Diskussion om fejl i landsbyelectrofordelesnings-transformatorer

1. Indledning

På grund af langvarig drift kan fejl og ulykker i fordelingstransformatorer i landlige strømningsnet ikke fuldstændigt undgås. Disse fejl og ulykker skyldes en række faktorer, såsom eksterne kræfter som skader og påvirkninger, samt uundgåelige naturkatastrofer som lynnedslag. Samtidig er lavspændingslinjerne i nogle landlige områder utilstrækkeligt vedligeholdt, hvilket ofte resulterer i overbelastning og kortslutninger, der fører til, at fordelingstransformatorerne brænder ud. Dette er blevet en hovedfaktor, der bidrager til fejl.

For at forhindre, at fordelingstransformatorer brænder ud, og reducere deres driftsfejl i landlige strømningsnet, summerer og analyserer denne artikel nogle typiske fejltyper og årsager til fordelingstransformatorer, undersøger forebyggende foranstaltninger, undersøger yderligere og adresserer potentielle farer og svage led i fordelingstransformatorer, effektivt forhindrer og begrænser optrædelsen af brændefejl i fordelingstransformatorer, og dermed forbedrer strømforsyrelsens pålidelighed i landlige strømningsnet.

I øjeblikket er de fordelingstransformatorer, der anvendes i landlige strømningsnet, hovedsageligt olieindholdende fordelingstransformatorer. Fejl i disse transformatorer bliver generelt inddelede i interne og eksterne fejl. Interne fejl refererer til forskellige fejl, der opstår inde i transformator tanken. De hovedtyper inkluderer mellemfaske kortslutninger mellem viklinger, vinding-kortslutninger inden for viklinger, og jordfejl, hvor viklinger eller ledninger kommer i kontakt med yderskallen. Eksterne fejl er forskellige fejl, der opstår på isolerende bushinger uden for transformator tanken og deres ledninger. De hovedtyper er jordforbindelse pga. blinkovergang eller knækning af isolerende bushinger, samt mellemfaske kortslutninger eller jordforbindelse af lavspændingsudgangslinjer.

Eftersom fejl i fordelingstransformatorer dækker et bredt spektrum, findes der mange specifikke klassificeringsmetoder. For eksempel, set fra kredsløbsperspektivet, deles de hovedsageligt ind i kredsløbsfejl, magnetiske kredsløbsfejl, og olie-circuit fejl. Hvis de klassificeres efter den primære struktur af fordelingstransformatorerne, kan de opdeles i viklingsfejl, kernefejl, oliekvalitetsfejl, og tilbehørfejl. Konventionelt set bliver fejltyperne for fordelingstransformatorer generelt klassificeret baseret på almindelige fejlprone områder, som isolationfejl, kernefejl, tap-changer fejl osv. Af dem har fordelingstransformator udgangskortslutningsfejl den mest alvorlige indvirkning på selve transformator og den højeste forekomstfrekvens i øjeblikket. Desuden findes der også fordelingstransformator lekkagefejl osv. Alle disse forskellige typer fejl kan repræsentere termiske fejl, elektriske fejl, eller både termiske og udslipfejl samtidigt. Dog kan lekkagefejlen i en fordelingstransformator normalt ikke vise termiske eller elektriske fejl karakteristika.

Derfor er det vanskeligt at kategorisere fejltyperne for fordelingstransformatorer inden for en bestemt ramme. Denne artikel anvender relativt almindelige og generelle fejltyper for fordelingstransformatorer, som kortslutningsfejl, udslipfejl, isolationfejl, kernefejl, tap-changer fejl, olie-gas lekkagefejl, eksterne kraftskade fejl, og sikringssikring fejl. Hver type diskuteres separat i forhold til dens årsag og de tilsvarende tekniske foranstaltninger.

2. Fejanalyse af fordelingstransformatorer
2.1 Kortslutningsfejl
2.1.1 Fejlårsagsanalyse

Kortslutningsfejl i fordelingstransformatorer henviser hovedsageligt til udgangskortslutninger i fordelingstransformatorer, samt kortslutninger mellem interne ledninger eller viklinger til jorden, og kortslutninger mellem faser, der føre til fejl.

