Анализ отказов и случаи устранения неисправностей распределительных трансформаторов

Причины неисправностей распределительных трансформаторов
Неисправности, вызванные повышением температуры
Влияние на металлические материалы
Когда трансформатор находится в работе, если ток слишком велик, что приводит к превышению нагрузки потребителя номинальной мощности трансформатора, температура трансформатора повысится, что, в свою очередь, смягчит металлические материалы и значительно снизит их механическую прочность. Возьмем, например, медь. Если она длительное время подвергается воздействию высоких температур выше 200 °C, ее механическая прочность значительно ослабнет; если температура превысит 300 °C в течение короткого времени, механическая прочность также резко упадет. Для алюминиевых материалов рабочая температура в долгосрочной перспективе должна быть ниже 90 °C, а краткосрочная рабочая температура не должна превышать 120 °C.
Влияние плохого контакта
Плохой контакт является важной причиной многих отказов оборудования распределения, и температура электрической контактной части имеет большое влияние на качество электрического контакта. Когда температура слишком высока, поверхность проводника электрического контакта будет интенсивно окисляться, и контактное сопротивление значительно увеличится, что приведет к повышению температуры проводника и его компонентов, а в серьезных случаях контакты могут свариться вместе.
Влияние на изоляционные материалы
Когда окружающая температура превышает разумный диапазон, органические изоляционные материалы становятся хрупкими, ускоряя процесс старения, что приводит к значительному снижению изоляционных свойств, а в серьезных случаях может произойти пробой диэлектрика. Исследования показали, что для изоляционных материалов класса A, в пределах их температурного диапазона, при каждом повышении температуры на 8-10 °C, эффективный срок службы материала сокращается почти вдвое. Эта взаимосвязь между температурой и сроком службы известна как "эффект термического старения", который является важным фактором, влияющим на надежность изоляционных материалов.
 Неисправности распределительных трансформаторов, вызванные плохим контактом
Неисправности, вызванные окислением защитных покрытий
Для улучшения комплексных характеристик проводящих элементов в инженерной практике часто используются технологии модификации поверхности для обработки ключевых контактных частей. Например, для проводящего стержня трансформатора обычно формируется драгоценный металл (такой как золото, серебро или сплав на основе олова) на его рабочей поверхности посредством гальванического покрытия. Этот металлургический слой соединения может значительно улучшить физические и химические свойства контактного интерфейса.

Следует отметить, что во время механической эксплуатации оборудования или под воздействием длительной тепловой нагрузки, покрытие может частично отслаиваться или подвергаться окислению и коррозии, что приводит к проблемам, таким как аномальное увеличение контактного сопротивления и снижение проводимости. Экспериментальные данные показывают, что когда потери толщины покрытия превышают 30%, электропроводность стабильности его интерфейса будет показывать экспоненциальный тренд уменьшения.
Химическая коррозия, вызванная прямым соединением меди и алюминия
В системе электрического соединения прямой контакт между различными металлами, такими как медь и алюминий, создаст значительную разницу электродных потенциалов, значение которой может достигать 0,6-0,7 В. Эта разница потенциалов вызовет серьезную электрохимическую коррозию. В инженерной практике, из-за несоблюдения строительных норм или неправильного выбора материалов, часто происходит прямое соединение медных и алюминиевых проводников без переходной обработки.

После того, как этот метод соединения подключен к питанию, на контактном интерфейсе постепенно образуется оксидная пленка, что приводит к нелинейному увеличению контактного сопротивления. При номинальной рабочей температуре эффективный срок службы таких соединений обычно не превышает 2000 часов, и в конечном итоге, из-за ухудшения контактной поверхности, происходят отказы.
Сильный нагрев электрических контактов, вызванный плохим контактом
Во время фактической установки распределительных трансформаторов, на стороне низкого напряжения обычно устанавливаются противоугонные счетчики. Из-за ограниченного внутреннего пространства счетчика и нестандартных строительных технологий часто возникают проблемы, такие как намотка проводов или ослабленное механическое соединение клемм. Эти плохие соединения приведут к аномальному увеличению контактного сопротивления, что вызовет перегрев под действием нагрузочного тока и, в конечном итоге, приведет к абляционному отказу проводящего стержня низкого напряжения.

