Analiza grešaka i slučajevi otklanjanja nepravilnosti na distribucijskim transformatorima

Uzroci grešaka u distribucijskim transformatorima
Greške uzrokovane porastom temperature
Utjecaj na metalne materijale
Kada je transformator u radu, ako je struja prevelika, što dovodi do prekoračenja opterećenja korisnika nad namjenjenu snagu transformatora, temperatura transformatora će se povećati, što će na svoj red omekšati metalne materijale i značajno smanjiti njihovu mehaničku čvrstoću. Uzmimo za primjer bakar. Ako je dugo izložen visokoj temperaturi iznad 200 °C, njegova mehanička čvrstoća značajno oslabit će se; ako temperatura premaši 300 °C u kratkom vremenskom periodu, mehanička čvrstoća također brzo padat će. Za aluminijum, dugotrajna radna temperatura treba biti ispod 90 °C, a kratkotrajna radna temperatura ne smije premašiti 120 °C.
Utjecaj lošeg kontakta
Loš kontakt je važan uzrok mnogih grešaka u opremi za distribuciju, a temperatura električnog kontaktnog dijela ima veliki utjecaj na kvalitetu električnog kontakta. Kada je temperatura previsoka, površina vodilnog voda električnog kontakta nasilno oksidirat će se, a otpor kontakta značajno će se povećati, što će dovesti do porasta temperature vodilnog voda i njegovih komponenti, a u teškim slučajevima kontaktni dijelovi mogu biti zavarani zajedno.
Utjecaj na izolacijske materijale
Kada okružna temperatura premaši razuman raspon, organski izolacijski materijali postaju krhki, ubrzavajući proces starjenja, što dovodi do značajnog pada izolacijskih svojstava, a u teškim slučajevima može doći do dielektričkog propadanja. Istraživanja pokazuju da za materijale klase A, unutar temperature odgovarajuće trpezivosti, svaki porast temperature od 8 - 10 °C značajno smanji efektivni životni vijek materijala skoro na pola. Ova veza između temperature i životnog vijeka poznata je kao "termički starijeći učinak", koji je važan faktor koji utječe na pouzdanost izolacijskih materijala.
 Greške distribucijskih transformatora uzrokovane lošim kontaktom
Greške uzrokovane oksidacijom zaštiti prevlake
S ciljem poboljšanja kompleksnih performansi vodilnih komponenti, u inženjerskoj praksi često se koriste tehnologije modifikacije površine za tretiranje ključnih kontaktnih dijelova. Uzmimo za primjer vodilnu štapicu transformatora. Na njenoj radnoj površini obično se formira zaštitna sloj dragog metala (poput zlata, srebra ili baza na osnovu cinka) putem elektrolitnog galvaniziranja. Ovaj metalurgijski vezni sloj značajno poboljšava fizička i kemija svojstva kontaktnog sučelja.

Trebalo bi napomenuti da tokom mehaničkog rada u održavanju opreme ili pod dugotrajanom toplinskom opterećenjem, prevlaka se može djelomično odlupati ili osetiti oksidaciju i koroziju, što dovodi do problema poput anormalnog porasta otpora kontakta i smanjenja kapaciteta prijenosa struje. Eksperimentalni podaci pokazuju da kada gubitak debljine prevlake premaši 30%, stabilnost električne provodljivosti njenog sučelja pokazat će eksponencijalnu trendu padanja.
Kemijska korozija uzrokovana direktnim spojem bakra i aluminija
U električnom spojnom sustavu, direktni kontakt između različitih metala, bakra i aluminija, formirat će značajan razliku potencijala, a vrijednost tog potencijala može dosegnuti 0.6 - 0.7 V. Taj razliku potencijala pokrenut će ozbiljnu galvaničku koroziju. U inženjerskoj praksi, zbog neposlušnosti građevinskim specifikacijama ili nepravilne odabire materijala, često se javlja direktni spoj bakra i aluminija bez prijelaznog tretmana.

