Analiza grešaka i slučajevi otklanjanja problema sa distribucijskim transformatorima

Uzroci kvarova distribucijskih transformatora
Kvarovi uzrokovani porastom temperature
Uticaj na metalne materijale
Kada se transformator koristi, ukoliko je struja prevelika, što dovodi do prekoračenja kapaciteta transformatora, temperatura transformatora će se povećati, čime će metali postati mekaniji i značajno smanjiti svoju mehaničku čvrstoću. Uzmimo za primer bakar. Ako je dugo izložen visokoj temperaturi iznad 200 °C, njegova mehanička čvrstoća će biti značajno oslabljena; ako temperatura premaši 300 °C u kratkom periodu, mehanička čvrstoća će takođe brzo opasti. Za aluminijum, dugotrajna radna temperatura treba da bude ispod 90 °C, a kratkotrajna radna temperatura ne bi trebalo da premaši 120 °C.
Uticaj lošeg kontakta
Loš kontakt predstavlja važan uzrok mnogih kvarova distribucijske opreme, a temperatura električnog kontaktnog dela ima veliki uticaj na kvalitet električnog kontakta. Kada je temperatura previsoka, površina vodilja za električni kontakt će se žestoko oksidirati, a otpor kontakta će se značajno povećati, što će dovesti do porasta temperature vodilja i njegovih komponenti, a u ekstremnim slučajevima kontakti mogu biti spajeni zajedno.
Uticaj na izolacione materijale
Kada okružujuća temperatura premaši razumnu granicu, organski izolacioni materijali postaju krhiljavi, ubrzavajući proces starenja, što dovodi do značajnog opadanja izolacionih osobina, a u težim slučajevima može doći do dielektričkog proboja. Istraživanja pokazuju da za materijale klase A, unutar njihovog temperature - odoljivog opsega, svaki porast temperature od 8 - 10 °C, efektivni vremenski rok trajanja materijala smanjiće se gotovo za polovinu. Ova veza između temperature i vremenskog roka trajanja poznata je kao "termičko staranje", što je važan faktor koji utiče na pouzdanost izolacionih materijala.
 Kvarovi distribucijskih transformatora uzrokovani lošim kontaktom
Kvarovi uzrokovani oksidacijom zaštitnih prevlaka
Da bi se poboljšale integrisane performanse vodilnih elemenata, inženjerska praksa često koristi tehnologije za modifikaciju površine za tretiranje ključnih kontaktnih delova. Uzmimo za primer vodilni štap transformatora. Na njegovoj radnoj površini obično se formira dragocjeni zaštitni sloj (poput zlata, srebra ili baza na osnovu stanca) putem elektrolitne galvanizacije. Ovaj metalurški spojni sloj može značajno poboljšati fizikalne i hemijske osobine kontaktnog sučelja.

Treba napomenuti da tokom mehaničkog rada pri održavanju opreme ili pod dugotrajanom toplinskom opterećenjem, prevlake se mogu delimično odlupati ili doživeti oksidaciju i koroziju, time dovodeći do problema poput anormalnog porasta otpora kontakta i smanjenja kapaciteta nosivosti struje. Eksperimentalni podaci pokazuju da kada gubitak debljine prevlake premaši 30%, električna provodljivost stabilnosti njegovog sučelja pokazuje eksponencijalnu tendenciju opadanja.
Hemijska korozija uzrokovana direktnim spajanjem bakra i aluminijuma
U električnom spajnom sistemu, direktni kontakt između disimilarnih metala, bakra i aluminijuma, formira značajan potencijalni razliku, a njegova vrijednost može doseći 0.6 - 0.7 V. Ova razlika potencijala može pokrenuti ozbiljnu galvansku koroziju. U inženjerskoj praksi, zbog nepridržavanja specifikacija izgradnje ili neadekvatnog izbora materijala, često se javlja direktno spajanje bakra i aluminijuma bez prijelaznog tretmana.