Более того, постоянное повышение температуры на конце обмотки низкого напряжения ускорит процесс термического старения изоляционного материала, создавая скрытые опасности локального разряда. Одновременно, перегрев также вызовет пиросинтетическую реакцию трансформаторного масла, снижая его изоляционную прочность и охлаждающую производительность. Экспериментальные данные показывают, что при постоянном превышении температуры масла 85 °C, его пробивное напряжение уменьшается примерно на 15-20% в год. Этот множественный эффект ухудшения очень вероятно приведет к авариям изоляционного пробоя при встрече с перенапряжением от молнии или коммутационным перенапряжением, в конечном итоге приводя к отказу трансформатора.
Неисправности распределительных трансформаторов, вызванные влажностью
Увеличение относительной влажности окружающей среды оказывает двойное влияние на изоляционную систему оборудования распределения. Во-первых, диэлектрическая прочность влажного воздуха значительно снижается, и его пробивное напряжение отрицательно коррелирует с влажностью; во-вторых, адсорбция молекул воды на поверхности изоляционных материалов создаст проводящие каналы, что приведет к снижению поверхностного сопротивления. Более того, когда влага проникает вглубь твердых изоляционных сред или растворяется в трансформаторном масле, это приведет к резкому увеличению диэлектрических потерь.

Когда содержание воды в масле трансформатора достигает около 100 μL/L, его напряжение пробоя промышленной частоты снижается до примерно 12,5% от начального значения. Ухудшение изоляционных свойств значительно увеличивает утечку тока оборудования. В условиях высокой влажности может происходить частичный разряд даже при номинальном рабочем напряжении. Статистические данные показывают, что в условиях относительной влажности, превышающей 85%, коэффициент отказов распределительных трансформаторов увеличивается в 3-5 раз по сравнению с сухими условиями, что проявляется в основном в виде пробоев изоляции и поверхностных перекрытий.

Неисправности распределительных трансформаторов, вызванные неправильной установкой молниезащиты
В энергетической системе надежность работы устройств защиты от перенапряжения напрямую влияет на безопасность эксплуатации трансформаторов. Как основные защитные компоненты, качество установки, эксплуатация и обслуживание, а также предупредительные испытания металлооксидных ограничителей перенапряжения (МОП) являются ключевыми звеньями, обеспечивающими их эффективность. Однако из-за нестандартных технологий строительства, недостаточной реализации процедур контроля и отсутствия профессиональной грамотности персонала, фактический эффект защиты таких устройств часто значительно снижается, что является важной причиной аварий, связанных с пробоем изоляции распределительных трансформаторов.

С точки зрения эксплуатационной практики, устройства защиты подвергаются воздействию различных экологических факторов во время длительного использования. Такие факторы, как температурные циклы, механические вибрации и коррозионные среды, могут привести к деградации соединений системы заземления. При попадании молнии в систему, неисправная петля заземления не сможет своевременно рассеять энергию перенапряжения, что приводит к тепловому пробою самого устройства защиты. Согласно статистике, среди случаев неисправностей устройств защиты, взрывы, вызванные плохим заземлением, составляют более 60%, и процесс высвобождения энергии обычно сопровождается интенсивным электрическим разрядом.
Несколько методов диагностики неисправностей распределительных трансформаторов
Диагностика неисправностей на основе интуитивного суждения
Неисправности распределительных трансформаторов можно предварительно определить по внешним характеристикам. Объектами наблюдения являются: целостность корпуса (трещины, деформации), механическое состояние (ослабление крепежных элементов), герметичность (следы утечек), состояние поверхности (степень загрязнения, явления коррозии) и аномальные признаки (изменение цвета, следы разрядов, появление дыма) и т.д. Эти внешние характеристики имеют конкретную взаимосвязь с внутренними неисправностями.

Если масло трансформатора имеет темно-коричневый цвет и запах горелого, сопровождающийся аномальным повышением температуры и срабатыванием защитных компонентов высокого напряжения, это обычно указывает на наличие аномалий в магнитной системе, возможно, повреждение изоляции между листами электротехнической стали или многоточечное заземление магнитопровода.

Если рабочий ток резко возрастает, температура масла значительно повышается, параметры трех фаз становятся асимметричными, сопровождаясь срабатыванием защитных устройств низкого напряжения, появлением дыма в маслорасширительном баке и колебаниями вторичного напряжения, можно определить, что произошел межвитковый короткий замыкание, вызванное отказом изоляции между обмотками. Когда электрические параметры одной из фаз полностью исчезают (напряжение и ток равны 0), это обычно соответствует обрыву обмотки или перегоранию соединительного проводника.