Nakon upotrebe ovog načina spajanja, na sučelju kontakta postepeno se formirati sloj oksidnih filmova, što rezultira nelinearnim porastom otpora kontakta. Pod nominativnom radnom temperaturom, efektivni životni vijek takvih spojeva obično ne premašit će 2000 sati, a konačno doći će do grešaka zbog pogoršanja površine kontakta.
Jako zagrijavanje na električnim kontaktima uzrokovano lošim kontaktom
Tokom stvarne instalacije distribucijskih transformatora, na niskonaponskoj strani obično se konfiguriraju kutije za mjerenje s funkcijom sprječavanja krađe. Zbog ograničenog internog prostora kutije za mjerenje i nestandardnih tehniki izgradnje, često se pojavljuju problemi poput zaklapanja vodova ili luka mehaničkog presjeka terminala. Ovi loši spojevi doveo će do anormalnog porasta otpora kontakta, što će uzrokovati pregrjevanje pod utjecajem strujnog opterećenja, a zatim doći do ablacije niskonaponskog vodilnog štapica.

Još ozbiljnije, kontinuirani porast temperature na kraju niskonaponskog vikla ubrzat će termički starijeći proces izolacijskog materijala, stvarajući skrivene opasnosti parcijalnog ispuštanja. U isto vrijeme, pregrjevanje uzrokovat će da se transformatorsko ulje podvrgne pirolitičkoj reakciji, smanjujući njegovu izolacijsku čvrstoću i hlađeće sposobnost. Eksperimentalni podaci pokazuju da kada temperatura ulja kontinuirano premaši 85 °C, njen prekidni napon smanjit će se oko 15% - 20% godišnje. Ovaj višestruki učinak deteriornacije vrlo je vjerojatno da uzrokoće akcidenti izolacijskog propadanja kada se suoči s prekomjernim napetostima od munjice ili prekidnog prekida, konačno dovođeći do propadanja transformatora.
Greške distribucijskih transformatora uzrokovane vlagošću
Porast relativne vlagošću okruženja ima dvostruki utjecaj na izolacijski sustav opreme za distribuciju. Prvo, dielektrička čvrstoća vlažnog zraka značajno pada, a njegov prekidni polje negativno korelirano je s vlagošću; drugo, adsorpcija molekula vode na površini izolacijskih materijala formirat će vodljive kanale, što rezultira smanjenjem površinskog otpora. Još ozbiljnije, kada se vlaga difundira unutar čvrstih izolacijskih medija ili rastvori u transformatorskom ulju, doći će do oštrog porasta dielektričkih gubitaka.

Kada se sadržaj vode u transformatorskom ulju dostigne oko 100 μL/L, njen prekidni napon na mrežnoj frekvenciji padnut će na oko 12.5% početne vrijednosti. Ovaj pogoršani izolacijski performansi značajno povećat će izbježnu struju opreme. U vlažnom okruženju, parcijalno ispuštanje se može dogoditi čak i pod nominativnom radnom napetosti. Statistički podaci pokazuju da u okruženju s relativnom vlagošću preko 85%, stopa grešaka distribucijskih transformatora povećat će se 3 - 5 puta u usporedbi s suhim okruženjem, uglavnom se manifestiraju kao izolacijsko propadanje i površinske iskre.

Greške distribucijskih transformatora uzrokovane nepravilnom instalacijom zaštita od munjice
U električnom sustavu, pouzdanost performansi uređaja za zaštitu od prekomjerne napetosti izravno utječe na sigurnost rada transformatora. Kao glavni zaštitni komponenti, kvaliteta instalacije, održavanja i preventivnih testova metal-oksidi zaštite (MOA) su ključni elementi za osiguranje njihove učinkovitosti. Međutim, zbog nepravilnih tehniki izgradnje, nedostatka implementacije postupaka detekcije i nedostatka profesionalne pismenosti održavatelja, stvarna zaštitna učinkovitost opreme često se značajno smanji, što je važan uzrok akcidenta izolacijskog propadanja distribucijskih transformatora.

