Аналіз відмов та випадки усунення несправностей розподільчих трансформаторів
Причини виникнення вад у розподільних трансформаторах
Вади, спричинені підвищенням температури
Вплив на металеві матеріали
При роботі трансформатора, якщо струм занадто великий, що призводить до перевищення навантаження клієнта над номінальною потужністю трансформатора, температура трансформатора підвищується, що, у свою чергу, м'якшає металеві матеріали і значно зменшує їх механічну міцність. Наприклад, мед, якщо його довго держати в умовах високої температури (понад 200 °C), значно ослаблює свою механічну міцність; якщо температура перевищує 300 °C на короткий час, механічна міцність також швидко знижується. Для алюмінієвих матеріалів довготривала робоча температура повинна бути нижче 90 °C, а короткотривала робоча температура не повинна перевищувати 120 °C.
Вплив поганого контакту
Поганий контакт є важливою причиною багатьох випадків виходу з ладу розподільного обладнання, а температура електричного контакту має великий вплив на якість електричного контакту. Коли температура занадто висока, поверхня провідника електричного контакту буде інтенсивно окислюватися, а опір контакту значно збільшиться, що призведе до підвищення температури провідника та його компонентів, а в крайньому випадку контакти можуть зваритися разом.
Вплив на ізоляційні матеріали
Коли оточуюча температура перевищує розумний діапазон, органічні ізоляційні матеріали стануть хрупкими, прискорюючи процес їхнього старіння, що призведе до значного падіння ізоляційних властивостей, а в крайньому випадку може трапитися пробій ізоляції. Дослідження показали, що для ізоляційних матеріалів класу A, в межах їхньої температурної стійкості, кожне підвищення температури на 8-10 °C скорочує ефективний термін служби матеріалу практично наполовину. Цей зв'язок між температурою та терміном служби називається "термічним старінням", що є важливим фактором, що впливає на надійність ізоляційних матеріалів.
Вади розподільних трансформаторів, спричинені поганим контактом
Вади, спричинені окисленням захисних покриттів
Для покращення загальної продуктивності провідних компонентів, в інженерній практиці часто використовують технології модифікації поверхні для обробки ключових контактних частин. Наприклад, для провідного валу трансформатора на його робочій поверхні зазвичай формують захисний шар з благородного металу (наприклад, золота, срібла або сплаву на основі олова) через гальванічне покриття. Цей металургічний зв'язковий шар може значно покращити фізичні та хімічні властивості контактного інтерфейсу.
Варто звернути увагу, що під час механічної роботи під час технічного обслуговування обладнання або під тривалим тепловим навантаженням, покриття може частково відшаруватися або страждати від окислення та корозії, що, в свою чергу, призведе до проблем, таких як аномальне збільшення опору контакту та зменшення пропускної здатності. Експериментальні дані показують, що коли втрата товщини покриття перевищує 30%, електропровідність його інтерфейсу буде демонструвати експоненціальний спад.
Хімічна корозія, спричинена безпосереднім з'єднанням меди та алюмінію
У електричній системі з'єднання різних металів, таких як медь та алюміній, створять значну різницю електродних потенціалів, значення якої може досягати 0,6-0,7 В. Ця різниця потенціалів запускає серйозну гальванічну корозію. У інженерній практиці через невідповідність будівельним специфікаціям або неправильний вибір матеріалів, безпосереднє з'єднання медних та алюмінієвих провідників без переходу зустрічається часто.
Після того, як цей метод з'єднання буде підключений, на контактному інтерфейсі поступово утвориться шар оксидної плівки, що призведе до нелінійного зростання опору контакту. При номінальній робочій температурі ефективний термін служби таких з'єднань зазвичай не перевищує 2000 годин, і, нарешті, відбудуться відмови через погіршення поверхні контакту.
Сильне нагрівання електричних контактів, спричинене поганим контактом
При фактичному монтажі розподільних трансформаторів на стороні низького напруги зазвичай конфігурують антисприймачі вимірювальні скрині. Через обмежену внутрішню простору вимірювальної скрині та нестандартні будівельні технології часто виникають проблеми, такі як намотка проводів або слабке механічне з'єднання клемних блоків. Ці погані з'єднання призведуть до аномального збільшення опору контакту, що призведе до перегріву під дією струму навантаження, а потім до відмови низьковольтового провідного валу.
Ще серйозніше, постійне підвищення температури на кінці низьковольтового витка прискорить процес термічного старіння ізоляційного матеріалу, створюючи приховані небезпеки локального розряду. Одночасно, перегрів також призведе до піролітичної реакції трансформаторного масла, що знизить його ізоляційну міцність та охолоджувальні властивості. Експериментальні дані показують, що коли температура масла постійно перевищує 85 °C, його пробійна напруга знижується приблизно на 15-20% щороку. Цей кратний процес погіршення дуже ймовірно призведе до аварій пробою ізоляції при зустрічі з перенапруженнем від блискавки або комутації, що, нарешті, призведе до відмови трансформатора.