Nakon energizacije ovog spajanja, na sučelju kontakta se postepeno formira sloj oksidnog filma, što dovodi do nelinearnog porasta otpora kontakta. Pod nominalnom radnom temperaturom, efektivni vremenski rok trajanja takvih spojeva obično nije duži od 2000 sati, a na kraju dolazi do kvarova zbog deteroracije površine kontakta.
Značajno zagrijavanje električnih kontakata uzrokovano lošim kontaktom
Tokom stvarne instalacije distribucijskih transformatora, na niskonaponskoj strani obično se konfigurišu anti-krađa mjerni kutije. Zbog ograničenog internog prostora mjernog kutija i ne standardnih tehnik izgradnje, često se javljaju probleme poput zapletanja žica ili luka mehaničkog presavijanja terminalnih blokova. Ovi loši spajanja dovode do anormalnog porasta otpora kontakta, što uzrokuje pregrejanje pod dejstvom strujnog opterećenja, a zatim i ablaciju kvara niskonaponskog vodilnog štapa.

Još ozbiljnije, kontinuirani porast temperature na kraju niskonaponskog navijanja ubrzava termički proces starenja izolacionog materijala, stvarajući skrivene opasnosti parcijalne raspršene struje. Istovremeno, pregrejanje uzrokuje i termičku reakciju transformatorskog ulja, smanjujući njegovu izolacionu čvrstoću i hlađenje. Eksperimentalni podaci pokazuju da kada temperatura ulja kontinuirano premaši 85 °C, njegov probnijački napon smanjiće se oko 15% - 20% godišnje. Ovaj višestruki efekat deteroracije vrlo je verovatno da uzrokuje kvarove izolacionog proboja kada se suoče sa prenaprezanjem naponske greške ili preključnim prenaprezanjem, što konačno dovodi do kvara transformatora.
Kvarovi distribucijskih transformatora uzrokovani vlagošću
Povećanje relativne vlagošću okruženja ima dvostruki uticaj na izolacioni sistem distribucijske opreme. Prvo, dielektrička čvrstoća vlažnog zraka značajno opada, a njegov probnijački napon je negativno koreliran s vlagošću; drugo, adsorpcija molekula vode na površini izolacionih materijala formira provodne kanale, što dovodi do smanjenja površinskog otpora. Još ozbiljnije, kada vlaga difundira u unutrašnjost čvrstih izolacionih medija ili se otopi u transformatorskom ulju, doći će do oštrog porasta dielektričkih gubitaka.

Kada se sadržaj vode u transformatorskom ulju dostigne oko 100 μL/L, njegov probnijački napon na frekvenci snage smanjiće se na oko 12.5% početne vrijednosti. Ova deteroracija izolacionih performansi značajno povećava curenju struju opreme. U vlažnom okruženju, mogu se javiti parcijalne raspršene struje čak i pod nominalnim radnim naponom. Statistički podaci pokazuju da u okruženju s relativnom vlagošću preko 85%, stopa kvarova distribucijskih transformatora poveća se 3 - 5 puta u odnosu na suho okruženje, uglavnom kao kvarovi izolacionog proboja i površinski proboj.

Kvarovi distribucijskih transformatora uzrokovani nepravilnom instalacijom zaštitnih uređaja od gremlina
U energetskom sistemu, pouzdanost performansi uređaja za zaštitu od prenaprezanja direktno utiče na sigurnost rada transformatora. Kao glavni zaštitni elementi, kvalitet instalacije, održavanja i preventivnih testova metal-oksidičnih zaštitnika (MOA) su ključni segmenti za osiguranje njihove efikasnosti. Međutim, zbog ne standardnih tehnik izgradnje, nedovoljno implementiranih procedura detekcije i nedostatka profesionalne pismenosti osoblja za održavanje, stvarni efekat zaštitnih uređaja često je značajno smanjen, što predstavlja važan uzrok kvarova izolacionog proboja distribucijskih transformatora.

