Foutanalyse en probleemoplossingsgevallen van distributietransformatoren

Oorzaken van storingen in distributietransformatoren
Storingen veroorzaakt door temperatuurstijging
Invloed op metalen materialen
Wanneer een transformator in bedrijf is, en de stroom te groot is, waardoor de klantbelasting de nominale capaciteit van de transformator overschrijdt, zal de temperatuur van de transformator stijgen, waardoor de metalen materialen zacht worden en hun mechanische sterkte aanzienlijk afneemt. Neem koper als voorbeeld. Als het langdurig blootgesteld wordt aan een hoge temperatuur boven de 200 °C, zal zijn mechanische sterkte aanzienlijk verzwakken; als de temperatuur kortstondig boven de 300 °C komt, zal de mechanische sterkte ook snel dalen. Voor aluminiummaterialen moet de langdurige werkingstemperatuur onder de 90 °C gehouden worden, en de korte termijn werkingstemperatuur mag de 120 °C niet overschrijden.
Invloed van slechte contacten
Slechte contacten zijn een belangrijke oorzaak van veel storingen in distributieapparatuur, en de temperatuur van de elektrische contactdelen heeft een grote invloed op de kwaliteit van de elektrische contacten. Wanneer de temperatuur te hoog is, zal het oppervlak van de elektrische contactgeleider hevig oxidiseren, en de contactweerstand aanzienlijk toenemen, wat leidt tot een temperatuurstijging van de geleider en zijn componenten, en in ernstige gevallen kunnen de contacten aan elkaar gesmeed raken.
Invloed op isolatiematerialen
Wanneer de omgevingstemperatuur de redelijke grens overschrijdt, zullen organische isolatiematerialen brosheid ontwikkelen, wat hun verouderingsproces versnelt, wat leidt tot een aanzienlijke daling van de isolatie-eigenschappen, en in ernstige gevallen kan dielectric breakdown optreden. Studies hebben aangetoond dat voor klasse A-isolatiematerialen, binnen hun temperatuurbereik, elke 8-10 °C temperatuurstijging de effectieve levensduur van het materiaal bijna halveert. Dit verband tussen temperatuur en levensduur staat bekend als de "thermische verouderingseffect", wat een belangrijke factor is die de betrouwbaarheid van isolatiematerialen beïnvloedt.
 Storingen in distributietransformatoren veroorzaakt door slechte contacten
Storingen veroorzaakt door oxidatie van beschermende coatings
Om de algehele prestaties van geleidende componenten te verbeteren, worden in de praktijk vaak oppervlaktebehandelingstechnieken gebruikt om belangrijke contactdelen te behandelen. Neem de geleidende staaf van een transformator als voorbeeld. Een edelmetalen beschermingslaag (zoals goud, zilver of tin-gebaseerde legers) wordt meestal op zijn werkoppervlak aangebracht door middel van elektrolytisch plateren. Deze metallurgische binding laag kan de fysische en chemische eigenschappen van het contactoppervlak aanzienlijk verbeteren.

Het moet worden opgemerkt dat tijdens de mechanische bedrijfsvoering in apparatuurreparaties of onder lange-termijn thermische belasting, de coating kan afbladderen of lijden aan oxidatie en corrosie, waardoor problemen zoals een abnormale toename van de contactweerstand en een afname van de stroomdraagcapaciteit ontstaan. Experimentele gegevens tonen aan dat wanneer de dikteverlies van de coating 30% overschrijdt, de elektrische geleidingsstabiliteit van het interface een exponentiële afname zal vertonen.
Chemische corrosie veroorzaakt door directe verbinding van koper en aluminium
In een elektrische verbindingssysteem zal de directe verbinding tussen koper en aluminium verschillende metalen een aanzienlijk potentiaalverschil vormen, waarvan de potentiewaarde 0,6-0,7 V kan bereiken. Dit potentiaalverschil zal ernstige galvanische corrosie veroorzaken. In de praktijk treedt, door niet-nagekomen bouwspecificaties of onjuiste materiaalkeuze, vaak de directe verbinding van koper en aluminium geleiders zonder overgangsbehandeling op.