Феномен выброса масла из маслорасширительного бака является важным признаком серьезных внутренних неисправностей трансформатора. Когда скорость газообразования при неисправности превышает возможности устройства для сброса давления, внутри бака образуется положительное давление. Сначала это проявляется в виде утечки в местах слабой герметизации. По мере дальнейшего повышения давления, может произойти выброс масла через соединительные поверхности бака. Этот вид неисправности, как правило, вызывается пробоем межфазной изоляции обмотки, обычно сопровождаясь перегоранием защитных компонентов высокого напряжения. Согласно статистике действий газового реле, около 75% серьезных неисправностей проходят через этот процесс развития.
Диагностика неисправностей по изменению температуры
Во время работы распределительных трансформаторов, проводники, несущие ток, неизбежно генерируют тепловые потери из-за эффекта Джоуля, что является нормальным физическим явлением. Однако, когда оборудование имеет электрические аномалии (например, ухудшение изоляции, плохой контакт) или механические дефекты (например, деформация обмоток, отказ системы охлаждения), его тепловое равновесие нарушается, что проявляется в превышении рабочей температуры допустимых значений, предусмотренных проектом. Согласно теории термического старения, каждое повышение температуры на 6-8 °C удваивает скорость старения изоляционных материалов, что существенно влияет на срок службы оборудования.

Для аномальных повышений температуры, вызванных внутренними неисправностями, обычно наблюдаются явные аномалии в системе масляного контура. Когда температура горячей точки достигает критического значения, масло трансформатора начинает подвергаться реакции пиролиза, выделяя большое количество газа, что приводит к срабатыванию устройства для сброса давления, вызывая утечку или выброс масла. В инженерной практике простой метод может быть использован для первоначальной оценки температурного состояния оборудования: если поверхность корпуса трансформатора можно касаться рукой более 10 секунд, его температура, как правило, не превышает 60 °C. Это эмпирическое значение может служить ориентиром для быстрой оценки на месте.
Диагностика неисправностей по изменению запаха
В момент открытия крышки маслорасширительного бака можно почувствовать специфический едкий запах горелого. Это указывает на то, что внутри трансформатора сгорела катушка, часто сопровождаясь перегоранием двух-трехфазных плавких предохранителей.

Диагностика неисправностей по изменению звуков
Во время работы трансформатора магнитострикционный эффект, возникающий при намагничивании железного сердечника, вызывает периодические механические вибрации. Эти вибрации и их акустические характеристики служат важными индикаторами нормальной работы оборудования. Технология акустической диагностики позволяет эффективно контролировать состояние работы трансформатора. В частности, частотные характеристики звукового сигнала, изменения уровня звукового давления и спектральные характеристики вибраций могут указывать на возможные неисправности оборудования.

При использовании метода акустического обнаружения можно использовать проводящий стержень (например, изолирующий стержень) в качестве среды для передачи звуковых волн. Один конец стержня приводится в контакт с внешней оболочкой оборудования, а другой конец размещается близко к органу слуха для прослушивания. При обнаружении аномальных звуковых сигналов следует немедленно принять профилактические меры по техническому обслуживанию, чтобы предотвратить усугубление неисправностей. Ниже приведены соответствия между типичными акустическими характеристиками и типами неисправностей:

• Прерывистые "щелчки": обычно это указывает на ослабление листов железного сердечника или недостаточный момент затяжки крепежных элементов. Уровень звукового давления обычно находится в диапазоне от 60 до 70 децибел.
  Высокочастотные звуки разряда: сопровождают явление частичного разряда, звуковые сигналы имеют характер "треска". В тяжелых случаях уровень звукового давления может превышать 85 децибел, и часто присутствуют видимые следы разряда.

• Внезапные взрывные звуки: обычно возникают при повреждении изоляции выводов или при разряде на землю. Внезапное изменение уровня звукового давления превышает 20 децибел.

• Низкочастотные гулкие звуки: обычно связаны с неисправностями заземления на стороне низкого напряжения, частота звуковых сигналов сосредоточена в диапазоне от 100 до 400 герц.

• Острые свистящие звуки: указывают на то, что оборудование находится в состоянии перенапряжения, основная частота звуковых сигналов обычно находится в диапазоне от 1 до 2 килогерц.

• Звуки кипения пузырьков: сопровождают аномальное повышение температуры масла, звуковые сигналы имеют непрерывный "булькающий" характер, обычно указывая на ухудшение изоляционных свойств масла.

Диагностика неисправностей с помощью приборов
Из-за ограничений технологий оборудования электростанции в основном используют мультиметр для измерения сопротивления обмоточных проводников, чтобы определить, есть ли обрывы или межвитковые короткие замыкания внутри трансформатора; измеритель сопротивления изоляции используется для измерения сопротивления изоляции каждой обмотки трансформатора относительно земли, чтобы определить, произошел ли пробой основной изоляции. Когда происходит пробой изоляции между обмоткой и землей или между фазами, значение изоляционного сопротивления будет приближаться к 0 Ω.

При проверке изоляционных характеристик обмотки необходимо измерить параметры изоляции следующих трех цепей: сопротивление изоляции между первичной обмоткой, вторичной обмоткой и корпусом; сопротивление изоляции между вторичной обмоткой, первичной обмоткой и корпусом; и сопротивление изоляции между первичной и вторичной обмотками. Следует отметить, что точка отсчета потенциала земли в тесте является металлической конструкцией корпуса трансформатора. Справочные значения сопротивления изоляции маслонаполненных трансформаторов показаны в таблице 1.

