بخشی از مقاله
چکیده
ارزیابی دقیق وضعیت پیری عایق کاغذی و روغن در ترانسفورماتورهای نیروگاهی بسیار ضروری و مهم است. خطا در یک ترانسفورماتور منجر به از دست رفتن درآمد، آمادگی و قابلیت اطمینان جهت عرضه برق به مصرف کنندهگان میشود که با توجه به فضای رقابتی بازار برق و واگذاری تعدادی از نیروگاهها - ازجمله نیروگاه طوس - به بخش خصوصی، بسیار ناخوشایند است. در این مطالعه پس از مروری کوتاه بر مسائل عایقی و ارتباط آن با عمر ترانسفورماتورهای قدرت - نیروگاهی - به بررسی امکان نصب دستگاه بافر باکس برای ترانسفورماتور ژنراتور یک واحد نیروگاه طوس، باتوجه به نتایج آزمونهای انجام شده بر روی روغن آن پرداخته شده است.
مقدمه
ترانسفورماتورها یکی از باارزشترین و گرانقیمتترین تجهیزات نیروگاه هستند که نقش حیاتی را در پروسه انتقال انرژی الکتریکی بازی میکنند؛ ازاینرو، کارکرد صحیح و بیوقفه آنها یکی از اهداف اصلی سازندگان و بهرهبرداران میباشد. بهطور متوسط، عمر ترانسفورماتورهای قدرت دوداًح 25 تا 30 سال است؛ لکن اگر به-درستی بهرهبرداری شود و برنامههای تعمیرات زمانبندیشده - طبق دستورالعمل سازنده - ، و تعمیرات پیشگیرانه جهت جلوگیری از پیری و اضمحلال عایق آن به شکل صحیح و بهموقع انجام شود، تا 70 سال قابل استفاده خواهند بود .[1] اکسیژن، رطوبت هوا و حرارت بیش-ازحد، بهعنوان عوامل مضر و مخرب در عملکرد ترانسفورماتورها شناخته شده و از دلایل اصلی پیر شدن عایق بهشمار میروند.
می-دانیم روغن ترانسفورماتور قابلیت تعویض و تصفیه شدن را دارد، اما اگر عایق کاغذی - سلولوز - دچار خرابی شود، بهاحتمال بسیار، ترانسفورماتور غیرقابل استفاده خواهد شد؛ لذا بهمنظور افزایش قابلیت اطمینان و تداوم برقرسانی، لازم است که بهرهبرداری و تعمیر و نگهداری از این ترانسفورماتورها بهصورت بهینه انجام شود. یکی از عوامل مؤثر در حفاظت و نگهداری ترانسفورماتورهای قدرت قدیمی، کنترل راههای نفوذ رطوبت و اکسیژن در روغن - از طریق محفظه تنفسی و رطوبتگیر - است که باعث افزایش عمر ترانسفورماتور خواهد شد. یکی از جدیدترین روشهای ارائه شده جهت تحقق این موضوع، استفاده از دستگاه بافرباکس است.
بررسی گازهای موجود در روغن ترانسفورماتور
تولید گاز در تمام ترانسفورماتورها، در حالت کار و شرایط عادی نیز وجود دارد، لکن وجود ذرات معلق در روغن، حبابهای هوا یا رطوبت باعث کم شدن ولتاژ شکست روغن میشود. در این میان در صورت بروز شرایط بهرهبرداری غیرعادی - اضافهبار، اضافه ولتاژ، اتصالات ضعیف، بهرهبرداری اشتباه، شوکهای الکتریکی از سمت شبکه، حرارت بیشازحد و ... - امکان رخ دادن شکست عایقی وجود دارد. یکی از روشهای اصلی ارزیابی وضعیت ترانسفورماتور، آنالیز گازهای محلول در روغن1 است. بهطورکلی میتوان گفت، برای ترانسفورماتورهای قدرت قدیمی بایستی با انجام آزمونهای زمان-بندی شده روغن2 ، وضعیت نرخ رشد گازهای3 کلیدی زیر رصد شود که در این میان گروه دوم گازها - به علت ارتباط بیشتر با عایق کاغذی - از اهمیت بیشتری برخوردار خواهند بود.
· گروه اول - گازهای محلول در روغن، ناشی از تخریب تدریجی روغن - عبارتند: هیدروژن - H2 - ، متان - CH4 - ، اتان - C2H6 - ، اتیلن - C2H4 - و استیلن - C2H2 -
· گروه دوم - گازهای محلول در روغن، ناشی از تخریب تدریجی عایق کاغذی - عبارتند: مونواکسیدکربن - CO - ، اکسیژن - O2 - ، دیاکسیدکربن - CO2 - و مقداری هیدروژن و متان
قضاوت کردن در مورد وضعیت ترانسفورماتور با توجه به نرخ افزایش گازهای فوق برای هر ترانسفورماتور منحصربهفرد خواهد بود که وابستگی زیادی به دما، حجم عایق و شرایط بهرهبرداری از نرخ رشد گازهای محلول در روغن متناسب با میزان انرژی آزاد شده در حین خطا است؛ درصورتیکه انرژی آزاد شده در حین خطا بسیار زیاد باشد - مثل قوس الکتریکی - ، حبابهای گاز ایجاد شده بهسرعت به رله بوخهلتس رسیده و کمتر در روغن حل میشوند. در صورت عملکرد این رله بایستی علاوهبر آنالیز گازهای محلول در روغن، گازهای موجود در رله بوخهلتس نیز آنالیز گردد.