Na deze aansluitmethode te hebben ingeschakeld, zal er geleidelijk een oxidefilm laag op het contactoppervlak vormen, wat resulteert in een niet-lineaire toename van de contactweerstand. Onder de nominaal werkingstemperatuur is de effectieve levensduur van dergelijke aansluitingen meestal niet meer dan 2000 uur, en uiteindelijk zullen storingen optreden vanwege de vermindering van de contactoppervlakken.
Ervaren verhitting op elektrische contacten veroorzaakt door slechte contacten
Tijdens de feitelijke installatie van distributietransformatoren, worden er meestal antidiefstalmeetkasten geconfigureerd aan de lage-spanningszijde. Vanwege de beperkte interne ruimte van de meetkast en niet-standaard constructietechnieken, komen er vaak problemen voor zoals slordige draadverbindingen of losse mechanische knelling van terminalblokken. Deze slechte verbindingen zullen leiden tot een abnormale toename van de contactweerstand, wat oververhitting veroorzaakt onder de werking van de belastingsstroom, en vervolgens de ablatie storing van de lage-spanningsgeleider uitlokt.

Erger nog, de voortdurende temperatuurstijging aan het einde van de lage-spanningswikkeling zal het thermische verouderingsproces van het isolatiemateriaal versnellen, waardoor verborgen gevaren van partiële ontlading ontstaan. Tegelijkertijd zal oververhitting ook de transformatolie doen reageren met pyrolyse, wat de isolatiesterkte en koelprestaties vermindert. Experimentele gegevens tonen aan dat wanneer de oljetemperatuur continu boven de 85 °C blijft, de doorslagspanning jaarlijks ongeveer 15%-20% afneemt. Dit meervoudige verergeringseffect kan zeer waarschijnlijk inslagovervoltage of schakelovervoltage veroorzaken, wat uiteindelijk leidt tot isolatie-doorbraakongevallen en de uiteindelijke storing van de transformator.
Storingen in distributietransformatoren veroorzaakt door vochtigheid
De toename van de relatieve luchtvochtigheid in de omgeving heeft een dubbele impact op het isolatiesysteem van distributieapparatuur. Ten eerste neemt de dielectric sterke van vochtige lucht aanzienlijk af, en de doorslagsterkte is negatief gerelateerd aan de vochtigheid; ten tweede zal de adsorptie van watermoleculen op het oppervlak van isolatiematerialen geleidende kanalen vormen, wat leidt tot een afname van de oppervlaksresistiviteit. Erger nog, wanneer vocht zich verspreidt in de binnenkant van vaste isolatiemedia of oplost in transformatolie, zal dit leiden tot een scherpe toename van de dielectric loss.

Wanneer de waterinhoud in transformatolie ongeveer 100 μL/L bereikt, zal de netfrequentie doorslagspanning dalen tot ongeveer 12,5% van de initiële waarde. Deze vermindering van de isolatieprestaties zal de lekstroom van het apparaat aanzienlijk verhogen. In een vochtige omgeving kan zelfs onder de nominale werkingsspanning partiële ontlading optreden. Statistische gegevens tonen aan dat in een omgeving met een relatieve luchtvochtigheid boven de 85%, de storingen van distributietransformatoren 3-5 keer hoger zijn dan in een droge omgeving, voornamelijk uitgedrukt als isolatie-doorbraak en oppervlak flitsongevallen.

Storingen in distributietransformatoren veroorzaakt door onjuiste installatie van bliksemafleiders
In het elektriciteitsnetwerk beïnvloedt de betrouwbaarheid van overvoltage-beschermingsapparatuur direct de veiligheid van de werking van transformatoren. Als de belangrijkste beschermingscomponenten, zijn de installatiekwaliteit, exploitatie en onderhoud, en preventieve tests van metaloxide bliksemafleiders (MOA) de cruciale schakels om hun effectiviteit te garanderen. Echter, vanwege niet-standaard constructietechnieken, onvoldoende implementatie van detectieprocedures, en het gebrek aan professioneel inzicht van operationele en onderhoudspersoneel, is het daadwerkelijke beschermende effect van de beschermingsapparatuur vaak sterk verminderd, wat een belangrijke oorzaak is van isolatie-doorbraakongevallen van distributietransformatoren.

Vanuit het perspectief van de operatiepraktijk, zullen beschermingsapparaten gedurende de lange diensttijd worden beïnvloed door diverse omgevingsstressoren. Factoren zoals temperatuurcycli, mechanische trillingen, en corrosieve media kunnen leiden tot de degradatie van de verbindingprestaties van het aardingsysteem. Wanneer het systeem getroffen wordt door bliksem, zal de gefaalde aardinglus de overvoltage-energie niet op tijd kunnen afvoeren, wat leidt tot thermische doorslag van het beschermingsapparaat zelf. Volgens statistieken, maken explosie-ongevallen veroorzaakt door slechte aarding meer dan 60% uit van de foutgevallen van beschermingsapparaten, en het energievrijgaveproces gaat vaak gepaard met hevige boogontlading.
Verschillende methoden voor storingdiagnose van distributietransformatoren
Storingdiagnose via intuïtieve beoordeling
De storingdiagnose van distributietransformatoren kan aanvankelijk worden beoordeeld via externe kenmerken. De observatie-inhoud omvat: de integriteit van de behuizing (barsten, vervormingen), mechanische status (losse bevestigingen), dichtheidsprestaties (leksporen), oppervlakteconditie (vuilniveau, corrosieverschijnselen), en afwijkende tekens (kleurveranderingen, ontladingsmarkeringen, rookontwikkeling), enz. Deze externe kenmerken hebben specifieke overeenkomsten met interne storingen .