Вади розподільних трансформаторів, спричинені вологістю
Збільшення відносної вологісті оточення має подвійний вплив на ізоляційну систему розподільного обладнання. По-перше, діелектрична міцність вологого повітря значно знижується, а його пробійна напруга має від'ємний зв'язок з вологістю; по-друге, адсорбція молекул води на поверхні ізоляційних матеріалів створить провідні канали, що призведе до зниження поверхневого опору. Більш серйозно, коли волога дифузує всередину твердих ізоляційних середовищ або розчиняється в трансформаторному маслі, це призведе до стрімкого зростання діелектричних втрат.
Коли вміст води в трансформаторному маслі досягає приблизно 100 μL/L, його промислова частота пробійної напруги знижується до приблизно 12,5% початкового значення. Це погіршення ізоляційної продуктивності значно збільшить струм втечки обладнання. У вологому середовищі, навіть при номінальній робочій напругі, може відбуватися локальний розряд. Статистичні дані показують, що у середовищі з відносною вологістю, яка перевищує 85%, частка відмов розподільних трансформаторів збільшується в 3-5 разів порівняно з сухим середовищем, головним чином проявляючись як аварії пробою ізоляції та поверхневі відмови.
Вади розподільних трансформаторів, спричинені неправильним монтажем грозозахисних пристроїв
У енергетичній системі надійність роботи пристроїв захисту від перенапруження прямо впливає на безпеку роботи трансформаторів. Як основні захищаючі компоненти, якість монтажу, експлуатації та технічного обслуговування, а також проведенні профілактичні випробування металоксидних грозозахисних пристроїв (МОА) є ключовими елементами, які забезпечують їх ефективність. Проте через недотримання будівельних специфікацій, недостатнє впровадження процедур контролю та відсутність професійної грамотності особистого складу, фактична ефективність захисних пристроїв часто значно знижується, що є важливою причиною аварій пробою ізоляції розподільних трансформаторів.
З точки зору експлуатаційної практики, захисні пристрої піддаються впливу різних екологічних напружень під час довготривалої служби. Фактори, такі як температурні цикли, механічні вібрації та корозійні середовища, можуть призвести до вироблення зв'язку заземлюючої системи. Коли система піддається удару від блискавки, неспроможна заземлююча петля не зможе вчасно відвести енергію перенапруження, що призведе до термічного пробою самого захисного пристрою. За статистикою, серед випадків відмов захисних пристроїв, аварії, спричинені поганим заземленням, становлять більше 60%, а процес відпускання енергії часто супроводжується інтенсивним дуговим розрядом.
Нескільки методів діагностики вад розподільних трансформаторів
Діагностика вад за допомогою інтуїтивного судження
Діагностика вад розподільних трансформаторів може бути проведена на початковій стадії за допомогою зовнішніх характеристик. Об'єкти спостереження включають: цілісність корпусу (тріщини, деформації), механічний стан (відпустити кріплень), герметичність (сліди витоку), поверхневий стан (рівень забруднення, явища корозії) та аномальні ознаки (зміна кольору, ознаки розряду, виділення диму) тощо. Ці зовнішні характеристики мають конкретні відповідності з внутрішніми вадами.
Коли трансформаторне масло набуває темно-коричневого кольору і має запах горілого, а також спостерігається аномальне підвищення температури та робота захисних компонентів на стороні високої напруги, це зазвичай свідчить про аномалії в магнітній системі, можливо, пошкодження ізоляції між пластинами силиконової сталі або багатоточкові заземлення магнітного провідника.
Якщо робочий струм аномально збільшується, температура масла значно підвищується, параметри три фаз несиметричні, а також спостерігається робота захисних пристроїв на стороні низької напруги, дим у маслонаповненому резервуарі та коливання вторинної напруги, можна визначити, що це вада міжвиткового короткого замикання, спричинена відмовою ізоляції між витками. Коли електричні параметри однієї фази повністю зникають (напруга та струм дорівнюють 0), ця характеристика зазвичай відповідає відкриттю обмотки або згорінню з'єднуючого провідника.
