طول عمر ترانسفورماتور ما چقدر است؟
طول عمر ترانسفورماتور ما چقدر است؟ اپراتورهای شبکه در سراسر جهان که ناوگان ترانسفورماتورهای آنها پیرتر می‌شود، هر روز بیشتر و بیشتر با این سوال مواجه می‌شوند. پیشتر، تصمیم بر تعویض یک ترانسفورماتور عمدتا بر اساس سن و فارغ از وضعیت و شرایط واقعی انجام می‌شد. با روش جدید، همه‌ی اینها تغییر خواهد کرد.
جان پاتریک لینوسیر Jan Patrick Linossier و رولف فانک Rolf Funk بارها ذهن‌هایشان را برای کار بر روی آنچه با عنوان “منحنی وان حمام” (bathtub curve) شناخته می‌شود، به چالش کشیدند. هر دوی آنها در شرکت Rheinische Netz Gesellschaft که اپراتور شبکه‌ی برق شهر رینلند آلمان است، مسئول مدیریت استراتژیک تجهیزات هستند. در نتیجه وظیفه‌ی ارزیابی وضعیت و عوامل ریسک تجهیزات مورد استفاده بر عهده‌ی آنها است. این تجهیزات شامل حدود ۱۰۰ ترانسفورماتور قدرت می‌شود که اپراتور سیستم توزیع در کلن، آنها را برای یک شبکه برق که تقریبا ۲۰ هزار کیلومتر را پوشش می‌دهد، مدیریت می‌کند.
«ما باید وضعیت دقیق ترانسفورماتورهایمان را بدانیم. این که آیا آنها همچنان قابل استفاده هستند یا باید روی ترانسفورماتورهای جدید سرمایه‌گذاری کنیم، سوالی است که ما به طور پیوسته با آن مواجه هستیم. مشکل این است که هیچکس در صنعت نمی‌داند یک ترانسفورماتور در نهایت چقدر دوام می‌آورد.» اینها را لینوسیر شرح می‌دهد. او مدیریت استراتژیک تجهیزات در RNG را بر عهده دارد.
رابطه خطا با طول عمر ترانسفورماتور
منحنی وان حمام، مدلی برای توضیح چگونگی در معرض خطا بودن تجهیزات در طول دوران بهره‌برداری است. بلافاصله پس از راه‌اندازی، نرخ خطا بسیار زیاد است. پس از آنکه مشکلات اولیه رفع شدند، نرخ خطا به شدت کاهش می‌یابد و در یک میزان پایین و پایدار قرار می‌گیرد. برای مدت طولانی این موضوع تغییری نمی‌کند. اما با پیرتر شدن سیستم، مشکلات از یک نقطه مشخص شروع به انباشته شدن روی هم می‌کنند. اگر این روند را به شکل یک نمودار با زمان در محور X و نرخ خطا در محور Y رسم کنید، منحنی شبیه به سطح مقطع وان حمام به نظر خواهد رسید.
اما چیزی که لینوسیر و فانک بر روی آن تمرکز می‌کردند این است: ترانسفورماتورهای آنها هم اکنون در چه نقطه‌ای از منحنی وان حمام قرار دارند؟ چه زمانی نرخ خطا مجدداً شروع به افزایش خواهد کرد؟ «این زمانی است که ما باید یک جابجایی را تدارک ببینیم.» این را آقای فانک می‌گوید که در مدیریت استراتژیک تجهیزات در خصوص ترانسفورماتورهای قدرت تخصص دارد.
از آنجا که متوسط سن ترانسفورماتورها در RNG حدود 45.7 سال است، این سوال به طور فزاینده‌ای مهم‌تر به نظر می‌رسد. بیشتر این ترانسفورماتورها در دهه‌های 1950 و 1960 راه‌اندازی شده‌اند. تصمیم به جایگزین کردن این ترانسفورماتورها نه تنها عواقب فنی در پی دارد، بلکه همچنین ملاحظات مالی را نیز می‌طلبد چرا که یک ترانسفورماتور قدرت جدید در این مقیاس حدود نیم میلیون یورو هزینه به بار می‌آورد. آقای لینوسیر می‌گوید: «در سال‌های گذشته ما به سادگی پس از گذشت مدت زمان مشخصی، یک ترانس را با ترانس‌های جدید تعویض می‌کردیم، اما امروزه فشار هزینه‌ها بسیار بیشتر است. به همین دلیل می‌خواهیم تا آن زمان که ممکن باشد نهایت استفاده را از تجهیزات ببریم.»
از گذشته تا آینده
RNG تنها اپراتوری نیست که ترانسفورماتورهایش در حال فرسودگی هستند. در دو دهه‌ی بعد از جنگ جهانی دوم، تقاضا برای برق، بیشتر و البته به سرعت افزایش یافت. نیروگاه‌های بیشتری ایجاد شدند، کابل کشی انجام شد و چندین پست اصلی نیز نصب شدند. مسیرهای وسیع شبکه‌ی برق امروزی آلمان نیز همچنان بر طرح‌های اجرا شده در آن دوران بنا شده است. این پدیده تنها محدود به آلمان نیست، بلکه در تمام کشورهای صنعتی مدرن مشاهده می‌شود. باید در نظر داشت که پیش‌بینی بار شبکه در آن زمان بسیار متفاوت و سخت بوده است.