Under normal drift af fordelingstransformatorer er skaden, der forårsages af udgangskortslutningsfejl, relativt alvorlig. Ifølge relevante statistikker, udgør fejl, der direkte skyldes kortslutningsfejlstrøm påvirkning på fordelingstransformatorer i landlige strømningsnet, ca. 40% af alle fejl. Der er mange slike tilfeller. Især, når en lavspændingsudgangskortslutning opstår i en fordelingstransformator, skal viklinger generelt erstattes. I alvorlige tilfælde kan alle viklinger skulle erstattes, hvilket fører til ekstremt alvorlige konsekvenser og tab. Derfor bør det gives tilstrækkelig opmærksomhed.

Indvirkningen af udgangskortslutninger på fordelingstransformatorer inkluderer hovedsageligt følgende to aspekter:
Isoleringsoverophedningsfejl forårsaget af kortslutningsstrøm
På grund af utilstrækkelig vedligeholdelse af nogle landlige lavspændingslinjer, opstår overbelastning og kortslutninger hyppigt. Når en fordelingstransformator oplever en pludselig kortslutning, kan dens høj- og lavspændingsviklinger samtidig passere kortslutningsstrømmer, der er flere gange den nominerede værdi. Dette genererer en stor mængde varme, hvilket får fordelingstransformatoren til at overophedes alvorligt, og viklings temperaturen stiger hurtigt, hvilket fører til isoleringsaldring. Når fordelingstransformatorens evne til at modstå kortslutningsstrøm er utilstrækkelig, og dens termiske stabilitet er dårlig, vil isoleringsmaterialet i fordelingstransformatoren blive alvorligt skadet, hvilket fører til nedbrydning og skade på fordelingstransformatoren.
Viklingsdeformationsfejl forårsaget af kortslutnings-elektrodynamisk kraft
Når en fordelingstransformator påvirkes af en kortslutning, hvis kortslutningsstrømmen er lille, og sikringen springer korrekt, vil viklingsdeformationen være mindre. Hvis kortslutningsstrømmen er stor, og sikringen springer med forsinkelse eller ikke springer, vil sekundær siden generere en kortslutningsstrøm, der er 20-30 gange højere end den nominerede strøm. Primær siden af fordelingstransformatoren vil uundgåeligt generere en stor strøm for at modvirke demagnetiserende effekten af sekundær-siden kortslutningsstrøm. Den store strøm genererer en betydelig mekanisk spænding inde i viklingen, hvilket får viklingen til at komprimere, skifte position eller deformere, isoleringsplader og -plader løsnede, kerneklemmekoger slappe, højspændingsvikling distorere eller eksplodere, og endelig føre til en fejl i fordelingstransformatoren. Samtidig udsættes viklinger for en relativt stor elektromagnetisk drejetorque, og isoleringsmateriale flager af, hvilket udsætter tråden og forårsager vinding-kortslutninger. For mindre deformationer, hvis de ikke repareres i tide, såsom genoprettelse af pladerposition, stramning af viklings trykknapper og yoke dragplader og -stang, og forstærkning af ledningernes klemmekraft, vil kumulativ effekt efter flere kortslutningspåvirkninger også skade fordelingstransformatoren.

2.1.2 Foranstaltninger til reduktion af kortslutningsfejl

• Optimering af valgkrav. Når man vælger en fordelingstransformator, skal man vælge en, der kan glatte passere kortslutningstesten. Bestem nøjagtigt kapaciteten af fordelingstransformatoren og vælg dens kortslutningsimpedans fornuftigt. Prøv at bruge energieffektive S11-type fordelingstransformatorer og fasete høje energiforbrugende transformatorer.

• Optimering af driftsbetingelser og -miljø. Forbedr strømlednings isoleringsniveau, især isoleringsniveauet af lavspændingsudgangslinjer fra fordelingstransformatoren over en vis afstand. Samtidig højne standarderne for sikkerhedscorridor og sikkerhedsafstands krav for lavspændingslinjer for at reducere indvirkning og fare fra nærliggende områdes fejl. Dette inkluderer at give opmærksomhed til installation og vedligeholdelseskvalitet af lavspændingsdropper terminaler (da explosionen af lavspændings terminaler ofte er lig med en sekundær kortslutning), forhindre små dyr i at indtrænge, og forbedre kvalitetskravene for lavspændings sikringer for at forhindre situationer som sikringer, der ikke springer.

