Feilanalyse og feilsøkings eksempler for distribusjonstransformatorer

Årsaker til feil i distribusjonstransformatorer
Feil forårsaket av temperaturøkning
Påvirkning på metallmaterialer
Når en transformator er i drift, og strømmen er for stor, slik at kundelasten overstiger den nominerte kapasiteten til transformator, vil temperaturen i transformator stige. Dette vil i sin tur formere metallmaterialene og redusere deres mekaniske styrke betydelig. Ta kobber som eksempel. Hvis det er utsatt for høy temperatur over 200 °C i lang tid, vil dens mekaniske styrke være betydelig svekket; hvis temperaturen overskrider 300 °C i kort tid, vil mekanisk styrken også falle skarpt. For aluminiumsmaterialer skal den lange arbeidstemperaturen holdes under 90 °C, og den korte arbeidstemperaturen bør ikke overskride 120 °C.
Påvirkning av dårlig kontakt
Dårlig kontakt er en viktig årsak til mange feil i distribusjonsutstyr, og temperaturen i elektriske kontaktpartier har stor innvirkning på kvaliteten på elektrisk kontakt. Når temperaturen er for høy, vil overflaten av elektriske kontaktledninger oksideres heftig, og kontaktmotstanden vil øke betydelig, noe som fører til at temperaturen i ledningen og dens komponenter stiger, og i alvorlige tilfeller kan kontaktene bli limet sammen.
Påvirkning på isoleringsmaterialer
Når ambienttemperaturen overskrider det rimelige området, vil organiske isoleringsmaterialer bli sprø, hvilket forsterker aldringsprosessen, og fører til en betydelig nedgang i isolasjonsegenskapene, og i alvorlige tilfeller kan det forekomme dielektrisk brudd. Studier viser at for klasse A isoleringsmaterialer, innenfor deres temperaturtålegningsområde, vil hver 8-10 °C økning i temperatur redusere materialets effektive levetid med nesten halvparten. Forholdet mellom temperatur og levetid kalles "termisk aldringseffekt", som er en viktig faktor som påvirker påliteligheten til isoleringsmaterialer.
 Feil i distribusjonstransformatorer forårsaket av dårlig kontakt
Feil forårsaket av oksidasjon av beskyttende belægninger
For å forbedre den totale ytelsen til lederkomponenter, brukes ofte overflateendringsteknologier i ingeniørfaget til behandling av nøkkelkontaktpartier. Ta for eksempel lederstangen i en transformator. En edelmetallbeskyttende lag (som gull, sølv eller tinbasert legering) dannes vanligvis på dens arbeidsflate gjennom elektroplatering. Denne metallurgiske bindingsskiktet kan betydelig forbedre de fysiske og kjemiske egenskapene til kontaktkoblingen.

Det bør merkes at under mekanisk drift i utstyrsvedlikehold eller under langvarig termisk last, kan belægningen delvis skille seg løs eller utsettes for oksidasjon og korrosjon, noe som fører til problemer som unormal økning i kontaktmotstand og reduksjon i strømbar kapasitet. Eksperimentelle data viser at når tykkelsestapingen av belægningen overstiger 30%, vil elektrisk konduktivitetsstabiliteten i grensesnittet vise en eksponensiell nedgangstrend.
Kjemisk korrosjon forårsaket av direkte kobling av kobber og aluminium
I et elektrisk koblingsystem vil direkte kontakt mellom ulike metaller som kobber og aluminium danne en betydelig elektrodspotensialforskjell, og dets potensialverdi kan nå 0,6-0,7 V. Denne potensialforskjellen vil utløse alvorlig galvanisk korrosjon. I ingeniørfaget forekommer direkte kobling av kobber og aluminiumledere uten overgangsbehandling ofte på grunn av manglende overholdelse av konstruksjonsregler eller utilpass valg av materialer.