Wanneer de transformatolie een donkerbruine kleur heeft en een brandlucht geeft, vergezeld van een abnormale temperatuurstijging en de werking van high-voltage zijde beschermingscomponenten, wijst dit meestal op afwijkingen in het magnetische circuitsysteem, mogelijk isolatieschade tussen siliciumstaalplaten of multi-point grounding-fouten van de magnetische geleider.

Als de werkingstroom abnormaal stijgt, de oljetemperatuur aanzienlijk stijgt, de drie-fase parameters asymmetrisch zijn, vergezeld van de werking van low-voltage zijde beschermingsapparatuur, rook in de oliebuffer, en fluctuaties in de secundaire spanning, kan dit worden vastgesteld als een winding-to-winding kortsluiting veroorzaakt door de storing van de isolatie tussen windinggeleiders. Wanneer de elektrische parameters van een bepaalde fase volledig verdwijnen (spanning en stroom zijn 0), correspondeert dit kenmerk meestal met een winding open circuit of verbinding geleider smelten storing.

Het oliespuitfenomeen van de oliebuffer is een belangrijk teken van ernstige interne storingen van de transformator. Wanneer de gasproductie van de storing de verwerkingscapaciteit van het drukaflossingsapparaat overschrijdt, zal er positieve druk in de oliebak ontstaan. Aanvankelijk manifesteert dit zich als lekkage op zwakke sluitpunten. Terwijl de druk blijft stijgen, kan uiteindelijk oliespuiten plaatsvinden op de aansluiting van de bakwand. Deze soort storing wordt meestal veroorzaakt door interfaselijk isolatie-doorbraak van de winding, meestal vergezeld van het smelten van high-voltage zijde beschermingscomponenten. Volgens de statistieken van gasreleasereacties, gaan ongeveer 75% van de ernstige storingen door dit ontwikkelingsproces.
Storingdiagnose via temperatuurveranderingen
Tijdens de werking van distributietransformatoren, zullen de stroomvoerende geleiders onvermijdelijk warmteverliezen genereren door het Joule-effect, wat een normaal fysisch verschijnsel is. Echter, wanneer het apparaat elektrische afwijkingen (zoals isolatie-degradatie, slechte contacten) of mechanische defecten (zoals windingvervorming, koelsysteemfouten) heeft, zal de thermische evenwichtstoestand worden verstoord, wat zich manifesteert als de werkingstemperatuur die de ontworpen toelaatbare waarde overschrijdt. Volgens de thermische verouderingstheorie, zal voor elke 6-8 °C temperatuurstijging, de verouderingssnelheid van isolatiematerialen verdubbelen, wat aanzienlijk de levensduur van het apparaat beïnvloedt.

Voor abnormale temperatuurstijgingen veroorzaakt door interne storingen, zijn er meestal duidelijke afwijkingen in het oliesysteem. Wanneer de hot-spot temperatuur de kritieke waarde bereikt, zal de transformatolie een pyrolyse-reactie ondergaan, wat een grote hoeveelheid gas genereert, wat leidt tot het werken van het drukaflossingsapparaat, resulterend in olielek of oliespuiten. In de praktijk kan een eenvoudige methode worden gebruikt om de temperatuurstatus van het apparaat aanvankelijk te beoordelen: als de oppervlakte van de transformator behuizing langer dan 10 seconden kan worden aangeraakt, is de oppervlakte temperatuur meestal niet hoger dan 60 °C. Deze empirische waarde kan worden gebruikt als referentie voor snelle ter plaatse evaluatie.
Storingdiagnose via geurveranderingen
Op het moment dat de deksel van de oliekussen wordt geopend, kan een specifieke pittige brandlucht worden geroken. Dit geeft aan dat de spoel binnenin de transformator is verbrand, vaak vergezeld van het smelten van twee- of driefase drop-out fusen.

