Felförebyggande och felsökning av distributionstransformatorer

Felorsaker för distributionstransformatorer
Fel orsakade av temperaturhöjning
Påverkan på metallmaterial
När en transformator är i drift och strömmen är för stor, vilket gör att kundbelastningen överskrider transformatorns nominella kapacitet, stiger temperaturen i transformatorn, vilket i sin tur mjukar upp metallmaterialen och minskar deras mekaniska styrka betydligt. Ta koppar som exempel. Om det exponeras för en högtemperaturmiljö över 200 °C under en lång tid, kommer dess mekaniska styrka att svagas betydligt; om temperaturen överskrider 300 °C under en kort period, kommer den mekaniska styrkan också att sjunka skarpt. För aluminiummaterial bör den långsiktiga arbetstemperaturen hållas under 90 °C, och den korttidsarbetstemperaturen bör inte överskrida 120 °C.
Påverkan av dålig kontakt
Dålig kontakt är en viktig orsak till många fel i distributionsutrustningar, och temperaturen på elektrisk kontakt del har en stor inverkan på kvaliteten på elektrisk kontakt. När temperaturen är för hög kommer ytan på ledningskontaktledningen att oksidera våldsamt, och kontaktresistansen kommer att öka betydligt, vilket leder till att temperaturen på ledaren och dess komponenter stiger, och i allvarliga fall kan kontakterna bli ihopsmälta.
Påverkan på isoleringsmaterial
När omgivande temperaturen överskrider det rimliga intervallet blir organiska isoleringsmaterial spröda, vilket accelererar åldringen, vilket leder till en betydande nedgång i isoleringsförmåga, och i allvarliga fall kan dielektrisk brytning inträffa. Studier visar att för klass A-isoleringsmaterial, inom deras temperaturmotståndsbredd, kommer effektiv livslängd att minska med nästan hälften för varje 8 - 10 °C temperaturökning. Detta samband mellan temperatur och livslängd kallas "termisk åldringseffekt", vilket är en viktig faktor som påverkar tillförlitligheten hos isoleringsmaterial.
 Fel i distributionstransformatorer orsakade av dålig kontakt
Fel orsakade av oksidation av skyddslager
För att förbättra den sammanlagda prestandan hos ledningskomponenter används ofta ytmodifieringstekniker i ingenjörsvetenskaplig praktik för att behandla viktiga kontaktplatser. Ta ledningsstången i en transformator som exempel. Ett edelmetallskyddslager (som guld, silver eller tinbasert legering) bildas vanligtvis på dess arbetsyta genom elektroplätering. Denna metallurgiska bindningslager kan betydligt förbättra de fysikaliska och kemiska egenskaperna vid kontaktytan.

Det bör noteras att under maskinell drift i utrustningsunderhåll eller under långsiktig termisk belastning kan lageret delvis lossna eller drabbas av oksidation och korrosion, vilket leder till problem såsom abnorm ökning av kontaktresistans och minskad strömledningsförmåga. Experimentella data visar att när tjockleksförlusten av lageret överskrider 30% kommer elektriska ledförmågan stabilitet vid gränssnittet visa en exponentiell nedgångstrend.
Kemisk korrosion orsakad av direkt anslutning av koppar och aluminium
I ett elektriskt anslutningssystem kommer direkt kontakt mellan olika metaller som koppar och aluminium att forma en signifikant elektrodpotentialskillnad, vars potentialvärde kan nå 0,6 - 0,7 V. Denna potentialskillnad kommer att utlösa allvarlig galvanisk korrosion. I ingenjörsvetenskaplig praktik, på grund av icke-konformitet med byggstandarder eller felaktig materialval, förekommer ofta direkt anslutning av koppar- och aluminiumledare utan övergångsbehandling.