Etter denne koblingsmetoden settes i drift, vil et oksideringsfilm lag gradvis danne seg ved kontaktfasetten, noe som resulterer i en ikke-lineær økning i kontaktmotstand. Under den nominerte arbeidstemperaturen er den effektive levetiden for slike forbindelser vanligvis ikke mer enn 2000 timer, og til slutt vil feil oppstå på grunn av forverring av kontaktoverflaten.
Alvorlig varmeproduksjon i elektriske kontakter forårsaket av dårlig kontakt
Under den faktiske installasjonen av distribusjonstransformatorer, konfigureres vanligvis antityveri målemeterbokser på lavspenningsiden. På grunn av begrenset intern rom i målemeterboksen og ikke-standardiserte konstruksjonsteknikker, oppstår ofte problemer som rullende kobling av ledninger eller løse mekaniske klemmekoblinger. Disse dårlige forbindelsene vil føre til en unormal økning i kontaktmotstand, som fører til overvarming under virkning av laststrøm, og deretter utløser ablasjonsfeil i lavspenningslederstangen.

Mer alvorlig, den vedvarende temperaturøkningen ved enden av lavspenningsvindingen vil forhaste den termiske aldringprosessen av isoleringsmaterialet, og skape skjulte faremomenter for partiell utslipp. Samtidig vil overvarming også føre til at transformatorolje undergår en pyrolysereaksjon, noe som reduserer dens isolasjonstyrke og kjøleegenskaper. Eksperimentelle data viser at når oljetemperaturen vedvarende overstiger 85 °C, vil dens bruddspenning reduseres med ca. 15-20% per år. Dette flerfoldige forverringseffekt er svært sannsynlig å forårsake isolasjonsbruddshendelser når man møter lynovervoltage eller skruvingsovervoltage, og til slutt fører til transformatorfeil.
Feil i distribusjonstransformatorer forårsaket av fuktighet
Økningen i relativ luftfuktighet har en dobbelt innvirkning på isolasjonssystemet i distribusjonsutstyr. Først og fremst minker dielektrisk styrke av fugtig luft betydelig, og dens bruddfeltstyrke er negativt korrelert med fuktighet; andre, adsorpsjon av vannmolekyler på overflaten av isoleringsmaterialer vil danne ledende kanaler, noe som fører til en nedgang i overflatebestandigheten. Mer alvorlig, når fuktighet diffuserer inn i innsiden av faste isoleringsmedium eller løses i transformatorolje, vil det føre til en skarp økning i dielektrisk tap.

Når vanninnholdet i transformatorolje når omtrent 100 μL/L, vil dens nettbruddspenning synke til omtrent 12,5% av den opprinnelige verdien. Denne forverringen av isolasjonsytelsen vil øke utstyrets lekkasjonsstrøm betydelig. I et fuktig miljø kan det oppstå partiell utslipp selv under den nominerte driftsspennings. Statistiske data viser at i et miljø med relativ fuktighet over 85%, øker feilrate for distribusjonstransformatorer med 3-5 ganger sammenlignet med i et tørt miljø, hovedsakelig uttrykt som isolasjonsbrudd og overflateflammebruk.

Feil i distribusjonstransformatorer forårsaket av feilaktig installasjon av lynavledere
I kraftsystemet, påvirker yteevnen til overvoltagebeskyttelsesenheter direkte transformatorers driftsikkerhet. Som hovedbeskyttelseskomponenter, er installasjonskvaliteten, operasjon og vedlikehold, samt forebyggende tester av metalloksidavledere (MOA), nøkkelpunkter for å sikre deres effektivitet. Imidlertid, på grunn av ikke-standardiserte konstruksjonsteknikker, utilstrekkelig implementering av testrutiner, og mangel på profesjonal kompetanse hos operasjon- og vedlikeholdsansatte, er den faktiske beskyttelseseffekten av beskyttelsesenheter ofte sterkt redusert, som er en viktig årsak til isolasjonsbruddshendelser i distribusjonstransformatorer.

Fra et perspektiv av driftspraksis, vil beskyttelsesenheter bli påvirket av ulike miljøstress under langvarig tjeneste. Faktorer som temperaturcykluser, mekaniske vibrasjoner, og korrosive medier kan føre til forringing av koblingsytelsen i jordingsystemet. Når systemet blir utsatt for lynnedslag, vil den mislykkede jordingsykkelen ikke kunne slippe ut overvoltageenergien i tide, noe som fører til termisk brudd i beskyttelsesenheten selv. Ifølge statistikk, utgjør sprengningsulykker forårsaket av dårlig jording mer enn 60% av feiltillfellene i beskyttelsesenhetene, og energifrigjøringsprosessen er ofte forbundet med intens bueladdning.
Noen feildiagnosemetoder for distribusjonstransformatorer
Feildiagnose gjennom intuitiv bedømmelse
Feildiagnosen av distribusjonstransformatorer kan først vurderes gjennom eksterne karakteristika. Observasjonsinnholdet inkluderer: integriteten av kassen (sprækker, deformering), mekanisk status (lose fasteners), tetthetsytelse (lekkasje spor), overflatesituasjon (skittemåling, korrosjonsfenomener), og unormale tegn (fargeendringer, utslippsmerker, røykopphold), osv. Disse eksterne karakteristikene har spesifikke korresponderende forhold med interne feil.

