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變壓器檢驗重定義

TXplore™──ABB Ability™變壓器檢驗機器人

揮別傳統變壓器的人工檢驗法,派出有如小小偵查艇的ABB Ability™變壓器檢驗機器人,潛入高溫高壓的變壓器絕緣油中,拍攝高解析度的照片與影片,執行多角度勘驗任務。不僅讓檢驗報告「有圖有真相」,更重新定義了安全、快速、簡易、經濟、遠端專家支援的變壓器檢驗新法。

電網系統中的電力變壓器(power transformer),體積龐大,造價昂貴,更扮演著長程輸電過程裡極其關鍵且舉足輕重的角色。為了妥善發揮功能,電力變壓器的內部結構複雜不說,還需保持高可靠度,以耐受運轉時可能遭遇的嚴峻狀況,例如過電壓、短路電流、繞組高溫及汙染物等。同時,電力變壓器通常一啟用就得維持數十年的可靠運轉。然而隨著時間推移,設備或多或少都會出現小問題,這也正是所有業主最擔憂的心頭刺。因此,即便以往的變壓器檢驗方法耗時費工,又所費不貲,因應設備老化與故障的檢驗診查,還是一次也不敢少。

2018年德國漢諾威工業展上,正式登台亮相的TXplore™──ABB Ability™變壓器檢驗機器人,改寫了往常檢驗人員直接入內診查的做法,以安全、快速、簡易、經濟的數位新法,重新定義電力變壓器的檢驗。
  

揮別耗時、繁複、高風險的人工檢驗

一般來說,公用事業主平時以非侵入的方式進行電力變壓器健康狀態的常規監看;在遭逢雷擊等緊急狀況、故障診斷或排定檢修時,則通常會採用入內診查的人工檢驗。在流程上需先斷開變壓器,將循環於變壓器之中的絕緣油抽出並妥善存放,連接空氣系統,處理變壓器內部,再派遣專業技術人員入內檢驗。一一檢驗後,移除空氣系統,封閉變壓器並抽真空,回儲絕緣油,重新啟動變壓器並連回電力系統,這樣才算完成。平均而言,耗時三天。人員方面,除了專業檢驗團隊外,由於進入密閉狹窄且可能有危害物質殘留的變壓器內執勤,具有高度風險,現場還需要一組緊急醫護小組待命。另外還有機電工程團隊,因為人員在內部的移動,將對變壓器結構與零組件帶來損壞風險。重型機具包含抽油、儲油、抽真空等設備,也必須一應俱全。
  
耗時、流程繁複、高風險、人力與設備成本高的人工檢驗,讓累積有超過二十萬起專案實績的ABB技術團隊,積極思索揮別以往的嶄新作法。

悠遊絕緣油的小小偵查艇

TXplore™──ABB Ability™變壓器檢驗機器人,是ABB自2012年提出開發構想,歷時六年研究所提案的變壓器檢驗新法。在去年漢諾威展中,一個直徑約一公尺,灌滿黃色變壓器絕緣油的圓柱透明管,即使佔地面積不大,也沒有炫彩大螢幕或展板,卻不時吸引訪客駐留。那是TXplore™的全球正式亮相,低調寧靜卻鋒芒四射。

有如小小偵查艇,藉由無線遙控的TXplore™可悠然穿梭於高溫絕緣油,在變壓器內部潛進潛出。搭載特殊鏡頭與照明裝置的TXplore™,能完整紀錄關鍵部件的健康狀態,包含套管、分接頭切換器(tap changer)、鐵心上部與底座等,甚至許多過往人員無法直擊的部位。並可在移動中即時回傳高解析度靜態與動態影像資料給外部技術人員,供作檢驗診斷依據。相較於人工檢驗,TXplore™省卻絕緣油抽出、回存的耗時繁複步驟,檢驗時間從平均三天,顯著降低為幾小時。無需重型設備待命,無需醫護與工程團隊,只要兩位技術人員,一位負責機器人操控,一位設備工程師協助將機器人從變壓器頂部置入即可。大大精簡了人力與設備投入,更重新定義了電力變壓器的檢驗。