• Optimering af driftsmåder. Når man fastsætter driftsmåder, beregn kortslutningsstrøm og begræns dens farer. Især forhindre fordelingstransformatoren i at køre under overbelastning. Prøv at beregne og justere fordelingstransformatorens elektriske belastning.

• Forbedring af driftsadministration niveau. For det første, forhindre kortslutningspåvirkninger, der skyldes misoperation. Styrk tidsbegrænset overvågning og vedligeholdelse af fordelingstransformatorer, registrer graden af fordelingstransformatorer deformation i tide, og sikre deres sikker drift. Samtidig forøg inspektionerne af strømforsyningen hos brugere i fordelingstransformatorområdet for at forhindre overbelastningsproblemer, der skyldes strømtyveri.

2.2 Udslipfejl

Baseret på energitætheden af udslippet, er udslipfejl i fordelingstransformatorer normalt inddelede i partielle udslip, gnistudslip, og højtenergiudslip. Udslip har to former for ødelæggende effekter på isolering: den ene er, at udslippartikler direkte bombaster isoleringen, hvilket forårsager lokale isoleringsbeskadigelser og gradvist udvider dem, indtil isoleringen nedbrydes. Den anden er, at kemiske reaktioner af aktive gasser som varme, ozon, og kvæveoksyder, der dannes af udslippet, ætter lokal isolering, øger dielektriske tab, og endelig fører til termisk nedbrydning.

2.2.1 Partielle udslipfejl i fordelingstransformatorer

Partielle udslip refererer til en ikke-genbrugsbar udslipfænomen, der opstår ved kantene af luftgaber, oliefilm, eller ledere inden for isoleringsstrukturen under virkningen af spænding. I begyndelsen er partielle udslip et lavenergiudslip. Når dette slags udslip opstår indeni en fordelingstransformator, er situationen relativt kompleks. Baseret på forskellige isoleringsmedier, kan partielle udslip inddeles i partielle udslip i bobler og partielle udslip i olie. Baseret på isoleringssteder, inkluderer det partielle udslip i hulrum i solid isolering, ved elektrode spidser, i olie-hjørnegaber, i oliegaber mellem olie og isoleringskartonger, og langs overfladen af solid isolering i olie. Årsagerne til partielle udslip er følgende:

• Når der er bobler i olie eller hulrum i solid isoleringsmateriale, på grund af den lille dielektriske konstant af gas, bærer den en høj elektrisk feltstyrke under alternerende spænding, men dens udmattelsesstyrke er lavere end olie og papir isoleringsmaterialer. Derfor kan udslip let opstå først i luftgabet.

• Indflydelse af eksterne miljøbetingelser. For eksempel, hvis oliebehandlingen er ufuldstændig, og bobler nedfald fra olie, vil det forårsage udslip.

• På grund af dårlig fabrikationskvalitet. For eksempel, udslip opstår ved nogle dele med skarpe hjørner. Bobler, affald, og fugt introduceres, eller på grund af eksterne temperaturrelaterede faktorer som maling klumper, bærer de en relativt høj elektrisk feltstyrke.

• Udslip forårsaget af dårlig kontakt mellem metaldele eller ledere. Selvom energitætheden af partielle udslip ikke er stor, hvis det udvikler sig videre, vil det danne en ond cirkel af udslip, der til sidst fører til nedbrydning eller skade på udstyr og forårsager alvorlige brændefejl.

2.2.2 Gnistudslipfejl i fordelingstransformatorer

Generelt forårsager gnistudslip ikke hurtigt isoleringsnedbrydning. Det er hovedsageligt reflekteret i abnormale oliechromatografiske analyser, en stigning i mængden af partielle udslip, eller let gas. Det er relativt nemt at opdage og håndtere, men dets udvikling bør have tilstrækkelig opmærksomhed. Der er hovedsageligt to årsager til gnistudslip:

Gnistudslip forårsaget af flydende potentiale. I højspændings strømudstyr, en bestemt metal del, på grund af strukturelle årsager eller dårlig kontakt under transport og drift, er frakoblet og ligger mellem højspændings- og lavspændings elektroder, dividerer spændingen ifølge dens impedans. Potentialet til jorden, der dannes på denne metal del, kaldes flydende potentiale. Elektrisk feltstyrken nær et objekt med flydende potentiale er relativt koncentreret, ofte gradvist brænder det omkringliggende solide dielektrikum eller karboniserer det.