Efter att denna anslutningsmetod matats med ström, kommer ett oxideringsfilmlager gradvis att formera sig vid kontaktytan, vilket resulterar i en icke-linjär ökning av kontaktresistansen. Under den nominella arbetstemperaturen är den effektiva livslängden för sådana kopplingar vanligtvis inte mer än 2000 timmar, och slutligen kommer fel att uppstå på grund av försämring av kontaktytan.
Allvarlig uppvärmning vid elektriska kontakter orsakad av dålig kontakt
Vid den faktiska installationen av distributionstransformatorer konfigureras vanligtvis antiförrättningsmätare på lågspänningssidan. På grund av den begränsade interna utrymmet i mätaren och icke-standardiserade byggtekniker uppstår ofta problem som virvling av trådar eller löst mekaniskt kramning av terminalblock. Dessa dåliga kopplingar kommer att leda till en abnorm ökning av kontaktresistansen, vilket orsakar överhettning under verkan av belastningsström, och sedan utlöser erosionen av lågspänningsledningsstången.

Mer allvarligt, den kontinuerliga temperaturhöjningen i slutet av lågspänningsvikten kommer att accelerera den termiska åldringen av isoleringsmaterialet, vilket skapar risker för partiell utsläppning. Samtidigt kommer överhettning också att orsaka att transformeroljan undergår en pyrolysereaktion, vilket minskar dess isoleringsstyrka och kylprestanda. Experimentella data visar att när oljetemperaturen kontinuerligt överskrider 85 °C, kommer dess brytningsvoltage att minska med ca 15% - 20% per år. Denna multipel försämringseffekt är mycket troligt att orsaka isoleringsbrytningsolyckor när man stöter på blixtnedslag eller växlingsöverspänning, vilket slutligen leder till att transformatorn misslyckas.
Fel i distributionstransformatorer orsakade av fuktighet
Ökningen av den relativa luftfuktigheten i omgivningen har en dubbel påverkan på isoleringssystemet för distributionsutrustning. För det första, den dielektriska styrkan av fuktig luft minskar betydligt, och dess brytningsfältstyrka är negativt korrelerad med fuktigheten; för det andra, adsorptionen av vattenmolekyler på ytan av isoleringsmaterial kommer att bilda ledande kanaler, vilket resulterar i en minskning av ytresistivitet. Mer allvarligt, när fuktighet diffuserar in i det inre av fasta isoleringsmedier eller löser sig i transformerolja, kommer det att orsaka en skarp ökning av dielektriska förluster.

När vattenhalten i transformerolja når ca 100 μL/L, kommer dess nätfrekvensbrytningsvoltage att sjunka till ca 12,5% av det initiala värdet. Denna försämring av isoleringsprestanda kommer att öka läckageströmmen i utrustningen betydligt. I en fuktig miljö kan partiell utsläppning uppstå även under den nominella driftsspänningen. Statistiska data visar att i en miljö med en relativ fuktighet som överstiger 85%, ökar felet frekvens för distributionstransformatorer med 3 - 5 gånger jämfört med i en torr miljö, främst uttryckt som isoleringsbrytning och ytsken.

Fel i distributionstransformatorer orsakade av felaktig installation av blixtnedslagsbeskydd
I elkraftsystemet påverkar prestandatillförlitligheten hos överspänningsbeskyddselement direkt driftsäkerheten för transformatorer. Som de huvudsakliga skyddskomponenterna är installationskvaliteten, drift och underhåll, samt förebyggande tester av metalloxidblixtnedslagsbeskydd (MOA) de viktigaste länkarna för att säkerställa deras effektivitet. Men på grund av icke-standardiserade byggtekniker, otillräcklig genomförande av testprocedurer, och brist på yrkeskunnande hos drift- och underhållspersonal, är det faktiska skyddseffekt av skyddselementen ofta starkt reducerad, vilket är en viktig orsak till isoleringsbrytningsolyckor för distributionstransformatorer.

Från driftpraktiken perspektiv, skyddelement kommer att påverkas av olika miljöstressorer under långsiktig service. Faktorer som temperaturcykler, mekaniska vibrationer och korrosiva medier kan leda till försämring av anslutningsprestanda för jordningsystemet. När systemet utsätts för blixtnedslag kommer den misslyckade jordningslingan inte kunna släppa överspänningsenergin i tid, vilket leder till termisk brytning av skyddselementet självt. Enligt statistik, bland fel fallen för skyddselement, utgör explosionsochlyckor orsakade av dålig jordning mer än 60%, och energisläppningsprocessen är ofta förenad med intensiv bågladdning.
Flera fel diagnostikmetoder för distributionstransformatorer
Fel diagnostik genom intuitiv bedömning
Fel diagnostik av distributionstransformatorer kan först bedömas genom externa egenskaper. Observationsinnehållet inkluderar: behållarens integritet (sprickor, deformering), mekanisk status (lossa fastigheter), täthetsegenskaper (läckagespor), ytkondition (smutsnivå, korrosionsfenomen), och avvikande tecken (färgändring, utsläppsmarkering, rökutveckling), etc. Dessa externa egenskaper har specifika motsvarande relationer med interna fel.