直擊痛點的原型開發之路

2012年末,一組整合科學家與工程師的跨領域技術團隊,為開發直擊用戶痛點的技術解方,浩然成立。當時,技研團隊針對現況提出三大研發構想:遠端操控;無人化的機器系統;在有危害風險且結構複雜脆弱的環境下,依然能可靠高效運行的裝置。隨著專案發展,研發細項進一步納入最大化影像資料與數據的採集,機器裝置在絕緣油中的水平與垂直巡遊能力,以及確保絕緣油的油況穩定一致。

三四年間,來回奔波於實驗室與測試單位的開發團隊,做了無數試驗。例如,在大於兩倍現場環境壓力,不同溫度下超過96小時的洩漏電流測試。又如,在七種不同油箱內進行的原型機巡遊能力與高畫質影像拍攝系統的可靠度測試。針對原型機在絕緣油內移動可能造成的汙染問題,也有嚴格把關。開發團隊以100加侖的純淨絕緣油,和取自現場的高汙染絕緣油進行實驗。先將原型機浸入高汙染絕緣油中六小時,之後取出,以ABB特有的處理程序進行清潔,再置入純淨絕緣油中,查驗是否有殘留汙染之虞。反覆驗證的結果顯示,原型機的硬體結構與塑料材質設計對絕緣油並無造成二次汙染的疑慮,再再堅定了團隊成員的開發信心。
2016年,原型機送往聖路易變壓器工廠,分別在剛製成的新變壓器上與已有變電站服役經驗的舊變壓器上進行測試,成效斐然。2017年3月,美國大型電力公司American Electric Power(AEP)在ABB客戶活動中,初見TXplore™原型機的展示即表達高度興趣。同年夏天,ABB開發團隊帶著檢驗機器人、控制系統、影像及數據紀錄設備來到AEP,為高齡50歲的電力變壓器進行檢驗。累積一次又一次的實戰經驗,開發團隊就TXplore™原型機在高溫絕緣油中運行的可靠度、耐受性及檢驗資料採集的性能展現等,逐一微調設計。2018年在漢諾威展上的正式發表,吸引全球眼球之餘也為ABB迎來訂單。這條直擊用戶痛點的開發之路,走來艱辛卻也是技術人的驕傲。

 

變壓器檢驗機器人「快問快答」

自漢諾威展初登場以來,各地對ABB Ability™變壓器檢驗機器人──TXplore™的詢問不斷,彙整常見問題如下。

問:以TXplore為變壓器做檢驗,可取得哪些資料或數據?

答:在TXplore™檢驗後,ABB將提供完整而詳盡的變壓器健檢報告,包含高解析度的照片、影片,以及過往人工檢驗無法取得的完整檢驗數據。透過TXplore™在變壓器內部巡遊的即時影像紀錄,不僅可在第一時間傳送給遠端的技術專家進行同步診斷,也能提供設備主「眼見為憑」的資料基礎,提高故障排除機率與問題診斷精準性。TXplore™所收集的數據也預計整合入ABB Ability™數位平台,讓變壓器健康狀態的掌握更加簡便即時,且有助於發展新數位解決方案。

問:TXplore可在各種絕緣油內巡查檢驗嗎?

答:依據反覆的測試驗證,無論是新的乾淨的絕緣油,或是服役多年變壓器內老的髒的絕緣油,搭載特殊鏡頭與LED照明裝置的TXplore™,皆可拍攝近距離清楚的影像資料。礦物質絕緣油、矽質絕緣油(silicone)或脂絕緣油(ester fluids)都沒問題。

  

問:當有檢驗需求提出時,ABB可帶著TXplore多快回應?

答:不像過往變壓器檢驗需要大費周章,ABB回應用戶檢驗需求的時間,取決於開車或飛行所需時間。由於TXplore™可收整為兩個小於20公斤的箱子,拎著就走,運輸簡便。

 

問:TXplore的體積有多大?可適用的最小變壓器尺寸?

答:所有人工檢驗可執行的變壓器都難不倒TXplore™,唯獨變壓器頂蓋無法開啟者,則不適用。由於TXplore™體積遠小於檢驗人員(18cm x 20cm x 24cm),可進入更為狹窄的空間診查。

 

問:未來TXplore是否有機會進入未斷電的變壓器內進行檢驗?

答:目前並無此研發考量。由於在變壓器未斷電時貿然派遣TXplore™進入檢驗,將對變壓器內部造成劇烈的電磁影響,因此考量安全與設備穩定,無此開發方向。