Når transformatoroljen viser en mørkbrun farge og har en brændt lukt, sammen med unormal temperaturøkning og drift av høyvoltage-sides beskyttelseskomponenter, indikerer det normalt at det er avvik i magnetveissystemet, mulig isolasjonsskade mellom silisjernplate eller flerpunktjordingsfeil av magnetlederen.

Hvis driftsstrømmen øker unormalt, oljetemperaturen stiger betydelig, de trefasparametrene er asymmetriske, sammen med drift av lavvoltage-sides beskyttelsesenheter, røyk i oljeresorvoir, og fluktuerer i sekundærspenning, kan det bestemmes som en vindingsfeil forårsaket av isolasjonsfeil mellom vindingsledere. Når de elektriske parametrene for en viss fase fullstendig forsvinner (spenning og strøm er 0), tilsvares dette typisk en vindingsbrytnings- eller koblingsleder fusjonsfeil.

Oljesprøytingfenomenet i oljeresorvoir er et viktig tegn på alvorlige interne feil i transformator. Når gassproduksjonsraten av feilen overstiger presserelativeringsenhetens prosesserkapasitet, vil positivt trykk dannes inne i oljetanken. Først uttrykker det seg som lekkasje ved svake tettingspunkter. Etter hvert som trykket fortsetter å stige, kan oljesprøyting til slutt oppstå ved tankens forbindelsesoverflate. Slik feil er mest forårsaket av faseskilleisolasjonbrudd i vindingen, vanligvis sammen med fusjon av høyvoltage-sides beskyttelseskomponenter. Ifølge statistikk over gassreleaksjonhandlinger, vil ca. 75% av alvorlige feil gjennomgå denne utviklingsprosessen.
Feildiagnose gjennom temperaturendringer
Under drift av distribusjonstransformatorer, vil strømførende ledere uunngåelig generere varmetap på grunn av Joule-effekten, som er et normalt fysisk fenomen. Imidlertid, når utstyret har elektriske avvik (som isolasjonforringing, dårlig kontakt) eller mekaniske defekter (som vindingsdeformering, kjølesystemfeil), vil dets termiske likevektstilstand bli forstyrret, uttrykt som driftstemperaturen som overstiger den designerte tillatte verdien. Ifølge teorien om termisk aldring, vil for hver 6-8 °C økning i temperatur, aldringshastigheten av isoleringsmaterialer fordoble seg, og dermed påvirke utstyrets levetid betydelig.

For unormal temperaturøkning forårsaket av interne feil, er det vanligvis tydelige avvik i oljesystemet. Når hetepunktetemperturen når kritisk verdi, vil transformatoroljen undergå en pyrolysereaksjon, produsere en stor mengde gass, føre til at presserelativeringsenheten drift, og resultere i oljelækasje eller oljesprøyting. I ingeniørfaget kan en enkel metode brukes til å gjøre en initiell vurdering av utstyrets temperaturstatus: hvis overflaten av transformatorkassen kan berøres med hånden i mer enn 10 sekunder, vil overflaten vanligvis ikke overstige 60 °C. Dette empiriske verdien kan brukes som referanse for hurtig vurdering på stedet.
Feildiagnose gjennom luktendringer
Når dekket av oljepodden åpnes, kan en spesiell sterkt brændte lukt hennes. Dette indikerer at spolen inne i transformator er brukt, ofte sammen med fusjon av to til tre fase drop-out fusible.