När transformeroljan visar en mörkbrun färg och har en bränd lukt, förenad med abnorm temperaturhöjning och drift av högspännings-sidans skyddselement, indikerar det vanligtvis att det finns avvikelser i magnetvägsystemet, möjligen isoleringsbrott mellan siliciumstålplattor eller flerpunktjordningsfel av magnetledaren.

Om driftströmmen ökar abnormt, oljetemperaturen stiger betydligt, de trefasiga parametrarna är asymmetriska, förenat med drift av lågspännings-sidans skyddselement, rök i oljereservoiret, och variationer i sekundärspänningen, kan det fastställas som ett vindningsbrott orsakat av isoleringsfel mellan vindningsledare. När de elektriska parametrarna för en viss fas helt försvinner (spänning och ström är 0), motsvarar detta typiskt en vindningsbrott eller kopplingsledarfusning.

Oljesprutan från oljereservoiret är ett viktigt tecken på allvarliga interna fel i transformatorn. När gasbildningshastigheten för felet överskrider tryckrelättsenhets bearbetningsförmåga, kommer positivt tryck att bildas inuti oljetanken. Inledningsvis visas det som läckage vid svaga tätningspunkter. När trycket fortsätter att stiga, kan oljesprut hända vid tankens monteringsyta. Detta slag av fel orsakas oftast av mellanfasisoleringbrott i vikten, vanligtvis förenat med fusning av högspännings-sidans skyddselement. Enligt statistik över gasreläåtgärder, kommer cirka 75% av allvarliga fel att genomgå denna utvecklingsprocess.
Fel diagnostik genom temperaturförändringar
Under drift av distributionstransformatorer, kommer strömförande ledare oundvikligen att generera värmeuppskott på grund av Joules effekt, vilket är en normal fysikalisk fenomen. Men när utrustningen har elektriska avvikelser (som isoleringsförsämring, dålig kontakt) eller mekaniska defekter (som vindningsdeformation, kylsystemsfel), kommer dess termiska jämviktstillstånd att rubbas, vilket visar sig som drifttemperaturen överstiger det designade tillåtna värdet. Enligt termisk åldringsteori, för varje 6 - 8 °C temperaturökning, kommer åldringstakten för isoleringsmaterial att fördubblas, vilket på ett betydande sätt påverkar utrustningens livslängd.

För abnorma temperaturhöjningar orsakade av interna fel, finns det vanligtvis uppenbara avvikelser i oljecirkulationssystemet. När hetpunkttemperaturen når det kritiska värdet, kommer transformeroljan att undergå en pyrolysreaktion, vilket genererar en stor mängd gas, vilket leder till att tryckrelättsenhet fungerar, vilket resulterar i oljeläckage eller oljesprut. I ingenjörsvetenskaplig praktik kan en enkel metod användas för att först bedöma utrustningens temperaturstatus: om transformatorbehållarens yta kan beröras med handen i mer än 10 sekunder, är dess ytteperatur vanligtvis inte mer än 60 °C. Detta empiriska värde kan användas som referens för snabb bedömning på plats.
Fel diagnostik genom doftförändringar
Genom att öppna oljepillownas lock, kan en speciell pungent bränd lukt kännas. Detta indikerar att spolen inuti transformatorn är bränd, ofta förenat med fusning av två till tre-fasfallutfallsglas.