Технологии диагностики неисправностей распределительных трансформаторов
Технологии диагностики неисправностей распределительных трансформаторов являются важными средствами для обеспечения безопасной работы оборудования. С помощью передовых технологий диагностики можно своевременно обнаружить потенциальные неисправности и принять эффективные меры для предотвращения их распространения. Ниже приведены несколько широко используемых технологий диагностики неисправностей распределительных трансформаторов.
Испытание постоянного сопротивления обмоток
Испытание постоянного сопротивления обмоток является одним из основных методов проверки состояния обмоток трансформатора. Измеряя постоянное сопротивление обмотки, можно определить, есть ли проблемы, такие как обрыв проводов, плохой контакт или межвитковые короткие замыкания в обмотке. Например, при плановой проверке трансформатора в определенной зоне было обнаружено аномальное постоянное сопротивление обмотки высокого напряжения. Дальнейшая проверка выявила межвитковое короткое замыкание в обмотке. Вовремя заменив обмотку, удалось избежать более серьезной неисправности. Испытание постоянного сопротивления обмоток имеет преимущества простоты выполнения и наглядности результатов, и является незаменимым методом при ежедневном обслуживании трансформаторов.
Анализ растворенных газов (DGA)
Анализ растворенных газов (DGA) является важным техническим средством для диагностики внутренних неисправностей трансформаторов. Анализируя состав и содержание газов, растворенных в масле трансформатора, можно определить, есть ли внутри трансформатора такие неисправности, как перегрев и разряд. Используя метод трех соотношений по стандарту IEC60599, можно точно идентифицировать разрядные неисправности. Например, в масле одного из трансформаторов были обнаружены высокие концентрации ацетилена (C2H2) и водорода (H2). Анализ по методу трех соотношений показал, что это разрядная неисправность. Вовремя проведенные ремонтные работы помогли избежать повреждения оборудования. DGA имеет преимущества высокой чувствительности и точности диагностики, и является важным средством мониторинга состояния трансформаторов.
Обнаружение частичных разрядов
Обнаружение частичных разрядов является важным методом оценки состояния изоляции трансформаторов. Частичные разряды обычно происходят в слабых областях изоляции, и длительный разряд может привести к постепенному ухудшению материалов изоляции, в конечном итоге вызывая серьезные неисправности. С помощью обнаружения частичных разрядов можно своевременно выявить дефекты изоляции и принять профилактические меры. Например, при обнаружении частичных разрядов в одном из трансформаторов был обнаружен разряд в высоковольтном изоляторе. После замены изолятора разряд исчез, что эффективно продлило срок службы оборудования. Обнаружение частичных разрядов имеет преимущества бесконтактности и высокой чувствительности, и является важным средством мониторинга изоляции трансформаторов.
Комбинированное вибрационное и акустическое обнаружение
Комбинированное вибрационное и акустическое обнаружение заключается в определении наличия механических неисправностей внутри оборудования путем анализа вибрационных и звуковых сигналов во время работы трансформатора. Например, для неисправного трансформатора амплитуда вибрации превышала норму на 3 дБ в диапазоне частот 125 Гц. Проверка показала, что зажим сердечника был ослаблен. После своевременного затягивания вибрация вернулась к норме. Комбинированное вибрационное и акустическое обнаружение имеет преимущества реального времени мониторинга и точной диагностики, и является важным средством диагностики механических неисправностей трансформаторов.
Термографическое обнаружение в инфракрасном диапазоне
Термографическое обнаружение в инфракрасном диапазоне заключается в определении наличия перегрева оборудования путем обнаружения распределения температуры на поверхности трансформатора. Например, при термографическом обнаружении в инфракрасном диапазоне одного из трансформаторов была обнаружена аномальная температура на соединении высоковольтного изолятора. Проверка показала, что болты соединения были ослаблены. После своевременного затягивания температура вернулась к норме. Термографическое обнаружение в инфракрасном диапазоне имеет преимущества бесконтактности и быстрой диагностики, и является важным средством диагностики перегрева трансформаторов.
Методы устранения неисправностей и примеры для распределительных трансформаторов
Отключение линии из-за межвиткового короткого замыкания в трансформаторе
Феномен неисправности
На линии 10 кВ в определенной подстанции произошло отключение из-за перегрузки. После снижения части нагрузки при повторном включении снова возникла перегрузка.
Анализ причин неисправности
Прибыв на место неисправности, персонал по обслуживанию сначала использовал мегомметр для проверки изоляционных свойств линии питания, и измеренное сопротивление изоляции к земле составило около 2 МОм. Затем к открытому треугольнику вторичной стороны 10 кВ напряжения трансформатора было подключено контрольное устройство. Во время временного подключения было зафиксировано напряжение около 40 В. Учитывая результаты расследования на месте, до возникновения неисправности к этой линии не было подключено новых электрических устройств.