آقای لینوسیر تاکید می‌کند: «با مصرف روزافزون انرژی‌های تجدید پذیر، ساختارهای شبکه باید کاملاً از نو طراحی شوند. از این رو بسیار مهم است که ما وضعیت دقیق ناوگان خود را بدانیم.» از یک طرف به دلیل تغییر استفاده از ترانسفورماتورها در طول زمان و از طرف دیگر به دلیل ارتقای شبکه، بعضی از تجهیزات ممکن است در آینده ناکارآمد و اضافی شوند. آقای فانک اضافه می‌کند: «اگر خیلی زود ترانسفورماتورها را تعویض کنیم، ممکن است بعدا مشخص شود که سرمایه‌گذاری بدی بوده است.» در حال حاضر هیچ روشی برای ارزیابی وضعیت دقیق ناوگان ترانسفورماتورها وجود ندارد.
جان پاتریک لینوسیر، سرپرست مدیریت ناوگان در RNG و الکسی بابیزکی مدیر پورتفولیو در شرکت MR
فرصت همکاری در یک تراموا
با این حال، به لطف فرصتی که داخل یک تراموا در لیون پیش آمد، همه‌ی اینها قرار است تغییر کند. الکس بابیزکی (Alexie Babizki) مدیر پورتفولیو در MR و مارکوس درالک (Markus Zdrallek) استاد دانشگاه واپورتال که هر دو به تازگی در یک کنگره شرکت کرده بودند، این فرصت را به دست آوردند تا در حال عزیمت به فرودگاه مکالمه‌ای با یکدیگر داشته باشند. درالک استاد تمام در تکنولوژی تامین انرژی الکتریکی است و چند سال بود که روی ارزیابی وضعیت تجهیزات در شبکه‌های الکتریکی کار می‌کرد.
آقای درالک می‌گوید «ما می‌خواهیم یک مبنای علمی برای استراتژی نوسازی شبکه به اپراتورهای شبکه پیشنهاد بدهیم. اما در تحقیقات من ترانسفورماتورهای قدرت هنوز بررسی نشده‌اند.» این موضوع بلافاصله توجه آقای بابیزکی را برانگیخت، چراکه او به دنبال سیستمی بود تا وضعیت ترانسفورماتورهای قدرت را ارزیابی کند. او همچنین می‌دانست که این موضوع کمک می‌کند تا شرکت MR بتواند یک خدمت مهم را برای مشتریانش فراهم کند.
بابیزکی توضیح می‌دهد: «یافتن یک پاسخ عمومی برای این سوال که یک ترانسفورماتور چقدر دوام می‌آورد غیر ممکن است. ترانسفورماتورهایی هستند که در محیط‌های صنعتی استفاده می‌شوند و پس از ۱۵ سال باید تعویض شوند. ترانسفورماتورهایی هم هستند که فقط با ۳۰ درصد بار کار می‌کنند و هم اکنون بیش از ۵۰ سال است که در حال استفاده‌اند. در نتیجه سن ترانسفورماتور به تنهایی لزوما چیزی را در مورد وضعیت آن نشان نمی‌دهد.»
آغاز همکاری
او و آقای درالک به سرعت توافق کردند که این می‌تواند یک موضوع ایده‌آل برای همکاری باشد. آقای درالک یادآور می‌شود: «ما به درک عمیقی از ترانسفورماتور نیاز داشتیم که فراهم نبود، اما تخصص ویژه‌ای در بهبود ارزیابی وضعیت داریم.» درالک امیدوار بود این پروژه، ابعاد بیشتری از چگونگی فرسوده شدن ترانسفورماتور در گذر زمان را روشن کند، چراکه او نیز به منحنی وان حمام علاقه‌مند بود. او اضافه می‌کند: «این منحنی معمولاً به صورت نظری توضیح داده می‌شود و برای بعضی از عناصر الکترونیکی نیز اثبات شده است. اما من درباره اینکه آیا این منحنی در تجهیزات شبکه‌ی الکتریکی و به‌ویژه برای ترانسفورماتورها هم کاربرد دارد یا نه، شک داشتم. چرا که تا به حال کسی نتوانسته بود آن را به اثبات برساند.». و به همین دلیل این همکاری شروع شد. آنها در مجموعه‌ای از ملاقات‌ها و کارگاه‌ها با هم برای توسعه‌ی یک سیستم ارزیابی کار کردند.