Fel diagnostik genom ljudförändringar
Under drift av en transformator, kommer magnetostrictionseffekten som genereras av magnetisering av järnkärnan att utlösa periodiska mekaniska vibrationer. Dessa vibrationer och deras medföljande akustiska egenskaper fungerar som viktiga indikatorer för utrustningens normala drift. Akustisk diagnostikteknik möjliggör effektiv övervakning av transformatorns driftstatus. Specifikt, ljudsignalens frekvenskarakteristik, ändringar i ljudtrycksnivån, och vibrationspektrakarakteristik kan avslöja potentiella fel i utrustningen.

När du använder den akustiska detektionsmetoden kan en ledningsstång (som en isoleringsstång) användas som medium för ljudvågskonduktion. Ena änden av stången kommer i kontakt med utrustningens yttre skal, och den andra änden placeras nära det auditiva organet för att lyssna. När abnormala ljudsignaler upptäcks, bör förebyggande underhållsåtgärder snabbt vidtas för att förhindra att fel eskalerar. Nedan följer korrespondensen mellan typiska akustiska egenskaper och feltyper:

• Intermittenta "klick" ljud: Vanligtvis indikerar detta att järnkärnplattorna är lösa eller att fastighetsmomentet för fastigheter är otillräckligt. Ljudtrycksnivån ligger vanligtvis inom intervallet 60 till 70 decibel.
  Högfrekventa utsläpps ljud: Vid partiell utsläppning, visar ljudsignalerna en "knackande" karaktär. I allvarliga fall kan ljudtrycksnivån överskrida 85 decibel, och synliga utsläppsmarkeringar förekommer ofta.

• Plötsliga explosiva ljud: Dessa inträffar ofta när ledningarnas isolering är skadad eller det finns en utsläppning till mark. Den plötsliga ändringen i ljudtrycksnivån överskrider 20 decibel.

• Lågfrekventa dånande ljud: Vanligtvis associeras med lågspännings-sidans jordningsfel, ljudsignalernas frekvens är koncentrerad inom intervallet 100 till 400 hertz.

• Skarpa hvisslande ljud: Detta indikerar att utrustningen är i ett överexciterat tillstånd, och ljudsignalernas huvudfrekvens ligger vanligtvis mellan 1 och 2 kilohertz.

• Bubblor kokar ljud: Vid abnorma ökningar av oljetemperaturen, visar ljudsignalerna en kontinuerlig "borrande" karaktär, vilket vanligtvis indikerar försämring av oljens isoleringsförmåga.

Fel diagnostik genom instrument
På grund av utrustningsteknikens begränsningar, använder elverkstationer mestadels en multimeter för att mäta om motståndet i vindningsledare är ledande för att fastställa om det finns brutna trådar eller vindningsbrott inuti transformatorn; en isoleringsresistansmätare används för att mäta isoleringsresistansen för varje vinding i transformatorn till mark, för att fastställa om huvudisoleringen är brytt. När isoleringen mellan vinding och mark eller mellan faser är brytt, kommer dess isoleringsimpedansvärde att närma sig 0 Ω.

När man testar vindningens isoleringsprestanda behöver man mäta isoleringsparametrarna för följande tre kretsar separat: isoleringsresistansen mellan primär vinding, sekundär vinding, och behållare; isoleringsresistansen mellan sekundär vinding, primär vinding, och behållare; samt isoleringsresistansen mellan primär vinding och sekundär vinding. Det bör noteras att referensmarkpotentialpunkten i testet är transformatorns metalliska behållarkonstruktion. Referensvärdena för isoleringsresistansen för oljebadade transformatorer visas i tabell 1.