На основе этого, была исключена возможность действия защиты от перегрузки из-за перегрузки. По анализу нормальных параметров работы, эта линия не должна вызывать действие защиты от перегрузки или иметь однофазное заземление. На основе систематического обнаружения и комплексного анализа, было предварительно установлено, что основной причиной неисправности мог быть межвитковый пробой изоляции в обмотке определенного распределительного трансформатора. Анализ показал, что в определенном распределительном трансформаторе этой линии возможно имело место межвитковое короткое замыкание. Поэтому линия была переведена из эксплуатации в режим обслуживания, и было уведомлено о проведении осмотра линии.

Дальнейшая проверка показала, что в фазе A высоковольтной стороны 250 кВ·А распределительного трансформатора одного из клиентов на этой линии имелось межвитковое короткое замыкание, которое и стало настоящей причиной срабатывания. Далее анализируются ситуации перегрузки по току и ложного заземления, вызванные этим межвитковым коротким замыканием в распределительном трансформаторе. Из-за межвиткового короткого замыкания внутри распределительного трансформатора упрощенная эквивалентная схема представлена на рисунке 1.

Пусть ZA, ZB и ZC — это сопротивления фаз A, B и C распределительного трансформатора соответственно. UO — это потенциал нейтральной точки. Когда трехфазная нагрузка сбалансирована, UO = 0; когда трехфазная нагрузка несбалансирована, UO≠0, что приводит к смещению нейтральной точки. При фазном коротком замыкании в фазе A распределительного трансформатора значение сопротивления ZA уменьшается, а значение IA увеличивается. Когда сумма IA и токов фазы A других распределительных трансформаторов на этой линии превышает рабочее значение перегрузки по току Idz реле защиты, происходит отключение по перегрузке. Когда в определенном трансформаторе на фазе A линии возникает межвитковое короткое замыкание, сопротивление ZA фазы A этого трансформатора уменьшается, и напряжение на открытой дельта-стороне ТВ возрастает. Когда это напряжение превышает установленное значение реле, центральный сигнал в щите управления отправляет сигнал заземления на 10 кВ.

Аварии, вызванные контактом низковольтного провода трансформатора с его корпусом
Феномен отказа
Трансформатор 10 кВ/400 В, 100 кВ·А в определенной единице подает питание на нагрузку через две цепи на низковольтной стороне. Поскольку в одной из питающих цепей на низковольтной стороне нет потребителей электроэнергии, решено удалить эту линию. После завершения работы по удалению проводов восстанавливается подача питания. Когда закрываются высоковольтные предохранители-выключатели фаз A и C, никаких аномалий не наблюдается. Однако при закрытии предохранителя-выключателя фазы B внезапно возникает огромная дуга примерно в 15 см над верхней крышкой трансформатора, после чего масло трансформатора выталкивается.
Анализ причины отказа
После аварии проводится всестороннее исследование работы по удалению проводов и осмотр ядра трансформатора. Во время осмотра обнаруживается, что провод на низковольтной стороне фазы B напрямую касается корпуса, и на точке контакта имеется отверстие диаметром 1 см. Причина аварии заключается в том, что во время работы по удалению проводов на низковольтной стороне строительные рабочие случайно повернули винт низковольтного вывода трансформатора, не заметив этого, что привело к контакту провода фазы B с корпусом трансформатора. Оба, нейтральная точка и корпус этого трансформатора, заземлены напрямую, поэтому точка контакта между проводом фазы B и корпусом становится точкой заземляющего короткого замыкания.
Меры по устранению
Сначала отверстие в корпусе трансформатора ремонтируется сваркой. Затем затягивается винт соединения низковольтного провода. После этого масло трансформатора фильтруется, и уровень масла восполняется до безопасного уровня. После успешного прохождения теста восстанавливается подача питания. Для предотвращения таких аварий при подключении и отключении трансформатора следует избегать поворота винтов соединений. Если винт все же поворачивается, необходимо провести строгую обработку. Только после подтверждения отсутствия ошибок трансформатор может быть введен в эксплуатацию.
Отказы, вызванные закупоркой дыхательного отверстия трансформатора
Феномен отказа
Новый распределительный трансформатор мощностью 315 кВ·А, установленный на определенной ферме, останавливается после громкого шума, похожего на гром. Это происходит через месяц после ввода в эксплуатацию.
Анализ причины отказа
Исследуется нагрузка на момент аварии, которая составляет 150 кВт для насоса для подачи воды и компрессора воздуха. Очевидно, что этот трансформатор работает под средней или легкой нагрузкой, и отказ, вызванный перегрузкой, можно практически исключить. В ходе визуального осмотра обнаруживается, что двухфазное устройство плавкого предохранителя находится в аномальном состоянии разъединения. По тактильному восприятию обнаруживается, что внешний корпус оборудования аномально горяч. Одновременно наблюдаются признаки утечки изоляционного масла на корпусе. С помощью цифрового многофункционального детектора измеряется сопротивление обмотки, и данные показывают, что обмотки фаз A/B/C на высоковольтной стороне находятся в состоянии разрыва, в то время как электрические параметры низковольтной обмотки соответствуют стандартам. При снятии герметизирующего элемента расширительного бака сразу же слышен явный звук выхода газа.