Sa stanovišta operativne prakse, uređaji za zaštitu tijekom dugotrajne usluge bit će izloženi raznim okružnim stresovima. Faktori poput ciklusa temperature, mehaničkih vibracija i korozivnih medija mogu dovesti do degradacije performansi spojnice zemljišta. Kada sustav bude izložen udaru munje, neuspješna petlja zemljišta neće moći isprazniti energiju prekomjerne napetosti na vrijeme, što rezultira termičkim propadanjem samog zaštitnog uređaja. Prema statistici, među slučajevima grešaka zaštitnih uređaja, eksplozivni incidenti uzrokovani lošim zemljištem čine preko 60%, a proces slobode energije često je pratiti intenzivnim lukovitim ispuštanjem.
Nekoliko metoda dijagnostike grešaka distribucijskih transformatora
Dijagnostika grešaka putem intuitivnog sudovanja
Dijagnostika grešaka distribucijskih transformatora može se početno procijeniti putem vanjskih karakteristika. Sadržaj promatraja uključuje: integritet kućišta (pukotine, deformacije), mehanički status (lučne fiksne dijelove), zatvorenost (traga prolivanja), stanje površine (razina prljavištâ, pojave korozije) i anormalne znakove (promjena boje, tragovi ispuštanja, generiranje dima) itd. Ove vanjske karakteristike imaju specifične odgovarajuće odnose s unutrašnjim greškama.

Kada transformatorsko ulje pokazuje tamno smeđu boju i ima miris sagorele hrane, uz praćenje anormalnog porasta temperature i rad komponenti zaštitne opreme na visokonaponskoj strani, obično to ukazuje na anomalije u magnetnom sustavu, moguće je oštećenje izolacije između silikonskih čelika ili greške višetockog zemljišta magnetskog vodilja.

Ako radna struja neobično poraste, temperatura ulja značajno poraste, parametri tri faze budu asimetrični, uz praćenje radom zaštitne opreme na niskonaponskoj strani, dim u rezervoaru za ulje i fluktuacije sekundarne napetosti, može se zaključiti da je to greška kratkog spoja između zavojnica uzrokovana propadanjem izolacije između vodilnih vodova. Kada se električki parametri određene faze potpuno nestanu (napetost i struja su 0), ta karakteristika obično odgovara grešci otvorenog spoja zavojnice ili spojnog vodilnog voda.

Fenomen isprskavanja ulja iz rezervoara za ulje jest važan znak ozbiljnih unutrašnjih grešaka transformatora. Kada brzina generiranja gasa od greške premaši obradnu sposobnost uređaja za olakšanje pritiska, unutar rezervoara za ulje formirat će se pozitivni pritisak. Inicialno, to se manifestira kao prolivanje na slabinama zatvorenosti. Dok pritisak nastavlja rasti, konačno može doći do isprskavanja ulja na spojnoj površini tijela rezervoara. Ova vrsta grešaka uglavnom je uzrokovana međufaznim izolacijskim propadanjem zavojnice, obično uz praćenje spajanja visokonaponskih komponenti zaštitne opreme. Prema statistici radnje gasnog releja, oko 75% ozbiljnih grešaka proći će kroz ovaj razvojni proces.
Dijagnostika grešaka putem promjena temperature
Tijekom rada distribucijskih transformatora, nosači struje neizbježno generirat će gubitke topline zbog Jouleovog učinka, što je normalan fizički fenomen. Međutim, kada oprema ima električne anomalije (poput degradacije izolacije, lošeg kontakta) ili mehaničke defekte (poput deformacije zavojnice, propadanja hlađećeg sustava), njen termodinamički ravnotežni stanje bit će narušen, što se manifestira premašenjem radne temperature nad projektiranim dopuštenim vrednostima. Prema teoriji termičkog starenja, za svaki porast temperature od 6 - 8 °C, stopa starenja izolacijskih materijala duplo se povećava, što značajno utječe na životni vijek opreme.