Feildiagnose gjennom lydendringer
Under drift av en transformator, vil magnetostrinsfunksjonen generert av magnetisering av jernkjernen utløse periodiske mekaniske vibrasjoner. Disse vibrasjonene og deres tilhørende akustiske egenskaper fungerer som viktige indikatorer for normal drift av utstyret. Akustisk diagnostikk-teknologi gir mulighet for effektiv overvåking av transformatorens driftsstatus. Spesifikt kan frekvenskarakteristika av lydsignal, endringer i lydpresnivå, og vibrasjonspekterspesifikke trekk avsløre potensielle feil i utstyret.

Ved bruk av akustisk deteksjonsmetode, kan en ledningsstang (som en isoleringsstang) benyttes som medium for lydbølgeledning. En ende av stangen bringes i kontakt med utstyrets ytre skall, mens den andre enden plasseres nær hørselorganet for å høre. Når unormale lydsignaler oppdages, bør forebyggende vedlikeholdsforanstaltninger raskt ivaretas for å forhindre feilens eskalering. Følgende er korrespondansen mellom typiske akustiske karakteristika og feiltyper:

• Intermittente "klikk"-lyder: Vanligvis indikerer dette at jernkjernes plater er løse eller at fasteners har utilstrekkelig dreieeffekt. Lydpresnivået faller generelt innenfor området 60 til 70 desibel.
  Høyfrekvent utslipp-lyder: Med partiell utslipp-fenomener, viser lydsignalene en "knask"-karakter. I alvorlige tilfeller kan lydpresnivået overstige 85 desibel, og synlige utslippmerker er ofte til stede.

• Pludselige eksplosive lyder: Dette skjer ofte når isolasjonen av ledere er skadet eller det er utslipp til jord. Pludselige endringer i lydpresnivået overstiger 20 desibel.

• Lavfrekvent brummen: Vanligvis forbundet med lavspennings side jordingsfeil, er frekvensen av lydsignalene koncentrert innenfor området 100 til 400 hertz.

• Skarpe hvistlelyder: Dette indikerer at utstyret er i en overoppfremmings tilstand, og hovedfrekvensen av lydsignalene er vanligvis mellom 1 og 2 kilohertz.

• Boblekokelyder: Medfølger unormal økning i oljetemperaturen, viser lydsignalene en jevn "bobling" karakter, vanligvis indikerer dette forringing av oljeisolasjonsegenskapene.

Feildiagnose gjennom instrumenter
På grunn av tekniske begrensninger, bruker kraftleverandører mest multimeter for å måle om motstanden i vindingslederne er igjen for å bestemme om det er brutte tråder eller vindingsfeil inne i transformator; en isolasjonsmotstandsmåler brukes til å måle isolasjonsmotstanden for hver vinding i transformator til jord, for å bestemme om hovedisolasjonen er bruddet. Når isolasjonen mellom vindingen og jorden eller mellom fasene er bruddet, vil dens isolasjonmotstandsverdi nærme seg 0 Ω.

Ved testing av vindingens isolasjonsytelse, må isolasjonsparametrene for følgende tre kretser måles separat: isolasjonsmotstanden mellom primær vindingen, sekundær vindingen, og kroppen; isolasjonsmotstanden mellom sekundær vindingen, primær vindingen, og kroppen; og isolasjonsmotstanden mellom primær vindingen og sekundær vindingen. Det bør merkes at referansepunktet for referansejordpotensialet i testen er metallegenskapstrukturen til transformator. Referanseverdier for isolasjonsmotstand for oljeinnehavende transformatorer er vist i tabell 1.