Этот физический феномен указывает на накопление аномального давления газа внутри оборудования. Одновременно обнаруживается характерный запах перегретых изоляционных материалов. На основании вышеуказанных характеристик предварительно определяется, что существует риск теплового отказа оборудования. Последующая разборка и проверка основных компонентов подтверждают, что произошел отказ изоляции в фазах A и B высоковольтной обмотки, что привело к аварии сгорания катушки.

Почему этот трансформатор сгорает при легкой нагрузке? В результате обнаружения и анализа выяснилось, что дыхательный элемент, заранее установленный в нижней части расширительного бака этого оборудования, не используется. Вместо этого используется металлическая герметизирующая пластина, закрепленная болтами, что приводит к накоплению газа внутри оборудования и невозможности достижения баланса давления. В нормальных условиях эксплуатации изоляционная среда внутри трансформатора (жидкое изоляционное масло и твердые изоляционные материалы) постепенно ухудшается под воздействием электро-теплового эффекта, сопровождаясь образованием небольших количеств углеводородных соединений и газообразных продуктов, таких как CO и CO₂.

Эти газы, растворившись в масле, динамически распространяются внутри оборудования, следуя градиенту концентрации. При аномальном повышении температуры или частичном разряде внутри оборудования происходит термическое разложение изоляционных материалов. В этот момент скорость генерации газов, общее количество газа и характеристики компонентов имеют значительную корреляцию с типом неисправности и степенью ее развития. Термические продукты разложения достигают динамического равновесия растворения через конвекцию и диффузию масла. Когда газообразные продукты превышают насыщенную растворимость масла, избыточный газ накапливается в пространстве над поверхностью масла.

В нормальных условиях баланс давления и отвод газов должны осуществляться через дыхательное устройство. В данном случае, из-за полной блокировки дыхательного канала, даже при работе оборудования под низкой нагрузкой, непрерывно выделяемое тепло, суммируясь с высокой температурой окружающей среды, вызывает несколько эффектов: тепловое расширение изоляционного масла приводит к аномальному увеличению давления в корпусе, циркуляция масляного контура блокируется, что приводит к отказу системы охлаждения, и температура сердечника и обмотки превышает критическое значение, в конечном итоге вызывая межвитковое пробойное повреждение изоляции.