Fel diagnostiktekniker för distributionstransformatorer
Fel diagnostiktekniker för distributionstransformatorer är viktiga medel för att säkerställa utrustningens säkra drift. Genom avancerade diagnostiktekniker kan potentiella fel upptäckas i tid, och effektiva åtgärder vidtas för att förhindra felets utbredning. Nedan introduceras några vanligt använda fel diagnostiktekniker för distributionstransformatorer.
Vindnings DC-resistans test
Vindnings DC-resistans test är en av de grundläggande metoderna för att mäta transformatorvindningars hälsotillstånd. Genom att mäta vindningens DC-resistans kan det fastställas om det finns problem som brutna trådar, dålig kontakt, eller vindningsbrott i vindningen. Till exempel, under rutininspektion av en transformator i en viss region, upptäcktes en avvikande DC-resistans för högspännings-sidans vindning. Vidare inspektion avslöjade ett vindningsbrott i vindningen. Tidig ersättning av vindningen undvek att ett allvarligare fel uppstod. Vindnings DC-resistans test har fördelarna med enkel drift och intuitiva resultat, och det är en oumbärlig mätmetod i den dagliga underhållningen av transformatorer.
Dissolverade gasanalys (DGA)
Dissolverade gasanalys (DGA) är en viktig teknisk metod för att diagnostisera transformatorers interna fel. Genom att analysera komponenterna och innehållet av gaser som dissolveras i transformeroljan, kan det fastställas om det finns fel som överhettning och utsläpp inuti transformatorn. Med hjälp av IEC60599 tre kvot-metoden kan utsläppstyperna identifieras noggrant. Till exempel upptäcktes höga koncentrationer av etyn (C2H2) och vätgas (H2) i oljan för en viss transformator. Analys med tre kvot-metoden fastställde det som ett utsläppsfel. Tidig reparation undvek utrustningskada. DGA har fördelarna med hög känslighet och noggrann diagnostik, och det är ett viktigt medel för att övervaka transformatorers tillstånd.
Partiell utsläppsdetektion
Partiell utsläppsdetektion är en viktig metod för att utvärdera transformatorers isoleringskondition. Partiell utsläppning inträffar vanligtvis i svaga isoleringsområden, och långsiktig utsläppning kommer att leda till att isoleringsmaterial gradvis försämras, vilket slutligen orsakar allvarliga fel. Genom partiell utsläppsdetektion kan isoleringsdefekter upptäckas i tid, och förebyggande åtgärder vidtas. Till exempel, under partiell utsläppsdetektion av en viss transformator, upptäcktes en utsläppningsfenomen i högspännings-bushing. Efter att ha bytt bushing, försvann utsläppningsfenomenet, vilket effektivt förlängde utrustningens livslängd. Partiell utsläppsdetektion har fördelarna med icke-destruktivitet och hög känslighet, och det är ett viktigt medel för att övervaka transformatorers isolering.
Kombinerad vibrations- och ljuddetektion
Kombinerad vibrations- och ljuddetektion innebär att bestämma om det finns mekaniska fel inuti utrustningen genom att analysera vibrations- och ljudsignalerna under transformatorns drift. Till exempel, för en defekt transformator, översteg vibrationsamplituden standarden med 3 dB i 125 Hz frekvensbandet. Inspektion avslöjade att järnkärnklammen var löst. Efter tidig återställning, återgick vibrationen till normal. Kombinerad vibrations- och ljuddetektion har fördelarna med realtidsövervakning och noggrann diagnostik, och det är ett viktigt medel för att diagnostisera mekaniska fel i transformatorer.
Infraröd termografi-detektion
Infraröd termografi-detektion innebär att bestämma om det finns överhettningfel i utrustningen genom att mäta temperaturfördelningen på transformatorns yta. Till exempel, under infraröd termografidetektion av en viss transformator, upptäcktes en abnorm temperatur vid anslutningen av högspännings-bushing. Inspektion avslöjade att anslutningsbolten var löst. Efter tidig återställning, återgick temperaturen till normal. Infraröd termografi-detektion har fördelarna med icke-kontakt och snabb diagnostik, och det är ett viktigt medel för att diagnostisera överhettningfel i transformatorer.
Felborttagningsmetoder och exempel för distributionstransformatorer
Ledningstrippning orsakad av vindningsbrott i transformator
Felfenomen
En överströmningstrippning inträffade på en 10 kV-ledning i en viss station. Efter att ha minskat en del av lasten, inträffade fortfarande överströmning under provstart.
Felanalys
När driftpersonalen anlände till felområdet, använde de först en megohmmeter för att testa strömförsörjningsledningens isoleringsprestanda, och det mätta isoleringsvärdet till marken var cirka 2 MΩ. Därefter anslöt ett övervakningsinstrument till den öppna delta-terminalen på sekundär sidan av 10 kV-spänningstransformatorn. Under den temporära strömförsörjningstestningen observerades spänningsläsningen vara cirka 40 V. Genom att kombinera resultaten från platsundersökningen, anslöts