Za anormalne poraske temperature uzrokovane unutrašnjim greškama, obično postoje očiti problemi u sustavu ulja. Kada temperatura točke toplote doseže kritičnu vrijednost, transformatorsko ulje podvrgnut će se pirolitičkoj reakciji, generirajući veliku količinu gasa, što dovodi do radnje uređaja za olakšanje pritiska, rezultirajući prolivanjem ili isprskavanjem ulja. U inženjerskoj praksi, jednostavan metod može se koristiti za početnu procjenu temperature opreme: ako se površina kućišta transformatora može dodirnuti rukom duže od 10 sekundi, njegova površinska temperatura obično ne premašit će 60 °C. Ova empirijska vrijednost može se koristiti kao referentna točka za brzu procjenu na mjestu.
Dijagnostika grešaka putem promjena mirisa
Tijekom otvaranja poklopca rezervoara za ulje, može se osjetiti poseban oštar miris sagorele hrane. To ukazuje na to da se zavojnica unutar transformatora sagorila, često uz praćenje spajanja dvofaznih ili trofaznih predhiđenih štipaca.

Dijagnostika grešaka putem promjena zvuka
Tijekom rada transformatora, magnetostrukturni učinak generiran od magnetizacije željeznog jezgra pokrenut će periodičke mehaničke vibracije. Te vibracije i njihove prateće akustičke karakteristike služe kao važni indikatori normalnog rada opreme. Tehnologija akustičke dijagnostike omogućuje učinkovito praćenje stanja rada transformatora. Konkretno, frekvencijske karakteristike zvučnog signala, promjene u nivou zvučnog pritiska i karakteristike spektra vibracija mogu otkriti potencijalne greške opreme.

Koristeći akustičku metodu detekcije, može se koristiti vodilni štap (poput izolacijskog štapa) kao medij za prenos zvučnih valova. Jedan kraj štapa dodiruje se s vanjskom ljuskom opreme, a drugi se približi auditivnom organu za slušanje. Kada se otkriju anormalni zvučni signali, trebaju se odmah poduzeti preventivne održavateljske mjere kako bi se spriječilo eskaliranje grešaka. Sljedeće su odgovarajuće tipične akustičke karakteristike i vrste grešaka:

• Intermitentni "klik" zvukovi: Obično to ukazuje na to da su lamelarni slojevi željeznog jezgra lučni ili da fiksni dijelovi nemaju dovoljnu torziju. Nivo zvučnog pritiska obično se nalazi u rasponu od 60 do 70 decibela.
  Visokofrekventni zvukovi ispuštanja: Prateći fenomene parcijalnog ispuštanja, zvučni signali pokazuju karakteristiku "pukotina". U teškim slučajevima, nivo zvučnog pritiska može premašiti 85 decibela, a često se vide tragovi ispuštanja.

• Nagli eksplozivni zvukovi: Ti se uglavnom javljaju kada je oštećena izolacija vodilnih voda ili došlo je do ispuštanja na zemljište. Nagla promjena nivoa zvučnog pritiska premašit će 20 decibela.

• Niskofrekventni grmljavinski zvukovi: Često su povezani s greškama zemljišta na niskonaponskoj strani, frekvencija zvučnih signala se koncentriraju u rasponu od 100 do 400 herca.

• Ostri sisavci: To ukazuje na to da je oprema u stanju preopterećenja, a glavna frekvencija zvučnih signala obično se nalazi između 1 i 2 kiloherca.

• Bubljanje: Prateći anormalne poraske temperature ulja, zvučni signali pokazuju kontinuiran "čučur" karakter, obično ukazuje na pogoršanje izolacijskih svojstava ulja.

