ظاهرة التدهور التي يتم تحديدها بواسطة تحليل قاعدة بيانات زيت المحولات

الهدف من دراسة ظواهر التدهور في زيت محولات القدرة

تقدر أعمار “تصميم المحولات” بحوالي 45 عاماً للإرسال وحوالي 60 عاماً لمحولات التوزيع، وذلك مع فهم عزل المحولات جيداً لتدهور الخدمة ومعرفة بدء تشغيل مجموعات كبيرة من المحولات الكهربائية في الستينيات، وكما هو موضح في الشكل التالي (1)؛ فإن تقييم التقادم يعد ممارسة مهمة لتسهيل إدارة أصول المحولات.

مع تقدم عمر المحولات، يتحلل نظام العزل المكون من سائل (زيت معدني عادةً) وواحد أو أكثر من المواد الصلبة (عادةً ورق كرافت ولوح مضغوط)، مما يؤدي إلى إطلاق منتجات قديمة لا يمكن تتبعها فحسب؛ بل إنها قادرة أيضاً على تغيير خصائص العزل نظراً لسهولة الوصول إليه، وعادةً ما يتم أخذ عينات من زيت المحولات واختبارها بحثاً عن معلمات متعددة لتقييم تقادم الزيت نفسه وكذلك العزل الصلب.

وكما يوضح الشكل السابق (2) التصنيف العام لمعلمات اختبار الزيت إلى مجموعات كهربائية وكيميائية وفيزيائية، كما تشير الرموز على شكل نجمة إلى معلمات يتم قياسها عادةً بواسطة المرافق في المملكة المتحدة، حيث تمثل الأرقام المرتفعة “1” و “2” و “3” اختبارات استقصائية روتينية وتكميلية وخاصة على التوالي، بينما يشير الرقم العلوي “0” إلى اختبارات أخرى التي لم يتم تضمينها في (IEC 60422).

حيث أن إحدى المتطلبات هي الحموضة التي أظهرت بشكل عام علاقة متزايدة بشكل أسي مع التلف من كل من المحولات أثناء الخدمة والتجارب المعملية، بحيث يؤدي تحلل الزيت من خلال الأكسدة، وخاصة في مرحلة الإنهاء التي تنطوي على تفاعل بين جذور البيروكسي، إلى إنتاج أحماض كربوكسيلية.

أما بالنسبة للورق؛ فإن الأكسدة الأولية والتحلل المائي المحفز بالحمض السائد ينتجان أيضاً أحماض كربوكسيلية، وبالنظر إلى تقسيم الورق الزيتي والوزن الجزيئي للأحماض المنتجة؛ فإن الأحماض عالية الوزن الجزيئي (HMA) المنتجة في الغالب من تقادم الزيت ستساهم بشكل أكبر في الحموضة المقاسة في عينات الزيت مقارنةً بالأحماض منخفضة الوزن الجزيئي (LMA) المرتبطة بالورق التالف.

كما أن هناك عامل آخر يتم قياسه بشكل شائع وهو (2-furfural (2-FAL))، والذي يُعزى إلى تحلل الورق ولكنه قابل للذوبان في الزيت مما يسمح بإجراء تقييم غير مباشر وغير تدخلي لتقادم الورق (2-FAL)، كما يزيد أضعافا مضاعفة مع تقدم العمر، لذلك لم يتم ملاحظتها فقط في التجارب المعملية.

لكن أيضاً من قياسات زيت المحولات أثناء الخدمة، بحيث يعود سبب تأخر إنتاج (2-FAL) إلى أنه المنتج النهائي الذي يشتمل على العديد من المركبات الوسيطة مثل الجلوكوز أو “البنتوز” أو “الليفوغلوكوزان” الناشئة عن تقادم الورق من خلال التحلل المائي (السائد) أو الأكسدة أو حتى الانحلال الحراري في درجات حرارة عالية (> 140 درجة مئوية ).

وبصرف النظر عن الفهم الحالي لسلوك المعلمات فيما يتعلق بتلف المحولات؛ فإن هناك عوامل من شأنها أن تؤثر على الملاحظات، وأحد هذه العوامل هو مصنع المحولات الذي يتضمن تصميمات مختلفة، علاوة على ذلك؛ فإنه يمكن أن يكون مستوى تحميل المحولات وكذلك كيمياء الزيت العازل المستخدم مؤثرين في تحليلات الاتجاه للمعلمات مع عمر المحولات أثناء الخدمة.

المنهجية الخاصة برصد حالة تدهور زيت المحولات الكهربائية

يوضح الشكل التالي مخطط انسيابي للعمل، بحيث تم الحصول على قواعد بيانات تفاصيل المحولات من ثلاث مرافق في المملكة المتحدة قبل ربط قواعد البيانات مع سجلات اختبار الزيت التاريخية حتى عام (2012) بقواعد البيانات الخاصة بتفاصيل المحولات الفردية.