С помощью термодинамического моделирования и разборки для проверки было подтверждено, что процесс термического старения системы изоляции обмотки при таких условиях эксплуатации ускоряется в 8-12 раз по сравнению с нормальными условиями работы.
Утечка масла из низковольтного ввода трансформатора
Феномен неисправности
В ходе регулярной проверки безопасности 315 кВ·А распределительного трансформатора на одном из пищевых заводов была обнаружена утечка масла из низковольтного ввода, и заводу было приказано остановить производство и перейти на обслуживание.
Анализ причины неисправности
При обслуживании было обнаружено, что утечка масла происходит в фазах B и C. Соединения между внешними медными шинами и вводами распределительного трансформатора неравномерны, и на поверхности имеется толстый оксидный слой. Медные шины вблизи вводов показывают признаки изменения цвета из-за высокой температуры. Гайка зажимного болта проводящего стержня сварена к проводящему стержню. На основе вышеуказанных явлений причиной утечки масла из вводов фаз B и C является неправильная обработка соединений между медными шинами этих двух фаз и вводами, что приводит к слишком большому контакту сопротивления. При прохождении определенного значения нагрузочного тока температура проводящего стержня в вводе быстро повышается, вызывая старение уплотнительных резиновых прокладок и резиновых колец на вводе, что приводит к потере их эластичности и, как следствие, к утечке масла. В тяжелых случаях происходит сварка.
Меры по устранению
Сначала аккуратно отпилите сваренную гайку на проводящем стержне тонким лобзиком (будьте внимательны, чтобы не повредить резьбу проводящего стержня) и удалите медную шину. Затем отпилите нагретую часть контактной поверхности между медной шиной и низковольтным вводом, которая составляет 20 см. Далее выберите 240 м² гибкий медный провод в качестве переходного провода. Один конец провода соедините с медной шиной, а другой — с низковольтным проводящим стержнем, что делает менее вероятным деформацию и нагревание соединения. Одновременно замените уплотнительные резиновые прокладки и резиновые кольца. После того, как распределительный трансформатор был возвращен в эксплуатацию, ситуация нормализовалась, и никаких признаков перегрева не обнаружено.
Неисправность плавкого предохранителя параллельно работающих трансформаторов
Феномен неисправности
На одной из ферм параллельно работают 100 кВ·А распределительный трансформатор и 160 кВ·А распределительный трансформатор. После утреннего обслуживания и восстановления питания в день неисправности было обнаружено, что счетчик фазы A в измерительном устройстве 160 кВ·А распределительного трансформатора не вращается. В полдень было обнаружено, что 100 кВ·А распределительный трансформатор нагревается, дымит и у него происходит утечка масла.
Анализ причины неисправности
Этот феномен в первую очередь вызывает подозрение на неисправности, вызванные изменениями условий параллельной работы трансформаторов. Для параллельной работы трансформаторов существуют четыре условия: коэффициенты напряжения параллельно работающих трансформаторов равны (разница в коэффициентах не должна превышать 0,5%); процентное соотношение импедансного напряжения равно; группы обмоток одинаковы; соотношение мощностей не превышает 3:1. На месте было установлено, что нагрузочный ток каждой фазы в то время находился в диапазоне от 200 до 240 А.

Счетчик фазы A измерительного устройства 160 кВ·А распределительного трансформатора остановился, а скорости вращения счетчиков фаз B и C были нормальными; скорость вращения счетчика фазы A измерительного устройства 100 кВ·А распределительного трансформатора значительно возросла, а скорости вращения счетчиков фаз B и C были нормальными. Поскольку эти два трансформатора работали параллельно в течение некоторого времени, учитывая вышеуказанные явления, можно исключить аварию распределительного трансформатора, вызванную циркулирующим током из-за несоблюдения условий параллельной работы трансформаторов. Поскольку персонал обнаружил, что 160 кВ·А трансформатор остановился, а 100 кВ·А трансформатор вращается очень быстро, предполагается, что авария распределительного трансформатора вызвана потерей фазы у 160 кВ·А распределительного трансформатора.