Storingdiagnose via geluidsveranderingen
Tijdens de werking van een transformator, zal het magnetostrictie-effect dat wordt gegenereerd door de magnetisatie van het ijzerkern periodieke mechanische trillingen veroorzaken. Deze trillingen en hun bijbehorende akoestische kenmerken dienen als belangrijke indicatoren voor de normale werking van het apparaat. Akoestische diagnosetechnologie stelt effectieve monitoring van de werkingstatus van de transformator mogelijk. Specifiek gezegd, de frequentiekenmerken van het geluidssignaal, veranderingen in het geluidsdruk niveau, en de trillingsspectrumkenmerken kunnen potentiële storingen van het apparaat onthullen.

Bij het gebruik van de akoestische detectiemethode, kan een geleidende staaf (bijvoorbeeld een isolerende staaf) worden gebruikt als medium voor geluidsgolven. Een eind van de staaf wordt in contact gebracht met de buitenkant van het apparaat, en het andere eind wordt dicht bij het gehoororgaan geplaatst voor luisteren. Zodra afwijkende geluidssignalen worden gedetecteerd, moeten preventieve onderhoudsmaatregelen onmiddellijk worden genomen om de escalatie van storingen te voorkomen. Hieronder volgen de overeenkomsten tussen typische akoestische kenmerken en stortypen:

• Intermittente "klikkende" geluiden: Dit geeft meestal aan dat de ijzerkern lagen loszitten of dat de bevestigingen onvoldoende kracht hebben. Het geluidsniveau ligt meestal in het bereik van 60 tot 70 decibel.
  Hoge-frequentie ontladingsgeluiden: Bijgaand partiële ontladingverschijnselen, tonen de geluidssignalen een "knappend" karakter. In ernstige gevallen kan het geluidsniveau 85 decibel overschrijden, en zichtbare ontladingsmarkeringen zijn vaak aanwezig.

• Plotse explosieve geluiden: Deze komen meestal voor wanneer de isolatie van de leidingen beschadigd is of er een ontlading naar de grond plaatsvindt. De plotse verandering in het geluidsniveau overschrijdt 20 decibel.

• Lage-frequentie rommelende geluiden: Meestal geassocieerd met lage-spanningszijde aardingfouten, het frequentiebereik van de geluidssignalen is geconcentreerd in het bereik van 100 tot 400 hertz.

• Scherp fluitende geluiden: Dit geeft aan dat het apparaat in een over-opwekkingstoestand is, en de hoofdfrequentie van de geluidssignalen ligt meestal tussen 1 en 2 kilohertz.

• Belletjes borrelende geluiden: Gezelschap van abnormale stijgingen in de oljetemperatuur, tonen de geluidssignalen een continue "borrelend" karakter, wat meestal aangeeft dat de olie-isolatieprestaties achteruit gaan.

Storingdiagnose via instrumenten
Vanwege de beperkingen van de apparatuurtechnologie, gebruiken energievoorzieningsstations meestal een multimeter om te meten of de weerstand van de windinggeleiders geleidend is, om te bepalen of er binnen in de transformator gebroken draden of winding-kortsluitingen zijn; een isolatieweerstandsmeetapparaat wordt gebruikt om de isolatieweerstand van elke winding van de transformator tegen de grond te meten, om te bepalen of de hoofdisolatie is doorgebroken. Wanneer de isolatie tussen de winding en de grond of tussen fasen doorbreekt, zal de isolatieimpedantiewaarde naderen 0 Ω.

Bij het testen van de isolatieprestaties van de winding, moeten de isolatieparameters van de volgende drie circuits respectievelijk worden gemeten: de isolatieweerstand tussen de primaire winding, de secundaire winding, en de behuizing; de isolatieweerstand tussen de secundaire winding, de primaire winding, en de behuizing; en de isolatieweerstand tussen de primaire winding en de secundaire winding. Het moet worden opgemerkt dat het referentiegrondpotentiaalpunt in de test de metalen behuizingstructuur van de transformator is. De referentiewaarden van de isolatieweerstand van oliegedrenkte transformatoren staan in Tabel 1.