Det forårsager også, at isoleringsolie dekomponerer en stor mængde karakteristiske gasser under virkningen af flydende potentiale, hvilket resulterer i en abnorm resultat af isoleringsolie chromatografiske analyse. Flydende udslip kan opstå i metaldele ved højt potentiale indeni fordelingstransformator, som regulering vindings, når gradbollerne af bushingen og tomgang tap-changer shift fork har et flydende potentiale. For dele ved jordpotentiale, som siliciumstål magnettjern og forskellige metal skruer til fastgørelse, hvis deres forbindelse til jorden er løs eller frakoblet, vil det føre til flydende-potentiale udslip. Dårlig kontakt ved højspændings bushing af fordelingstransformator kan også danne et flydende potentiale og forårsage gnistudslip.

Gnistudslip forårsaget af impuriteter i olie
Den hovedårsag til gnistudslipfejl i fordelingstransformatorer er indflydelsen af impuriteter i olie. Disse impuriteter består af fugt, fibreagtige stoffer (hovedsageligt fugtige fibres), osv. Dielektriske konstant ε af vand er cirka 40 gange større end fordelingstransformator olie. I et elektrisk felt polariseres impuriteterne først og tiltrækkes til området med den stærkeste elektriske feltstyrke, nemlig nær elektroderne, og arrangeres i retningen af feltlinjer. Så dannes en "bro" af impuriteter nær elektroderne.

Ledeevnen og dielektriske konstanten af "broen" er begge større end fordelingstransformator olie. Ifølge principperne for elektromagnetiske felt, formår præsensen af "broen" at forvrænge feltet i olie. Da dielektriske konstanten af fiber er lille, styrkes feltet i olie ved fiberens ender. Derfor opstår udslippet først og udvikler sig i dette område af olie. Olie dissociationer under et højt-feltstyrke miljø, dekomponerer til gasser, hvilket fører til, at bobler vokser i størrelse, og dissociation styrkes. Herefter udvikler processen sig gradvist, hvilket fører til gnistudslip i hele oliegabet gennem gaskanalen. Så kan gnistudslip opstå ved en relativt lav spænding.

Hvis afstanden mellem elektroderne ikke er stor, og der er nok impuriteter, kan "broen" forbinder de to elektroder. På dette tidspunkt, på grund af den relativt høje ledeevne af "broen", vil en stor strøm løbe langs "broen" (størrelsen af strømmen afhænger af kapaciteten af strømforsyningen), hvilket fører til, at "broen" opvarmes intensivt. Fugt og nær olie i "broen" koger og fordampes, og skaber en gaskanal - "boblebro", og gnistudslip opstår.

Hvis fiberne ikke er fugtige, er ledeevnen af "broen" meget lille, og dens indflydelse på gnistudslipspændingen af olie er også relativt lille; tværtimod, indflydelsen er større. Derfor er gnistudslippet af fordelingstransformator olie, forårsaget af impuriteter, relateret til opvarmningprocessen af "broen". Når en impuls-spænding virker, eller feltet er ekstremt ulige, er det ikke let for impuriteter at danne en "bro", og deres effekt er kun begrænset til at forvrænge feltet. Gnistudslipprocessen afhænger hovedsageligt af størrelsen af den anvendte spænding.

2.2.3 Bueudslipfejl i fordelingstransformatorer

Bueudslip er et højt-energiudslip, der ofte ses som isoleringsnedbrydning mellem vindinger eller lag. Andre almindelige fejl inkluderer ledningens brud, blinkovergang til jorden, og arcing af tap-changer.

