرئيسي لتفاعل التحلل المائي للسليلوز. يستهلك كل كسر في السلسلة الجزيئية للسليلوز جزيء ماء واحد. وكلما زاد محتوى الرطوبة، زادت سرعة معدل تفاعل التحلل المائي، مما يؤدي إلى انخفاض حاد في درجة بلمرة الورق العازل (DP)، وانخفاض في القوة الميكانيكية، وفي النهاية الهشاشة والفشل.

2. يقلل من جهد انهيار الزيت العازل: الماء المذاب في الزيت له تأثير ضئيل على جهد التكسّر، ولكن عندما يصل الماء إلى التشبع ويوجد في شكل ماء حر (قطرات ماء صغيرة)، سينخفض جهد تكسّر الزيت بشكل كبير. وتحت تأثير المجال الكهربائي، سيتم استقطاب قطرات الماء واستطالة قطرات الماء، ومن السهل جدًا تشكيل مسار موصل للكهرباء، مما يؤدي إلى حدوث الانهيار.

3. التفريغ الجزئي المستحث (PD): تقلل الرطوبة من بداية جهد التفريغ للمواد العازلة. إن وجود الرطوبة يزيد بشكل كبير من خطر التفريغ الجزئي خاصةً في السطح البيني بين الزيت والورق وفي الفجوات الهوائية الصغيرة للعزل.

4. مخاطر "تأثير الفقاعة": عندما يزداد حمل المحول فجأة أو ترتفع درجة الحرارة بشكل حاد، يتبخر الماء الموجود في الورق العازل بسرعة ولكن لا يمكن إذابته في الزيت في الوقت المناسب، مما يؤدي إلى تكوين فقاعات غازية على سطح اللف. تكون قوة العزل الكهربائي للغاز أقل بكثير من قوة عزل الزيت، وتكون هذه الفقاعات عرضة للانهيار تحت مجال التشغيل الكهربائي، مما قد يؤدي إلى حدوث دوائر قصر كارثية من دورة إلى أخرى أو من طبقة إلى أخرى.

الجزء الثاني: مصادر الرطوبة داخل المحول

• متبقيات التصنيع: معالجة التجفيف بالتفريغ غير المكتملة لجسم المحول، مما يؤدي إلى بقاء الرطوبة الأولية في المادة العازلة.

• التطفل الخارجي: سوء إحكام الغلق (مثل تقادم البطانات والحشيات)، وامتصاص الرطوبة في فتحة التنفس، وعمليات حقن الزيت غير المؤهلة أو عمليات ترشيح الزيت، مما يؤدي إلى دخول الرطوبة في الهواء إلى داخل المحول.

• تم إنشاؤه داخلياً: في عملية التقادم العادية للورق العازل، تتكسر السلسلة الجزيئية للسليولوز إلى منتجات ثانوية لجزيئات الماء. وهذه عملية تقادم ذاتية التسارع.

الجزء الثالث: مبدأ عمل وتكوين نظام المراقبة عبر الإنترنت

يتيح نظام المراقبة عبر الإنترنت للمياه الدقيقة القياس المستمر لمحتوى الرطوبة في الزيت العازل عن طريق تركيب مسبار استشعار في دائرة زيت المحولات.

1. وحدة الاستشعار والقياس (الأساسية):

   • مبادئ التكنولوجيا: مستخدمة على نطاق واسعمستشعر الأغشية الرقيقة السعوية (TFS). ويوجد في قلب جهاز الاستشعار فيلم بوليمر يتغير ثابت العزل الكهربائي الخاص به مع عدد جزيئات الماء الممتصة، مما يتسبب في تغير قيمة السعة. ومن خلال قياس التغير في قيمة السعة، يمكن حساب معاملات الماء في الزيت بدقة.

   • طريقة التركيب: وعادة ما يتم تركيبه على صمام تصريف الزيت أو الصمام الاحتياطي لجسم المحول عن طريق صمام كروي ويتم غمر المجس مباشرة في الزيت. من أجل ضمان قياسات تمثيلية، يفضل تركيبه في موقع يعكس دوران الزيت الرئيسي (مثل خطوط مدخل ومخرج المبرد).

2. وحدة الحصول على البيانات ونقلها:

   • يحوِّل خرج الإشارة السعوية من المستشعر إلى إشارة رقمية أو تناظرية موحدة.

   • مستشعر درجة حرارة مدمج لتعويض قياسات الرطوبة لتعويض درجة الحرارة لتوفير قراءات أكثر دقة.

   • غالبًا ما يتم دمجها مع مسبار الاستشعار في هيكل متكامل.

3. وحدة الاتصال والعرض:

   • توفير وظيفة العرض الرقمي المحلي، مما يسهل على مفتشي الموقع قراءة البيانات.

   • يتم نقل البيانات إلى نظام مراقبة المكتب الخلفي للمحطة الفرعية (SCADA) أو خادم بيانات مخصص عبر RS-485 (بروتوكول مودبوس) أو مخرج تناظري 4-20mA.

الجزء الرابع: تفسير مؤشرات الرصد الرئيسية: جزء في المليون مقابل النشاط المائي (aw)

توفر أنظمة المراقبة عبر الإنترنت عادةً مؤشرين أساسيين ومن المهم فهم الفرق بينهما.

• محتوى الرطوبة المطلق (جزء في المليون - جزء في المليون).

  • التعريف: نسبة الكتلة، والتي تشير إلى عدد ملليغرامات الماء الموجودة في كل كيلوغرام من الزيت العازل (ملغم/كغم).