روش ارزیابی گازهای کلیدی
یکی از روشهای اصلی برای شناسایی انواع محتمل خطا از روی مقایسه مجزای گازهای تولید شده در نمونهگیریهای انجام شده، استفاده از روش گازهای کلیدی برای چهار حالت خطای عمده می-باشد که در شکل 2 نشان داده شده است. همانطور که در این شکل مشاهده میشود، گاز عمده تولید شده در شرایط خطای ناشی از اضافه حرارت در روغن، اتیلن است و متعاقباً در شرایط خطای ناشی از اضافه حرارت در عایق کاغذی، تخلیه جزئی و قوسهای الکتریکی و جرقه، گازهای عمده به ترتیب، مونوکسیدکربن، هیدروژن و استیلن هستند.
بنابراین یک عامل مهم در نحوه پراکندگی رطوبت در ترانسفورماتور هنگام حملونقل، اتصال کوتاه و همچنین بهعلت جریانهای غیرعادی در معرض استرسهای مکانیکی قرار میگیرد که میتواند باعث آسیب رسیدن به عایق کاغذی - سلولوز - ترانسفورماتور گردد با افزایش دما، اکسیژن و رطوبت، فعل و انفعالات شیمیایی - که معمولاً بهصورت اکسیداسیون یا هیدرولیزاسیون هستند - افزایش مییابد که منتجه آن کاهش استقامت مکانیکی و کاهش عمر عایق ترانسفورماتوراست .[4] قوس الکتریکی،کرونا، تخلیه با انرژی کم و اضافه بارهای ناگهانی و شدید. ترانسفورماتور، دما میباشد. با توجه به اینکه با افزایش دما عمر سلولوز بهشدت کاهش مییابد8، روشهای ذیل بهمنظور رطوبت زدایی از ترانسفورماتور ارائه گردیده است [3] و[6]، :[7]
· روش سیرکوله روغن داغ
· روش خلأ و سیرکوله روغن داغ
· روش اعمال ولتاژ با فرکانس پایین، جهت خارج نمودن رطوبت موجود در عایق کاغذی ترانسفورماتور 9 - LFH -
· روش اسپری روغن داغ10 از قسمت فوقانی ترانسفورماتور همراه با افزایش خلأ
· اضافه کردن مواد نگهدارنده و آنتیاکسیدان به میزان 3 درصد وزن کل روغن، پس از تصفیه روغن
درمجموع یکی از ضروریترین اقدامات در جهت افزایش عمر ترانسفورماتور، خشک و عاری از اکسیژن نگاهداشتن سیستم عایقی - روغن و سلولوز - میباشد. منبع انبساط ترانسفورماتور و روشهای جلوگیری یا کاهش نفوذ رطوبت و اکسیژن به تانک اصلی روغن تانک ذخیره روغن یا منبع انبساط در بالاترین قسمت ترانسفورماتور نصب میشود. روغن در اثر تغییر دما انبساط و انقباض مییابد و در حین انبساط وارد منبع ذخیره روغن میشود. اندازه این تانک بستگی به توان ترانسفورماتور و تغییرات دمایی آن حین بهره-برداری دارد.
در ترانسفورماتورهای نیروگاهی که دارای تپ چنجر قابل تغییر زیر بار هستند، این منبع به دو بخش تقسیم میشود که بخش کوچکتر مربوط به تپ چنجر و بخش بزرگتر مربوط به تانک اصلی است. یکی از عواملی که عمر ترانسفورماتور را کاهش میدهد، ورود اکسیژن و رطوبت محیط به داخل منبع انبساط است که برای جلوگیری از ورود آن به داخل ترانسفورماتورهای غیر هرمتیک، در مسیر منبع انبساط، یک محفظه رطوبتگیر نصب گردیده است. در ادامه روشهایی جهت جلوگیری یا کاهش میزان نفوذ رطوبت و اکسیژن به تانک اصلی روغن ارائه میگردد.
ارتقاء کارایی سیلیکاژل و محفظه تنفسی
راهکارهای ارائه شده با دیدگاه ایمنی، بهداشت و محیطزیست جهت افزایش عمر ترانسفورماتورهای - شبکه توزیع - با ارتقاء کارایی محفظه رطوبتگیر ترانسفورماتور عبارتنداز :[10]
· استفاده از ترکیب سیلیکاژل بیرنگ و نارنجی بجای سیلیکاژل آبی11 که علاوهبر افزایش جذب رطوبت، بهلحاظ زیست محیطی 8تقریباً بهازای هر 7 درجه سانتیگراد افزایش دما، سرعت پیری عایق دو برابر میشود .[9] 9 Low Frequency Heating 10 آنچنان که گفته شد، قابلیت جذب آب توسط روغن با افزایش دما متناسب است و با انحلال پذیری آب در سلولوز رابطه عکس دارد 11 سیلیکاژل آبی علاوهبر جذب کمتر رطوبت، طبق بخشنامه EEC/548/67 اتحادیه اروپا، حاوی مواد سرطانزا است .[10]