Storingdiagnosetechnologieën voor distributietransformatoren
Storingdiagnosetechnologieën voor distributietransformatoren zijn cruciale middelen om de veilige werking van apparatuur te garanderen. Door middel van geavanceerde diagnosetechnologieën kunnen potentiële storingen op tijd worden gedetecteerd, en effectieve maatregelen worden genomen om de uitbreiding van storingen te voorkomen. Hieronder worden enkele veel gebruikte storingdiagnosetechnologieën voor distributietransformatoren besproken.
Winding DC-weerstandstest
De winding DC-weerstandstest is een van de basismethoden om de gezondheidstoestand van transformatiewindingen te detecteren. Door de DC-weerstand van de winding te meten, kan worden bepaald of er problemen zijn zoals gebroken draden, slechte contacten, of winding-kortsluitingen in de winding. Bijvoorbeeld, tijdens de routine-inspectie van een transformator in een bepaald gebied, werd een abnormale DC-weerstand van de hoogspanningszijde winding gedetecteerd. Verdere inspectie onthulde een winding-kortsluiting in de winding. Tijdige vervanging van de winding voorkwam het optreden van een ernstiger storing. De winding DC-weerstandstest heeft de voordelen van eenvoudige bediening en intuïtieve resultaten, en is een onmisbaar detectiemiddel in het dagelijkse onderhoud van transformatoren.
Gedissolveerde Gasanalyse (DGA)
Gedissolveerde Gasanalyse (DGA) is een belangrijk technisch middel voor het diagnosticeren van interne storingen in transformatoren. Door de componenten en inhoud van de in de transformatorolie gedissolveerde gassen te analyseren, kan worden bepaald of er storingen zijn zoals oververhitting en ontlading binnen in de transformator. Met behulp van de IEC60599-drie-ratio-methode kunnen ontladingsfouten nauwkeurig worden geïdentificeerd. Bijvoorbeeld, hoge concentraties acetyleen (C2H2) en waterstof (H2) werden gedetecteerd in de olie van een bepaalde transformator. Analyse met de drie-ratio-methode wees uit dat het een ontladingsfout was. Tijdig onderhoud voorkwam apparatuurschade. DGA heeft de voordelen van hoge gevoeligheid en nauwkeurige diagnose, en is een belangrijk middel voor het monitoren van de conditie van transformatoren.
Partiële ontladingsdetectie
Partiële ontladingsdetectie is een belangrijke methode voor het evalueren van de isolatieconditie van transformatoren. Partiële ontlading vindt meestal plaats in zwakke isolatiegebieden, en langdurige ontlading zal leiden tot het geleidelijke aftakelen van isolatiematerialen, uiteindelijk leidend tot ernstige storingen. Door middel van partiële ontladingsdetectie kunnen isolatiedefecten op tijd worden gedetecteerd, en preventieve maatregelen worden genomen. Bijvoorbeeld, tijdens partiële ontladingsdetectie van een bepaalde transformator, werd een ontladingsverschijnsel gevonden in de hoogspanningsbuis. Na het vervangen van de buis, verdween het ontladingsverschijnsel, wat effectief de levensduur van het apparaat verlengde. Partiële ontladingsdetectie heeft de voordelen van niet-destructiviteit en hoge gevoeligheid, en is een belangrijk middel voor het monitoren van de isolatie van transformatoren.
Gecombineerde trillings- en akoestische detectie
Gecombineerde trillings- en akoestische detectie bestaat erin om te bepalen of er mechanische storingen binnen in het apparaat zijn door de trillings- en geluidssignalen tijdens de werking van de transformator te analyseren. Bijvoorbeeld, voor een defecte transformator, overschreed de trillingsamplitude de standaard met 3 dB in het 125 Hz-frequentieband. Inspectie onthulde dat de ijzerkernklem los was. Na tijdig vastzetten, keerde de trilling terug naar normaal. Gecombineerde trillings- en akoestische detectie heeft de voordelen van real-time monitoring en nauwkeurige diagnose, en is een belangrijk middel voor het diagnosticeren van mechanische storingen in transformatoren.
Infraroodthermografische detectie
Infraroodthermografische detectie bestaat erin om te bepalen of er oververhittingsstoringen in het apparaat zijn door de temperatuurdistributie op het oppervlak van de transformator te detecteren. Bijvoorbeeld, tijdens infraroodthermografische detectie van een bepaalde transformator, werd een abnormale temperatuur gevonden bij de aansluiting van de hoogspanningsbuis. Inspectie onthulde dat de aansluitingsbouten los waren. Na tijdig vastzetten, keerde de temperatuur terug naar normaal. Infraroodthermografische detectie heeft de voordelen van contactloos en snelle diagnose, en is een belangrijk middel voor het diagnosticeren van oververhittingsstoringen in transformatoren.
Storingeliminatiemethoden en voorbeelden voor distributietransformatoren
Lijnuitval veroorzaakt door winding-kortsluiting in transformator
Storingverschijnsel
Een overstroomtrip trad op in een 10 kV-lijn in een bepaalde onderstation. Na het reduceren van een deel van de belasting