  • القيود: إنهيعتمد على درجة الحرارة العاليةالمعلمات. في حالة بقاء الكمية الإجمالية للرطوبة دون تغيير، عندما ترتفع درجة حرارة الزيت، تزداد قابلية ذوبان الزيت للماء، وتنتقل الرطوبة في الورق العازل إلى الزيت، مما يؤدي إلى ارتفاع قيمة جزء في المليون في الزيت؛ وعلى العكس من ذلك، عندما تنخفض درجة حرارة الزيت، تنخفض قيمة جزء في المليون في الزيت. لذلك، لا يمكن أن تعكس القيمة البسيطة للجزء في المليون بدقة درجة الرطوبة في العزل الصلب.

• النشاط المائي (aw - النشاط المائي) أو التشبع النسبي (%RS).

  • التعريف: aw = P / P₀، حيث P هو ضغط بخار الماء في الزيت وP₀ هو ضغط بخار التشبع للماء النقي عند نفس درجة الحرارة. وهو يشير إلى ميل أو "حيوية" الماء في الزيت للهروب، ويتراوح من 0 (جاف تمامًا) إلى 1 (مشبع).%RS = aw × 100%.

  • الميزة: النشاط المائيبارامترات حالة التوازن التي تميز الرطوبة في أنظمة العزل الورقية الزيتيةفي حالة توازن الرطوبة بين الزيت والورق، يكون النشاط المائي للزيت مساويًا لنشاط الورق. في حالة اتزان الرطوبة بين الزيت والورق، يكون نشاط الرطوبة في الزيت مساويًا لنشاط الرطوبة في الورق.لذلك، يعد النشاط المائي (aw) مؤشرًا أساسيًا وموثوقًا به أكثر من غيره لمعرفة ما إذا كان العزل الصلب معرضًا للرطوبة أم لا.

الجزء الخامس: المعلمات التقنية النموذجية

الجزء السادس: الأسئلة الشائعة (FAQ)

س1: كيف يمكن استخدام بيانات المراقبة عبر الإنترنت لتحديد حالة العزل للمحول؟
الإجابة: يجب التركيز علىالنشاط المائي (aw)الاستجابة في الغناءاتجاهات البيانات.

• aw < 0.2: العزل جاف وبحالة جيدة.

• 0.2 ≤ 0.4: تحتاج الرطوبة الطفيفة في العازل إلى الاهتمام، بالإضافة إلى بيانات كروماتوغرافيا الزيت لإصدار حكم شامل.

• 0.4 ≥ 0.4: يتأثر العزل بشكل خطير بالرطوبة وهناك خطر حدوث "تأثير الفقاعة"، والذي يجب التخطيط لتجفيفه.

• تحليل الاتجاهات: تشير القيمة الثابتة لقياس ثبات قيمة aw على مدى فترة طويلة من الزمن إلى وجود مانع تسرب جيد. أما إذا أظهرت قيمة aw اتجاهاً ثابتاً بطيئاً متزايداً، فقد يشير ذلك إلى أن العزل يتدهور أو أن هناك دخول رطوبة خارجية بطيئة. إذا تذبذبت قيمة aw بشكل كبير مع درجة الحرارة، فهذا يشير أيضًا إلى أن العزل الصلب يحتوي على مستوى عالٍ من الرطوبة.

س2: هل أحتاج إلى انقطاع التيار الكهربائي لتركيب جهاز مراقبة المياه الصغيرة على الإنترنت؟
الإجابة: غير مطلوب عادةً. الوحدة مصممة للتركيب تحت الضغط. وباستخدام صمام كروي خاص عالي الضغط، يمكن تركيبه بأمان على صمام محول يعمل. لا تؤثر عملية التركيب بأكملها على التشغيل العادي للمحول.

س3: لماذا يوجد فرق بين قيمة جزء من المليون في المليون للمراقبة عبر الإنترنت وقيمة جزء من المليون للمقايسة المختبرية؟
الإجابة: تنبع الاختلافات بشكل رئيسي مندرجات الحرارة المختلفة أثناء أخذ العينات والقياس. وقد تم تغيير درجة حرارة عينة الزيت إلى درجة حرارة الغرفة قبل الفحص المختبري، في حين يتم قياس المراقبة عبر الإنترنت في درجة حرارة الزيت في الوقت الفعلي. نظرًا لأن قيمة جزء في المليون حساسة لدرجة الحرارة، فإن القيمتين عادةً لا يمكن مقارنتها. من ناحية أخرى، يتأثر نشاط الرطوبة (aw) بدرجة حرارة قليلة جدًا بدرجة الحرارة عند التوازن، لذلك يجب أن تكون قيم aw عبر الإنترنت متفقة بشكل أفضل مع قيم aw المختبرية.

س4: هل يمكن للنظام أن يحل تماماً محل اختبار الزيت التقليدي غير المتصل بالإنترنت؟
الإجابة: ليست بديلاً كاملاً، ولكنها مكملة لبعضها البعض. توفر المراقبة عبر الإنترنتالبيانات والاتجاهات المستمرةوهذا غير ممكن مع الاختبار دون اتصال بالإنترنت وهو أمر ضروري للكشف عن الحالات الشاذة وتحليل الاتجاهات في الوقت المناسب. وفي المقابل، يوفر الاختبار الدوري للزيت في المختبر (على سبيل المثال، اختبار كروماتوغرافيا الزيت DGA، واختبار جهد الانهيار، وما إلى ذلك) معلومات أكثر شمولاً عن جودة الزيت. وتتمثل أفضل الممارسات في الجمع بين بيانات المراقبة عبر الإنترنت والنتائج المختبرية الدورية لتكوين تقييم شامل ثلاثي الأبعاد لحالة المحول.