• Indflydelse af bueudslip. På grund af den høje energitæthed af bueudslipfejl, dannes gas hurtigt. Det påvirker ofte dielektrikummet i form af elektronlandslider, hvilket fører til, at isoleringspapiret perforerer, karboniserer, eller kuldanner, former eller smelter og brænder metalmaterialer. I alvorlige tilfælde kan det forårsage udstyrsskade eller endda eksplosioner. Sådanne ulykker er generelt svære at forudsige på forhånd og har ingen tydelige tegn, ofte optræder de pludseligt.

• Gas karakteristikker af bueudslip. Efter en bueudslipfejl opstår, karboniserer og bliver sort fordelingstransformator olie. De hovedkomponenter af karakteristiske gasser i olie er H2 og C2H2, efterfulgt af C2H6 og CH4. Når udslipfejlen involverer solid isolering, dannes CO og CO2 også.Sammenfattende, de tre former for udslip har både forskelle og visse forbindelser. Forskellene refererer til udslip energiniveau og gas sammensætning, mens forbindelsen er, at partielle udslip er en forløber til de to andre former for udslip, og de sidste to er uundgåelige resultater af den formers udvikling. Eftersom fejl, der opstår indeni fordelingstransformatorer, ofte er i en tilstand af graduelt udvikling, og de fleste af dem ikke er enkelttype fejl, men snarere en type ledsages af en anden type, eller flere typer opstår samtidigt. Derfor kræves mere omhyggelig analyse og specifik behandling.

2.3 Isoleringsfejl

I øjeblikket er de mest anvendte fordelingstransformatorer i landlige strømningsnet hovedsageligt olieindholds-for-delings-transformatorer. Isolationen af en fordelingstransformator refererer til isoleringssystemet, der består af dens isoleringsmaterialer. Det er en grundlæggende betingelse for den normale drift af fordelingstransformator, og servicelevetiden af fordelingstransformatoren er bestemt af levetiden af isoleringsmaterialerne (som olie-papir eller hars). Praktisk erfaring har vist, at de fleste skader og fejl i fordelingstransformatorer skyldes skader på isoleringssystemet.

Derfor, beskyttelse af den normale drift af fordelingstransformator og styrkelse af den fornuftige vedligeholdelse af isoleringssystemet kan, i høj grad, sikre en relativt lang servicelevetid for fordelingstransformator. Forebyggende og forudsigende vedligeholdelse er nøglen til at forlænge servicelevetiden af fordelingstransformatorer og forbedre strømforsyrelsens pålidelighed.

I olieindholds-for-delings-transformatorer er de hovedsagelige isoleringsmaterialer isoleringsolie og faste isoleringsmaterialer som isoleringspapir, kartong, og træblokke. Den såkaldte aldring af fordelingstransformatorisolering betyder, at disse materialer dekomponerer under indflydelse af miljøfaktorer, reducerer eller mister deres isoleringsstyrke.

2.3.1 Fast papirisolering fejl

Fast isolering er en af de hovedkomponenter i isolationen af olieindholds-for-delings-transformatorer, herunder isoleringspapir, isoleringsplade, isoleringsplade, isoleringsvikling, isoleringsbindebånd, osv. Dens hovedkomponent er cellulose. Efter isoleringspapiret aldrer, dets grad af polymerisering og trækstyrke gradvist falder, og vand, CO, og CO2 dannes. Desuden dannes furfural (furfuraldehyd) også. De fleste af disse aldringsprodukter er skadelige for elektriske anlæg. De kan reducere nedbrydnings-spændingen og volumen-resistiviteten af isoleringspapiret, øge dielektriske tab, reducere trækstyrken, og endda korrodere metalmaterialerne i udstyret.

2.3.2 Flydende olieisolering fejl

Årsager til forringelse af fordelingstransformator olie

Forurening betyder, at fugt og impuriteter blander sig ind i olie. Dette er ikke oxidationsprodukter af olie. Isoleringsegenskaberne af forurenget olie forringes, nedbrydningsfeltstyrken falder, og dielektriske tab vinklen stiger.
Forringelse er resultatet af olieoxidation. Denne oxidation refererer ikke kun til oxidation af hydrokarboner i ren olie, men inkluderer også acceleration af oxidationsprocessen af impuriteter i olie, især kobber, jern, og aluminium metal splinter.

Ilt kommer fra luften indeni fordelingstransformator. Selv i en fuldstændigt forseglet fordelingstransformator, er der stad