تمرکز روی رابطه طول عمر ترانسفورماتور و ریسک حادثه
با این حال، آنچه کمبودش همچنان احساس می‌شد، ترانسفورماتورهایی بودند که آنها بتوانند سیستم ارزیابی خودشان را تست کنند. آقای درالک سریعا به فکر RNG افتاد که پروژه‌های بسیاری را با آنها تکمیل کرده بود. لینوسیر و فانک به زمان زیادی برای فکر کردن نیاز نداشتند. آقای لینوسیر می‌گوید: «این راهکار برای ما بسیار امیدوار کننده به نظر رسید، در نتیجه ما خیلی سریع با همکاری در یک مطالعه‌ی آزمایشی موافقت کردیم.» چیزی که این راهکار را منحصر به فرد کرده بود این بود که سیستم از دو جنبه به ترانسفورماتور می‌پردازد. از یک سو نگاه دراز مدت است که بر طول عمر تمرکز می‌کند و به همین دلیل از جهت تصمیمات سرمایه‌گذاری مهم است. و از سوی دیگر نگاه کوتاه مدت که ریسک حادثه را هدف می‌دهد و بر روی تصمیمات تعمیراتی تاثیرگذار است.
همه‌ی اجزای اصلی ترانسفورماتور به دقت تست می‌شوند، از تپ چنجرهای تحت بار و موتور درایو تا فن‌های خنک کننده. در نهایت ۲۰۰ پارامتر نتایج ارزیابی را مشخص می‌کنند. این 200 پارامتر شامل اطلاعات تاریخچه‌ی تعمیر و نگهداری و نتایج اندازه‌گیری‌های در محل سایت را نیز شامل می‌شود. این اطلاعات توسط یک الگوریتم ویژه آنالیز می‌شوند. آقای درالک توضیح می‌دهد: «شاخص‌های بسیاری وجود دارند که ما می‌توانیم با استفاده از آنها از وضعیت ترانسفورماتور مطمئن شویم.
به طور مثال اگر اندازه‌گیری‌های حرارتی (Thermographic) نشان دهند که ناحیه خاصی از ترانسفورماتور داغ است، مکان‌یابی خطا امکان‌پذیر می‌شود. سپس روش‌های اندازه‌گیری دقیقتری مورد نیاز خواهند بود». عنصر حیاتی دیگر برای ارزیابی، آنالیز روغن است که می‌توان آن را توسط MR و در آزمایشگاه Messko انجام داد. آن طور که آقای بابیزکی می‌گوید: «این آزمون تا حدی شبیه به انجام آزمایش خون است که در آن افزایش تعداد گلبول‌های سفید مثلا ممکن است نشان دهنده‌ی یک عفونت باشد. در روغن ترانسفورماتور نیز مقدار استیلن بالا، حاکی از وقوع قوس الکتریکی است و می‌تواند نشانه‌ای از وضعیت بد ترانسفورماتور باشد.»
ابزاری برای ارزیابی هدفمند ناوگان
RNG تعداد 9 ترانسفورماتور را برای مطالعه‌ی آزمایشی فراهم کرد. آقای لینوسیر می‌گوید« ترانسفورماتورهایی که ما انتخاب کردیم نمونه‌ای از ناوگان ما بودند». پس از تست‌های گسترده و تحلیل‌های متعاقب آن، نتایج به این صورت بود: همه‌ی ترانسفورماتورها در وضعیت خوبی قرار داشتند. برای بعضی از آنها، ریسک حادثه می‌توانست حتی با اندازه‌گیری‌های ساده کاهش یابد و به این ترتیب عمر سرویس‌دهی آنها بیشتر شود. بابیزکی می‌گوید: «این مزیت روشی است که ما توسعه داده‌ایم. ما نه تنها به مشتریانمان ارزیابی وضعیت را ارائه می‌کنیم بلکه انجام اقدامات اصلاحی را نیز به آنها پیشنهاد می‌کنیم.»
این تیم همچنین موارد ویژه را نیز در نظر گرفتند. مثلا در یکی از ترانسفورماتورها مقدار زیاد استیلن نشان می‌داد که مشکلی در کار است. آقای لینوسیر این‌طور تاکید می‌کند: «MR مشخص کرد که این مقدار می‌تواند با توجه به مدل متفاوت باشد.» به این ترتیب تجاوز آن از مقادیر مشخص شده در ترانسفورماتور بی‌اهمیت بوده و بنابراین تعویض ترانسفورماتور بیهوده است. بابیزکی اضافه می‌کند: «ما الگوریتمی طراحی کردیم که نوع تپ چنجر مورد استفاده را نیز در نظر بگیرد.»
آقای درالک نیز از این متد جدید راضی است. «این از نقطه نظر علمی برای من جذاب است. اگر تعداد زیادی از اپراتورهای شبکه شروع به کار با آن کنند، در آن صورت ممکن است روزی بتوانیم از انبوه داده‌های جمع آوری شده استفاده کنیم تا بفهمیم آیا منحنی وان حمام واقعی است یا نه؟»
در هر صورت RNG تصمیم گرفت تا از این روش برای ارزیابی بخش عمده‌ی ناوگان ترانسفورماتورهایش استفاده کند. آقای لینوسیر تاکید می‌کند: «ما هم‌اکنون ابزاری برای ارزیابی هدفمند وضعیت ناوگانمان داریم. این یک پیشرفت بسیار مهم در تصمیم‌گیری‌های استراتژیک ما است.»
نظرات کاربران