变压器上的维护检查窗口

众所周知，托马斯·阿尔瓦·爱迪生发明了灯泡；但是谁发明了变压器——这也许是有史以来最重要的电机 ZBD 型交流变压器是由以下三位匈牙利工程师于 1885 年在奥匈帝国的 Ganz Works 发明的：Karoly lipernowsky、0tt6 Blathy 和 Miksa Deri（ZBD 来自他们名字的首字母）。如今，变压器无处不在，为我们的家庭和企业提供各种电压。当变压器在商业或工业环境中发生故障时，该故障可能会中断您设施的大部分操作。

当我们帮助客户对其基础设施资产进行关键性评估时，额定功率为 500 KVA 及以上的主变压器在风险优先级数字表中的排名通常很高。由于更换成本高、交付周期长（通常为 12 周或更长时间）、输入/输出交换成本高且许多故障模式无法现场维修，变压器可能成为配电系统可靠性的薄弱环节。虽然为冗余设计的配电系统（例如，主-线-主配置，每个变压器的负载小于铭牌容量的 50%）可以减轻故障的影响，但这并不是仅有的考虑因素。大量的故障能量可用，使得一些故障模式对人员有潜在危险，并且许多变压器是充油的，因此需要额外考虑易燃性和环境影响。可以想出检测问题和预防故障的方法。一次变压器故障就能轻易导致修复和停机成本增加数万美元。

幸运的是，有多种基于状态的维护 (CBM) 技术可用于尝试捕捉变压器即将发生故障的早期预警信号。红外检测可检测因热循环导致的连接松动、弱压接和电缆爬电。接触式超声（结构超声波）可检测松散的绕组和其他机械问题。机载超声可检测电弧、跟踪和电晕，所有这些都在 20 kHz 以上的超声波频谱中发射高频信号。紫外 (UV) 热像仪可用于确认电晕事件的确切位置。目视检查可以检测空气中的污染物、进水和害虫入侵。许多电工都对被变压器终端室温暖干燥的内部所吸引的蛇、蜘蛛或啮齿动物感到“惊讶”。

在注油变压器上，定期油分析可检测纸张退化、油退化、泄漏和过度酸度（绝缘破坏）。油的溶解气体分析可进一步检测变压器室内的热故障和局部放电活动迹象。最后，瞬态接地电压 (TEV) 检测是另一种形式的局部放电事件，可以发现变压器绝缘组件内部的隐藏缺陷。

大多数 CBM 技术要求设备通电并在正常负载条件下运行，以提供有用的定量数据。当然，这产生了一些必须考虑的安全性考虑因素，尤其是在 NFPA 70E 2018 版中新指南的审查下。如果这些检查任务中的任何一项需要打开变压器的门或盖，则电弧闪光或触电的危险性会升高，增加相关人员的风险。除了具备资格外，工人还必须根据电弧闪光事故能量穿戴适当级别的个人防护装备 (PPE)。在变压器处，这种电弧闪光风险可能很大，并且是执行检查和数据收集任务的障碍。此外，NFPA 70E 中嵌入的控制层次结构概念要求，在可行的情况下，可以部署打开面板工作的其他替代方法，包括用非危险任务“替换”危险任务。

幸运的是，几乎所有这些检查类型都存在实用可行的解决方案，可以“替换”为使用安全设计方法和电气维护安全设备 (EMSD) 等更安全的数据收集方法。

维护检查解决方案与 FLIR 提供的解决方案一样，几乎可以安装在任何变压器上，并允许用户通过单个设备执行视觉、红外和紫外线检查。大尺寸 IRW-XPx 矩形窗口意味着一个单元可用于变压器上的 LV 连接，另一个用于 HV 连接。在操纵这些类型窗户的罩盖时，设备保持关闭和防护状态，并且技术人员不违反受限进场边界，因此，根据 NFPA 70E 表 130.5 (C)，他们不需要穿戴任何特殊 PPE，因为电弧闪光发生的可能性不会增加。

油取样端口也可带出变压器电缆室，一些供应商会提供改装套件，允许安全取样，并提供可选的外部压力表和氮气插块，以释放真空。当然，接触式超声和 PD (TEV) 检测是在封闭条件下对设备的外部表面进行的，因此此类检查通常不需要特殊的电气维护安全装置 (EMSD)。

不同检测技术的频率取决于相关资产的关键程度。按照跨职能团队故障模式和影响分析 (FMEA) 方法，每个设施应尝试根据重置成本、交付周期、平均维修成本、平均维修时间 (MTTR)、故障潜在安全影响、故障潜在环境影响和资产停机时间对资产进行分类。然后根据商定的点系统，将资产分类为对设施运营至关重要、对设施运营很重要或对设施影响有限的支持资产。

表 1 提供了基于变压器资产关键性的不同 CBM 技术检查频率的一般建议。必须随时间收集数据并分析其趋势。对于这些测量参数中的许多参数，可以在变压器投入使用后不久为“正常”操作设置基准。

必须随时间收集数据并分析其趋势。对于这些测量参数中的许多参数，可以在变压器投入使用后不久为“正常”操作设置基准。

资产健康评估只能通过定期收集数据和比较长期趋势来进行。同样，每种检查类型收集的关键参数如下：

红外线

• 启动连接处的温度
• 压接连接处的温度
• 螺栓连接处的温度
• 油箱温度扫描（用于指示可能问题的冷热点）
• 负载分接开关油箱与主油箱的温差

视觉

• 灰尘入侵、水入侵、害虫入侵
• 以前积水留下的水渍
• 耐腐蚀性
• 局部放电的视觉迹象（如果被其他 CBM 技术检测到）
• 风扇操作
• 漏油
• 脏污的套管

空气超声波

• 预定测试点的分贝值
• 波形分析（时域和频域分析），以确定 PD 的性质

结构超声

• 定义测试点的分贝值
• 故障类型确定波形分析

TEV（局部放电）

• 预定测试点的分贝值
• 相位分辨局部放电图（趋势比较分析）

油取样

• 油压（仪表读数）
• 油温（仪表读数）
• 油品质量（酸度、水分含量、介电特性） 溶解气体水平 (ppm)，包括大气气体、碳氧化物、碳氢化合物和氢

总而言之，使用 EMSD（如维护检查窗口）和变压器上的外部油样端口可以消除 CBM 数据收集任务的危险，并消除对通电开放式面板工作的需要。消除风险后，只需一名技术人员即可进行检查，无需繁琐的电弧闪光 PPE，这意味着也可以更高效地收集数据。在检查频率增加的情况下，可以更早地检测导致变压器意外故障的潜在问题，并启动预防性干预。这不仅确保符合 NFPA 70E 准则，而且对重要变压器资产进行监控和保护也具有经济意义。经验表明，仅靠熔断器保护变压器不足以防止短路发生火灾。关键是通过 CBM 技术检测预警信号，防止出现短路的可能原因。