Iz perspektive praktične primene, zaštitni uređaji tokom dugotrajne usluge budu izloženi različitim stresovima okruženja. Faktori poput ciklusa temperature, mehaničkih vibracija i korozivnih medija mogu dovesti do degeneracije performansi spajanja zemlja. Kada se sistem izloži udaru gremlina, neispravni zemljišni petlja neće moći da ispušta prekomjeru energiju prenaprezanja, što će dovesti do termičkog proboja samog zaštitnog uređaja. Prema statistici, među slučajevima kvarova zaštitnih uređaja, eksplozivni incidenti uzrokovani lošom zemljom predstavljaju preko 60%, a proces ispuštanja energije često je pratnjen intenzivnim luksovim.
Neki metodi dijagnostike kvarova distribucijskih transformatora
Dijagnostika kvarova preko intuitivnog sudženja
Dijagnostiku kvarova distribucijskih transformatora može se inicijalno ocijeniti preko vanjskih karakteristika. Sadržaj posmatranja uključuje: integritet kućišta (pukotine, deformacije), mehanički status (lučna veziva), zapečatljivost (traga curenja), stanje površine (razina prljavštine, pojave korozije) i anormalne znakove (promene boje, tragovi raspršene struje, pojava dima), itd. Ove vanjske karakteristike imaju specifične odgovarajuće odnose sa unutrašnjim kvarovima .

Kada transformatorsko ulje ima tamnobraonu boju i miriše na spaljenu mirovinu, uz anormalni porast temperature i rad visokonaponskih zaštitnih komponenti, to obično ukazuje da postoje anomalije u magnetnom krugu, moguće da je to oštećenje izolacije između listova silikonskog čelika ili višetočne zemlje magnetskog vodilja.

Ako operativna struja anormalno poraste, temperatura ulja značajno poraste, parametri tri faze budu asimetrični, uz rad niskonaponskih zaštitnih uređaja, pojavu dima u rezervuaru ulja i fluktuacije sekundarnog naponskog nivoa, može se zaključiti da je to kvar kratkog spoja između zavojaka uzrokovanih neuspjehom izolacije između vodilja zavoja. Kada električni parametri određene faze potpuno nestanu (napon i struja su 0), ta karakteristika obično odgovara otvorenom zavoju ili spajanju vodilja.

Pojava ulja iz rezervuara ulja predstavlja važan znak ozbiljnih unutrašnjih kvarova transformatora. Kada se stopa generisanja gasa kvara premaši obradnu sposobnost uređaja za smanjenje pritiska, unutar nafte tanka nastaje pozitivni pritisak. Inicijalno, to se manifestuje kao curenje na slabinama zapečatljivosti. Dok pritisak nastavlja da raste, može doći do pojava ulja na spojnoj površini tela tanka. Ovaj tip kvara obično je rezultat proboja izolacije između faza zavoja, obično uz spajanje visokonaponskih zaštitnih komponenti. Prema statistici akcija gasnog releja, oko 75% ozbiljnih kvarova prođe kroz ovaj razvojni proces.
Dijagnostika kvarova preko promena temperature
Tijekom rada distribucijskih transformatora, vodilji koji nose struju neizbežno generišu gubitke topline zbog Joule-ovog efekta, što je normalan fizikalni fenomen. Međutim, kada oprema ima električne anomalije (poput degradacije izolacije, lošeg kontakta) ili mehaničke defekte (poput deformacije zavoja, neispravnosti hlađenja sistema), njen termodinamički ravnotežni stanje bit će narušen, što se manifestuje prekoračenjem projektnog dopuštenog vrednosti temperature rada. Prema teoriji termičkog starenja, za svaki 6 - 8 °C porast temperature, stopa starenja izolacionih materijala podvoji se, što značajno utiče na vremenski rok trajanja opreme.