Dijagnostika grešaka pomoću instrumenata
Zbog ograničenja tehnologije opreme, električne stanice uglavnom koriste multimeter za mjerenje provodljivosti otpora zavojnice kako bi se utvrdilo jesu li unutar transformatora prekinute vodove ili kratak spoj između zavojnica; tester izolacijskog otpora koristi se za mjerenje izolacijskog otpora svake zavojnice transformatora prema zemlji, kako bi se utvrdilo jesu li glavne izolacije prekidane. Kada između zavojnice i zemljišta ili između faza dođe do prekida izolacije, njen izolacijski otpor će se približiti 0 Ω.

Pri testiranju izolacijskih svojstava zavojnice, trebaju se mjeriti izolacijski parametri sljedećih trija kruga: izolacijski otpor između primarne zavojnice, sekundarne zavojnice i kućišta; izolacijski otpor između sekundarne zavojnice, primarne zavojnice i kućišta; te izolacijski otpor između primarne zavojnice i sekundarne zavojnice. Treba napomenuti da je referentna točka zemljišta u testu metalna struktura kućišta transformatora. Referentne vrijednosti izolacijskog otpora za transformatore punjeni uljem prikazane su u tablici 1.

Tehnologije dijagnostike grešaka distribucijskih transformatora
Tehnologije dijagnostike grešaka distribucijskih transformatora su ključni sredstva za osiguranje sigurnog rada opreme. Kroz napredne tehnologije dijagnostike, potencijalne greške mogu se pravočasno otkriti, a efikasne mjere mogu se poduzeti kako bi se spriječilo širenje grešaka. U nastavku se opisuju nekoliko često korištenih tehnologija dijagnostike grešaka distribucijskih transformatora.
Test direktnog strujnog otpora zavojnice
Test direktnog strujnog otpora zavojnice je jedan od osnovnih metoda za otkrivanje zdravstvenog stanja zavojnica transformatora. Mjeriteljem direktnog strujnog otpora zavojnice može se utvrditi jesu li prisutni problemi poput prekinutih vodova, lošeg kontakta ili kratkog spoja između zavojnica. Na primjer, tijekom redovnog pregleda transformatora u određenoj regiji, otkriven je anormalni direktni strujni otpor visokonaponske zavojnice. Daljnji pregled je otkrio kratak spoj između zavojnica. Vremenska zamjena zavojnice spriječila je pojavu još ozbiljnije greške. Test direktnog strujnog otpora zavojnice ima prednosti jednostavnog rada i intuitivnih rezultata, te je nezamenjivi metod u svakodnevnom održavanju transformatora.
Rastvaranje plinova (DGA)
Analiza rastvorenih plinova (DGA) je važno tehničko sredstvo za dijagnosticiranje unutrašnjih grešaka transformatora. Analizom sastava i sadržaja plinova rastvorenih u transformatorskom ulju, može se utvrditi jesu li prisutne greške poput pregrejanja i ispuštanja unutar transformatora. Koristeći IEC60599 tri omjera metodu, greške tipa ispuštanja mogu se precizno identificirati. Na primjer, visoke koncentracije etilena (C2H2) i vodika (H2) bile su otkrivene u ulju određenog transformatora. Analiza tri omjera metodom utvrdila je da se radi o grešci tipa ispuštanja. Vremensko održavanje spriječilo je oštećenje opreme. DGA ima prednosti visoke osjetljivosti i precizne dijagnostike, te je važno sredstvo za praćenje stanja transformatora.
Detekcija parcijalnog ispuštanja
Detekcija parcijalnog ispuštanja je važan metod za procjenu stanja izolacije transformatora. Parcijalno ispuštanje obično se javlja u slabinama izolacije, a dugotrajno ispuštanje dovest će do postepenog oštećenja materijala izolacije, konačno uzrokujući ozbiljne greške. Kroz detekciju parcijalnog ispuštanja, mogu se pravočasno otkriti defekti izolacije, a može se poduz