Феномен розпилювання масла з маслонаповненого резервуара є важливим ознакою серйозних внутрішніх вад трансформатора. Коли швидкість генерації газу від вади перевищує оброблювальну здатність пристрою звільнення тиску, всередині масляного резервуара утворюється позитивний тиск. На початку це проявляється як витік на слабких точках герметизації. З постійним зростанням тиску може відбутися розпилювання масла на поверхні з'єднання корпуса. Така вада найчастіше виникає через міжфазне пробійне короткое земля, зазвичай супроводжується згорінням захисних компонентів на стороні високої напруги. За статистикою дій газового реле, близько 75% серйозних вад проходять через цей процес розвитку.
Діагностика вад за допомогою зміни температури
Під час роботи розподільних трансформаторів, провідні провідники необхідно втрачають тепло через ефект Джоуля, що є нормальним фізичним явищем. Проте, коли обладнання має електричні аномалії (наприклад, втрата ізоляції, поганий контакт) або механічні дефекти (наприклад, деформація обмоток, відмова системи охолодження), його тепловий рівноваговий стан буде порушено, що проявляється як працювання при температурі, що перевищує проектоване дозволене значення. Згідно з теорією термічного старіння, при кожному підвищенні температури на 6-8 °C, швидкість старіння ізоляційних матеріалів подвоюється, що значно впливає на термін служби обладнання.
Для аномального підвищення температури, спричиненого внутрішніми вадами, зазвичай є очевидні аномалії в масляній системі. Коли температура гарячої точки досягає критичного значення, трансформаторне масло піддається піролітичній реакції, що призводить до утворення великої кількості газу, що викликає роботу пристрою звільнення тиску, що призводить до витоку масла або його розпилювання. У інженерній практиці можна використовувати простий метод для початкової оцінки температурного стану обладнання: якщо поверхню корпусу трансформатора можна торкатися руками протягом більше 10 секунд, його поверхнева температура зазвичай не перевищує 60 °C. Це емпіричне значення можна використовувати як посилання для швидкої оцінки на місці.
Діагностика вад за допомогою зміни запаху
У момент, коли відкривається кришка маслонаповненого резервуара, можна відчути характерний різкий запах горілого. Це свідчить про те, що обмотка всередині трансформатора згоріла, що часто супроводжується згорінням двох-трьохфазних випадкових випадкових випадків.
Діагностика вад за допомогою зміни звуку
Під час роботи трансформатора, магнетострикційний ефект, що виникає при намагнічуванні сердечника, запускає періодичні механічні вібрації. Ці вібрації та їхні акустичні характеристики є важливими індикаторами нормальної роботи обладнання. Акустична діагностика дозволяє ефективно моніторити робочий стан трансформатора. Конкретно, частотні характеристики звукового сигналу, зміни рівня звукового тиску та характеристики вібраційного спектра можуть виявити потенційні вади обладнання.
При використанні акустичного методу виявлення, можна використовувати провідний вал (наприклад, ізоляційний вал) як середовище для проводження звукових хвиль. Один кінець валу торкається зовнішньої оболонки обладнання, а інший кінець розташовується поблизу слухового органу для прослуховування. Як тільки виявлені аномальні звукові сигнали, слід негайно впровадити профілактичні заходи технічного обслуговування, щоб запобігти розширенню вад. Нижче наведено відповідності між типовими акустичними характеристиками та типами вад:
Перерваний "клік" звук: Зазвичай це свідчить про те, що пластини сердечника розслаблені або кріплення мають недостатню крутний момент. Рівень звукового тиску зазвичай знаходиться в діапазоні 60-70 децибел.
Високочастотні звуки розряду: Супроводжуючи локальні явища розряду, звукові сигнали мають "тріскучу" характеристику. У складних випадках рівень звукового тиску може перевищувати 85 децибел, і часто можна помітити видимі ознаки розряду.Гострі вибухові звуки: Це зазвичай відбувається, коли пошкоджена ізоляція провідників або відбувається розряд на землю. Гостре зміна рівня звукового тиску перевищує 20 децибел.
Низькочастотні гудіння: Зазвичай пов'язані з вадами заземлення на стороні низької напруги, частота звукових сигналів зосереджена в діапазоні 100-400 герц.
Гострі свистіння: Це свідчить про те, що обладнання знаходиться в стані перевищення, а основна частота звукових сигналів зазвичай знаходиться в діапазоні 1-2 кілогерц.
Булькання: Супроводжує аномальне підвищення температури масла, звукові сигнали мають постійну "бурботову" характеристику, що зазвичай свідчить про погіршення ізоляційних властивостей масла.
Діагностика вад за допомогою приладів
З урахуванням обмежень технології обладнання, електропостачальні станції в основному використовують мультиметр для вимірювання, чи провідність обмоток провідників, щоб визначити, чи є в середині трансформатора переривання провідників або міжвиткові короткі замикання; використовується тестер ізоляційного опору для вимірювання ізоляційного опору кожного витка трансформатора до землі