Za anormalne poraste temperature uzrokovane unutrašnjim kvarovima, obično postoje očigledne anomalije u sustavu ulja. Kada temperatura točke topline doseže kritičnu vrijednost, transformatorsko ulje podvrgnut će se pirolitičkoj reakciji, generišući veliku količinu gasa, što će dovesti do rada uređaja za smanjenje pritiska, uzrokujući curenje ulja ili pojavu ulja. U inženjerskoj praksi, jednostavna metoda može se koristiti za inicijalnu procjenu temperature opreme: ako se površina kućišta transformatora može dodirnuti rukom duže od 10 sekundi, njegova površinska temperatura obično ne prelazi 60 °C. Ova empirijska vrijednost može se koristiti kao referentna vrijednost za brzu procjenu na mestu.
Dijagnostika kvarova preko promena mirisa
U trenutku otvaranja poklopca rezervuara ulja, može se osetiti poseban ljuti miris spaljene mirovine. To ukazuje na to da je zavojak unutar transformatora spaljen, često uz spajanje dvofaznih padajućih prekidača.

Dijagnostika kvarova preko promena zvuka
Tijekom rada transformatora, magnetostrukturni efekat generisan magnetizacijom željeznog jezgra pokreće periodične mehaničke vibracije. Ove vibracije i njihove akustičke karakteristike predstavljaju važne indikatore normalnog rada opreme. Akustička dijagnostika omogućuje efikasno praćenje stanja rada transformatora. Konkretno, frekvencijske karakteristike zvučnog signala, promene nivoa zvučnog pritiska i karakteristike vibracionog spektra mogu otkriti potencijalne kvarove opreme.

Pri upotrebi akustičke metode detekcije, može se koristiti vodiljak (poput izolovanog štapa) kao medij za prenos zvučnih valova. Jedan kraj štapa dotiče se vanjske omotačke opreme, a drugi se postavlja blizu auditivnog organa za slušanje. Kada se otkriju anormalni zvučni signali, trebaju se odmah poduzeti preventivne održavajuće mere kako bi se sprečilo eskaliranje kvarova. E vo su odgovarajućnosti između tipičnih akustičkih karakteristika i tipova kvarova:

• Intermitentni "klik" zvukovi: Obično, to ukazuje na to da su lamelice željeznog jezgra luke ili da su veziva nedovoljno zategnuta. Nivo zvučnog pritiska obično se nalazi u opsegu od 60 do 70 decibela.
  Visokofrekventni zvukovi raspršene struje: Prateći fenomen parcijalne raspršene struje, zvučni signali pokazuju karakteristiku "crckanja". U težim slučajevima, nivo zvučnog pritiska može premašiti 85 decibela, a često se javljaju vidljivi znakovi raspršene struje.

• Nekontinuirani eksplozivni zvukovi: Ovi se najčešće javljaju kada je oštećena izolacija vodilja ili došlo je do raspršene struje prema zemlji. Nekontinuirana promena nivoa zvučnog pritiska premašuje 20 decibela.

• Niskefrekvencijski gromovi: Obično su povezani s kvarovima zemlje na niskonaponskoj strani, a frekvencija zvučnih signala se koncentriše u opsegu od 100 do 400 hercija.

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

• Bubljanje: Prateći anormalne poraste temperature ulja, zvučni signali pokazuju kontinuiran "burbuljajući" karakter, obično ukazuje na deteroraciju performansi izolacije ulja.

Dijagnostika kvarova preko instrumenata
Zbog ograničenja tehnologije opreme, elektrane uglavnom koriste multimeter za merenje da li je otpornost vodilja zavoja provodljiva kako bi se utvrdilo da li postoje prekid vodilja ili kratak spoj između zavoja unutar transformatora; tester izolacionog otpora koristi se za merenje izolacionog otpora svakog zavoja transformatora prema zemlji, kako bi se utvrdilo da li je glavna izolacija probojena. Kada je izolacija između zavoja i zemlje ili između faza probojena, njena vrijednost izolacionog otpora će se približiti 0 Ω.