كما تحتوي قواعد بيانات اختبار الزيت على تواريخ اختبار الزيت وسجلات العديد من معطيات اختبار الزيت، بينما تحتوي قواعد بيانات تفاصيل المحولات على معلومات عن الشركة المصنعة وسنة التصنيع والتصنيف والجهد الكهربائي وما إلى ذلك.

بعد ربط قواعد البيانات؛ فإنه تم تنفيذ إجراءات تطهير قاعدة البيانات والتي تشمل إزالة الإدخالات التي بها أخطاء في القياسات وحساب المحولات التي خضعت لإجراءات معالجة الزيت والمحولات التي يحتمل أن تكون مملوءة بالزيت من مصادر ملوثة.

ثم تم إجراء تحليلات خاصة على قواعد البيانات المتعلقة بالمحولات التي تعمل بجهد أولي يبلغ (33)، (132)، (275)، (400) كيلو فولت، تم أخذ معاملات اختبار الزيت المختلفة في الاعتبار أيضاً في تحليل اتجاهاتهم مع عمر المحولات أثناء الخدمة.

كما يشير العمر أثناء الخدمة للمحول إلى الفرق بين تاريخ اختبار زيت معين وسنة تصنيع ذلك المحول، لذلك لم يتم النظر في المحولات التي تجاوزت 5 سنوات من عمرها في الخدمة في التحليل النهائي، لذلك يمكن ملاحظة أن معلومات سنة التشغيل ليست متاحة بسهولة لمعظم المحولات، وبالتالي سيتم استخدام سنة التصنيع.

ومن خلال تحليل اتجاهات البارامترات المختلفة فيما يتعلق بعمر الخدمة؛ فقد لوحظت ظاهرة تدهور مبكرة بغض النظر عن مستوى الفولتية التشغيلية المختلفة، كما تم تحليل السبب وراء ظاهرة التدهور المبكر هذه لاحقاً من منظور مصنعي المحولات ومستويات التحميل وكيمياء الزيت.

ظاهرة التدهور المبكر المرتبطة بزيت محولات القدرة

يهدف هذا القسم إلى توضيح ظاهرة التدهور المبكر من خلال التحليلات الكيميائية على أساس الحموضة وكذلك (2-FAL) في جوهرها، كما توضح المتطلبات مثل عامل تبديد العزل معلومات مماثلة أيضاً، ولكن سيتم عرض الحموضة و (2-FAL) فقط لأن هاتان المتطلبان هما المتطلبان المشتركان المختبرتان عبر المحولات التي تعمل بجهد أولي يبلغ (33)، (132)، (275)، (400) كيلو فولت.

وبالإضافة إلى ذلك، تظهر الحموضة و (2-FAL) ارتباطاً جيداً بعمر الخدمة، حيث إنه يمكن استخدام الحموضة لتقييم تقادم الزيت، بينما يمكن استخدام (2-FAL) لتقييم تقادم الورق، وبالتالي تغطية كلا جانبي نظام عزل المحولات.

كما يوضح الشكل التالي الاتجاهات مع عمر الحموضة أثناء الخدمة و 2-“فورفورال” (2-FAL) على التوالي لمحولات (33) كيلو فولت المملوكة من قبل (Utility A)، وذلك نظراً للعدد الكبير من الإدخالات في قواعد البيانات المتاحة لهذا العمل، كما سيكون هناك درجة من التشتت في اتجاهات التلف، ومع ذلك؛ فإنه يمكن رؤية ذروة مبكرة واضحة في الحموضة و (2-FAL) (محاطة بدائرة في الأشكال) حول عمر محول أثناء الخدمة يبلغ 20 عاماً.

ونظراً لأنه من المعروف أن كلا المعلمتين تزدادان باستمرار بمرور الوقت، ومع تسجيل قيم عالية بشكل عام بعد عمر أثناء الخدمة يبلغ حوالي (40) عاماً؛ فإن الذروة المبكرة التي لوحظت غير طبيعية ويمكن أن تعني ظاهرة تدهور مبكرة.

وبالإشارة إلى تصنيف حالة الحموضة (IEC 60422)؛ فإنه يمكن أن نرى من الشكل السابق بأن المحولات التي تساهم في ظاهرة التدهور المبكر تبدو وكأنها تنتقل إلى حالة عادلة في عمر مبكر أثناء الخدمة مقارنة بمحولات الخدمة العادية.

وبصرف النظر عن التأكيد من معلمات اختبار الزيت المختلفة؛ فقد لوحظت ظاهرة التدهور المبكر أيضاً للمحولات التي تعمل عند مستويات جهد أخرى مثل (132)، (275)، (400) كيلو فولت بالإضافة إلى محولات (33) كيلو فولت الموضحة في الشكل السابق.

وعلى الرغم من اتجاهات التقادم للجهد الآخر لم يتم عرض المستويات هنا (لتجنب التكرار)؛ فإنه يبدو أن ظاهرة التدهور المبكر لم تكن فقط مشكلة لمستوى جهد معين أو أداة معينة، ولكن أكثر من مشكلة تؤثر على الأرجح على المرافق في المملكة المتحدة.