Feildiagnoseteknologier for distribusjonstransformatorer
Feildiagnoseteknologier for distribusjonstransformatorer er viktige midler for å sikre trygg drift av utstyr. Gjennom avanserte diagnoseteknologier, kan potensielle feil oppdages i tide, og effektive tiltak kan tas for å hindre utvidelsen av feil. Her er noen vanlig brukte feildiagnoseteknologier for distribusjonstransformatorer.
Vindings DC-motstandstest
Vindings DC-motstandstest er en av de grunnleggende metodene for å sjekke helsestatusen til transformatorvindinger. Ved å måle DC-motstanden til vindingen, kan det avgjøres om det er problemer som brutte tråder, dårlig kontakt, eller vindingsfeil i vindingen. For eksempel, under rutinemessig inspeksjon av en transformator i et visst område, ble en unormal DC-motstand av høyvoltage-side vindingen oppdaget. Ytterligere inspeksjon avdekket en vindingsfeil i vindingen. Tidlig bytte av vindingen unnga det å oppstå en mer alvorlig feil. Vindings DC-motstandstest har fordeler som enkel operasjon og intuitive resultater, og det er en uunngåelig testmetode i daglig vedlikehold av transformatorer.
Løst gasanalyse (DGA)
Løst gasanalyse (DGA) er et viktig teknisk middel for å diagnosticere interne feil i transformatorer. Ved å analysere komponentene og innholdet av gasser løst i transformatoroljen, kan det avgjøres om det er feil som overvarming og utslipp inne i transformator. Ved bruk av IEC60599 tre-ratio-metoden, kan utslipp-type feil identifiseres nøyaktig. For eksempel, høye konsentrasjoner av acetylen (C2H2) og hydrogen (H2) ble oppdaget i oljen av en vis transformator. Analyse ved tre-ratio-metoden bestemte det til å være en utslipp-type feil. Tidlig vedlikehold unnga utstyrsskader. DGA har fordeler som høy sensitivitet og nøyaktig diagnose, og det er et viktig middel for overvåking av transformatorers tilstand.
Partiell utslipp-detektering
Partiell utslipp-detektering er en viktig metode for å evaluere transformatorers isolasjonstillstand. Partiell utslipp skjer vanligvis i svake isolasjonsområder, og langvarig utslipp vil føre til gradvis forverring av isolasjonsmaterialer, og til slutt føre til alvorlige feil. Gjennom partiell utslipp-detektering, kan isolasjonsdefekter oppdages i tide, og forebyggende tiltak kan tas. For eksempel, under partiell utslipp-detektering av en vis transformator, ble et utslippfenomen funnet i høyvoltage-bushing. Etter bytte av bushing, forsvant utslippfenomenet, og effektivt forlenget utstyrets levetid. Partiell utslipp-detektering har fordeler som ikke-destruktivitet og høy sensitivitet, og det er et viktig middel for overvåking av transformatorers isolasjon.
Kombinert vibrasjon og akustisk deteksjon
Kombinert vibrasjon og akustisk deteksjon er for å bestemme om det er mekaniske feil inne i utstyret ved å analysere vibrasjons- og lydsignalene under drift av transformator. For eksempel, for en feilaktig transformator, oversteg vibrasjonsamplituden standarden med 3 dB i 125 Hz frekvensbåndet. Inspeksjon avdekket at jernkjernen var løs. Etter tidlig anstrengning, gikk vibrasjonen tilbake til normal. Kombinert vibrasjon og akustisk deteksjon har fordeler som sanntidsovervåking og nøyaktig diagnose, og det er et viktig middel for å diagnoere mekaniske feil i transformatorer.
Infrarød termografi-deteksjon
Infrarød termografi-deteksjon er for å bestemme om det er overvarmingsfeil i utstyret ved å detektere temperaturfordelingen på overflaten av transformator. For eksempel, under infrarød termografi-deteksjon av en vis transformator, ble en unormal temperatur funnet ved forbindelsen av høyvoltage-bushing. Inspeksjon avdekket at forbindelsesbolten var løs. Etter tidlig anstrengning, gikk temperaturen tilbake til normal. Infrarød termografi-deteksjon har fordeler som ikke-kontakt og rask diagnose, og det er et viktig middel for å diagnoere overvarmingsfeil i transformatorer.
Feiluthevningsmetoder og eksempler for distribusjonstransformatorer
Linjeuttag forårsaket av vindingsfeil i transformator
Feilfenomen
En overstrømsuttag skjedde på en 10 kV linje i et vis substation. Etter å ha redusert en del av lasten, skjedde det fortsatt overstrøm under prøveomkobling.
Feilårsaksanalyse
Etter at vedlikeholdsansatte ankom feilområdet, brukte de først en megohmmeter for å teste strømforsyningslinjens isolasjonsytelse, og den målte isolasjonsverdien til jorden var omtrent 2 MΩ. Deretter ble et overvåkingsinstrument koblet til den åpne deltakerminalen på sekundær siden av 10 kV spenningstransformator. Under midlertidig energiforsyningstest, ble spenninglesen observert å være omtrent 40 V. I kombinasjon med feltundersøkelsesresultatene, ble ingen nye elektriske enheter koblet til denne linjen før feilen oppsto.