Prilikom testiranja izolacionih performansi zavoja, potrebno je izmjeriti izolacione parametre sledećih tri kola redom: izolacioni otpor između primarnog zavoja, sekundarnog zavoja i kućišta; izolacioni otpor između sekundarnog zavoja, primarnog zavoja i kućišta; i izolacioni otpor između primarnog zavoja i sekundarnog zavoja. Treba napomenuti da je referentna tačka zemljišta u testu metalna struktura kućišta transformatora. Referentne vrijednosti izolacionog otpora za transformatore namočeni u ulju prikazane su u Tabeli 1.

Tehnologije dijagnostike kvarova distribucijskih transformatora
Tehnologije dijagnostike kvarova distribucijskih transformatora su ključni sredstva za osiguranje sigurnog rada opreme. Kroz napredne tehnologije dijagnostike, mogu se na vreme otkriti potencijalni kvarovi, a efikasne mere mogu se poduzeti kako bi se sprečilo širenje kvarova. U nastavku su predstavljene nekoliko često korišćenih tehnologija dijagnostike kvarova distribucijskih transformatora.
Test direktnog otpora zavoja
Test direktnog otpora zavoja je jedan od osnovnih metoda za otkrivanje stanja zdravlja zavoja transformatora. Mjeranjem direktnog otpora zavoja, može se utvrditi da li postoje problemi poput prekida vodilja, lošeg kontakta ili kratkog spoja između zavoja. Na primjer, tokom redovnog pregleda transformatora u nekoj regiji, otkriven je anormalan direktni otpor visokonaponskog zavoja. Dalji pregled je otkrio kratak spoj između zavoja. Vremenska zamjena zavoja spriječila je pojavu još težeg kvara. Test direktnog otpora zavoja ima prednosti jednostavne operacije i intuitivnih rezultata, i predstavlja neophodnu metodu detekcije u svakodnevnom održavanju transformatora.
Analiza dizolviranih gasova (DGA)
Analiza dizolviranih gasova (DGA) je važan tehnički sredstvo za dijagnozu unutrašnjih kvarova transformatora. Analizom sastavnih dijelova i sadržaja gasova dizolviranih u transformatorskom ulju, može se utvrditi da li postoje kvarovi poput pregrejanja i raspršene struje unutar transformatora. Koristeći IEC60599 tri omjera metodu, mogu se precizno identificirati kvarovi tipa raspršene struje. Na primjer, visoke koncentracije etilena (C2H2) i vodonika (H2) bile su otkrivene u ulju nekog transformatora. Analiza tri omjera metodom utvrdila je da je to kvar tipa raspršene struje. Vremensko održavanje spriječilo je oštećenje opreme. DGA ima prednosti visoke osjetljivosti i precizne dijagnoze, i predstavlja važno sredstvo za nadgledanje stanja transformatora.
Detekcija parcijalne raspršene struje
Detekcija parcijalne raspršene struje je važna metoda za procjenu stanja izolacije transformatora. Parcijalna raspršena struja obično se javlja u slabinim područjima izolacije, a dugotrajna raspršena struja dovodi do postepene deteroracije materijala izolacije, što konačno dovodi do težih kvarova. Kroz detekciju parcijalne raspršene struje, mogu se na vreme otkriti defekti izolacije, a preprečiteljne mere mogu se poduzeti. Na primjer, tokom detekcije parcijalne raspršene struje nekog transformatora, otkriven je fenomen raspršene struje u visokonaponskom bušilju. Nakon zamjene bušilja, fenomen raspršene struje nestao je, efektivno produžujući vremenski rok trajanja opreme. Detekcija parcijalne raspršene struje ima prednosti nesmetanja i visoke osjetljivosti, i predstavlja važno sredstvo za nadgledanje izolacije transformatora.
Kombinirana detekcija vibracija i zvuka