При проверке высоковольтных предохранителей трансформатора мощностью 160 кВ·А обнаружено, что предохранитель фазы A механически сломан внутри предохранительной трубки из-за внешнего напряжения. Реальная причина этого инцидента заключается в том, что из-за потери фазы A у распределительного трансформатора мощностью 160 кВ·А нагрузка фазы A всего поля была перенесена на распределительный трансформатор мощностью 100 кВ·А. Предохранители распределительного трансформатора мощностью 100 кВ·А не соответствуют необходимым спецификациям. Высоковольтный предохранитель с номинальным значением тока 20 А не смог эффективно сработать при перегрузке, что привело к нагреву и выбросу масла этого распределительного трансформатора во время работы под нагрузкой.
Меры по устранению
После замены предохранителя трансформатора мощностью 160 кВ·А и снижения нагрузки ситуация нормализовалась, и счетное устройство работает нормально. Распределительный трансформатор мощностью 100 кВ·А был выведен из эксплуатации. После охлаждения его измерили на наличие сопротивления изоляции, и никаких аномалий не обнаружено. При повторном вводе в эксплуатацию ситуация также нормальная.
Опыт и уроки
Основная причина этого инцидента заключается в том, что строительные рабочие не заметили нерационального соотношения предохранителей во время технического обслуживания, и распределительный трансформатор мощностью 100 кВ·А не смог эффективно сработать при перегрузке. После ввода в эксплуатацию состояние распределительного трансформатора не было своевременно проверено, что привело к работе трансформатора мощностью 160 кВ·А без одной фазы. В будущем необходимо проводить всесторонние проверки строго в соответствии с соответствующими правилами и техническими требованиями. Только после подтверждения, что условия эксплуатации соблюдены, оборудование может быть введено в эксплуатацию. После ввода в эксплуатацию следует немедленно провести испытания, чтобы своевременно выявлять проблемы и устранять потенциальные аварийные ситуации.
Профилактические стратегии технического обслуживания для устранения неисправностей распределительных трансформаторов
Профилактические стратегии технического обслуживания для устранения неисправностей распределительных трансформаторов являются ключом к обеспечению долгосрочной стабильной работы оборудования. С помощью научных методов технического обслуживания можно эффективно снизить частоту отказов, продлить срок службы оборудования и повысить надежность работы электросети. Ниже представлены несколько эффективных профилактических стратегий технического обслуживания.
Создание системы интеллектуального мониторинга на основе Интернета вещей (IoT)
Создание системы интеллектуального мониторинга на основе IoT является важным средством для реализации контроля состояния распределительных трансформаторов. Установка датчиков и устройств сбора данных позволяет в реальном времени отслеживать состояние трансформатора и своевременно выявлять потенциальные неисправности. Например, определенная энергетическая компания создала систему интеллектуального мониторинга, которая позволяет в реальном времени контролировать параметры, такие как температура масла, нагрузка и вибрация трансформатора. Точность раннего предупреждения о неисправностях достигает более 90%. Система интеллектуального мониторинга имеет преимущества высокой оперативности и широкого охвата, и является важным инструментом для профилактического обслуживания.
Продвижение трансформаторов с аморфным сплавовым сердечником
Трансформаторы с аморфным сплавовым сердечником имеют преимущества низкого холостого хода и значительного экономического эффекта. Продвижение таких трансформаторов позволяет эффективно снизить потери при работе трансформаторов и продлить срок их службы. Например, определенная энергетическая компания продвигает трансформаторы с аморфным сплавовым сердечником, что позволило снизить потери холостого хода на 65% и ежегодно экономить несколько миллионов юаней на электроэнергии. Трансформаторы с аморфным сплавовым сердечником имеют значительные экономические преимущества и хорошую экологическую эффективность, и представляют собой важное направление развития трансформаторов в будущем.
Реализация дифференцированного проектирования защиты от молний
Реализация дифференцированного проектирования защиты от молний является важной мерой для повышения способности распределительных трансформаторов противостоять удару молнии. В зависимости от рельефа и климатических условий различных регионов разрабатываются целевые планы защиты от молний. Например, один проектный институт внедрил дифференцированное проектирование защиты от молний, что снизило частоту отказов из-за удара молнии более чем на 50%. Дифференцированное проектирование защиты от молний имеет преимущества высокой целевой направленности и значительных результатов, и является важным средством предотвращения отказов из-за удара молнии.
Усиление управления оборудованием и технического обслуживания
Усиление управления оборудованием и технического обслуживания является основной работой по предотвращению неисправностей распределительных трансформаторов. Регулярные осмотры, техническое обслуживание и уход позволяют своевременно выявлять и устранять потенциальные неисправности. Например, местная энергетическая станция усилила управление оборудованием и техническое обслуживание, что снизило частоту отказов трансформаторов более чем на 30%. Усиление управления оборудованием и технического обслуживания имеет преимущества простоты выполнения и значительных результатов, и является важной мерой профилактического обслуживания.
Осуществление обслуживания по состоянию
Осуществление обслуживания по состоянию является важным средством для достижения точного обслуживания распределительных трансформаторов. Через мониторинг состояния и диагностику неисправностей разрабатываются целевые планы обслуживания. Например, местная энергетическая станция осуществляет обслуживание по состоянию, что повысило эффективность обслуживания трансформаторов более чем на 20%. Обслуживание по состоянию имеет преимущества высокой целевой направленности и эффективности, и является важным направлением развития профилактического обслуживания.
Заключение
Неисправности распределительных трансформаторов характеризуются значительной сложностью и неопределенностью. Конкретно, одни и те же типы неисправностей могут проявляться различными внешними признаками, а различные типы неисправностей могут вызывать похожие явные явления. Перекрестные и неуникальные характеристики проявлений неисправностей значительно увеличивают коэффициент сложности диагностики неисправностей. Однако информация о проявлениях неисправностей все еще является основным основанием и первичной отправной точкой для проведения работ по диагностике неисправностей.

Следовательно, в процессе реального устранения неисправностей необходимо сосредоточиться на извлечении наиболее представительных и типичных параметров, характеризующих неисправность. В то же время следует точно фиксировать многомерную информацию, такую как временная отметка, пространственное положение и условия окружающей среды, при которых произошла неисправность. На основе этих базовых данных используется системный метод анализа, что в конечном итоге позволяет точно локализовать место неисправности.

В качестве основного оборудования распределительной сети, ежедневная проверка и техническое обслуживание трансформаторов распределения являются основными мерами, обеспечивающими нормальную работу трансформатора и безопасное электроснабжение. Неисправности, описанные в этой статье, направлены на то, чтобы предупредить персонал через анализ этих неисправностей, делать выводы из одного случая к другому, укреплять анализ оборудования и предварительный контроль, обеспечивая долгосрочную стабильную, безопасную и надежную работу энергетической сети, тем самым повышая надежность электроснабжения и гарантируя экономические выгоды для предприятий и общества.