بحث درباره خطاها و نقصهای ترانسفورماتورهای توزیع شبکه برق روستایی
1. مقدمه
به دلیل عملکرد طولانی مدت، خرابیها و حوادث ترانسفورماتورهای توزیع در شبکههای برق روستایی نمیتوانند به طور کامل اجتناب شوند. این خرابیها و حوادث به دلیل عوامل متعددی از جمله نیروهای خارجی مانند آسیب و ضربه، و بلایای طبیعی غیرقابل مقاومت مانند صاعقه رخ میدهند. در برخی مناطق روستایی، خطوط فشار پایین به طور نامناسبی نگهداری میشوند که معمولاً باعث بارگذاری زیاد و کوتاه شدن میشود که منجر به سوختن ترانسفورماتورهای توزیع میشود. این مسئله به عنوان یکی از عوامل مهم خرابیها شناخته شده است.
برای جلوگیری از سوختن ترانسفورماتورهای توزیع و کاهش خرابیهای عملیاتی آنها در شبکههای برق روستایی، این مقاله برخی از انواع نقصانهای نمونه و دلایل آنها را در ترانسفورماتورهای توزیع خلاصه و تحلیل میکند، اقدامات پیشگیرانه را بررسی میکند، خطرات و نقاط ضعف بالقوه ترانسفورماتورهای توزیع را بررسی میکند، به طور موثر از وقوع خرابیهای سوختن ترانسفورماتورهای توزیع جلوگیری میکند و در نتیجه قابلیت اطمینان تأمین برق شبکههای برق روستایی را افزایش میدهد.
در حال حاضر، ترانسفورماتورهای توزیع استفاده شده در شبکههای برق روستایی عمدتاً ترانسفورماتورهای توزیع غوطهور در روغن هستند. نقصانهای این ترانسفورماتورها معمولاً به دو دسته نقصان داخلی و خارجی تقسیم میشوند. نقصانهای داخلی به معنای اختلالات مختلفی است که در داخل ظرف ترانسفورماتور رخ میدهند. انواع اصلی شامل کوتاه شدن بین فازها در پیچهها، کوتاه شدن دور به دور در داخل پیچهها و نقصانهای زمینی که پیچهها یا خروجیها با بدنه خارجی تماس میگیرند. نقصانهای خارجی اختلالات مختلفی هستند که در روکشهای عایق خارج از ظرف ترانسفورماتور و خروجیهای آن رخ میدهند. انواع اصلی آنها شامل زمین شدن به دلیل افتادن یا شکست روکشهای عایق و کوتاه شدن بین فازها یا زمین شدن خطوط خروجی فشار پایین هستند.
از آنجا که نقصانهای ترانسفورماتورهای توزیع دامنه گستردهای دارند، روشهای طبقهبندی مخصوص بسیاری وجود دارد. به عنوان مثال، از دیدگاه حلقههای مداری، آنها عمدتاً به سه دسته نقصانهای مداری، نقصانهای مدار مغناطیسی و نقصانهای مدار روغنی تقسیم میشوند. اگر بر اساس ساختار اصلی ترانسفورماتور توزیع طبقهبندی شوند، میتوانند به نقصانهای پیچه، نقصانهای هسته، نقصانهای کیفیت روغن و نقصانهای لوازم جانبی تقسیم شوند. معمولاً، انواع نقصانهای ترانسفورماتورهای توزیع بر اساس مناطق مشکلپرخوری معمول مانند نقصانهای عایق، نقصانهای هسته، نقصانهای تبدیلکنندههای فاز و غیره طبقهبندی میشوند. در میان آنها، نقصان کوتاه شدن خروجی ترانسفورماتور توزیع تأثیر بیشتری بر خود ترانسفورماتور دارد و فراوانترین وقوع را در حال حاضر دارد. علاوه بر این، نقصانهای روانشدن ترانسفورماتور توزیع نیز وجود دارد. تمام این انواع مختلف نقصان ممکن است نشاندهنده نقصانهای حرارتی، نقصانهای الکتریکی یا هر دو نقصان حرارتی و رهاشی باشند. با این حال، نقصان روانشدن ترانسفورماتور توزیع ممکن است تحت شرایط عادی نشاندهنده نقصانهای حرارتی یا الکتریکی نباشد.
بنابراین، دستهبندی انواع نقصانهای ترانسفورماتورهای توزیع در چارچوب خاصی دشوار است. این مقاله از انواع نقصانهای نسبتاً معمول و عمومی ترانسفورماتورهای توزیع مانند نقصانهای کوتاه شدن، نقصانهای رهاشی، نقصانهای عایق، نقصانهای هسته، نقصانهای تبدیلکنندههای فاز، نقصانهای روانشدن روغن و گاز، نقصانهای آسیب نیروهای خارجی و نقصانهای حفاظت فیوز استفاده میکند. هر نوع به طور جداگانه از نظر دلیل و تدابیر فنی مربوطه بحث میشود.
2. تحلیل نقصانهای ترانسفورماتورهای توزیع
2.1 نقصانهای کوتاه شدن
2.1.1 تحلیل دلیل نقصان
نقصانهای کوتاه شدن ترانسفورماتورهای توزیع عمدتاً به کوتاه شدن خروجی ترانسفورماتورهای توزیع اشاره دارد، همچنین کوتاه شدن بین خروجیهای داخلی یا پیچهها به زمین و کوتاه شدن بین فازها که منجر به خرابی میشود.
در طول عملکرد عادی ترانسفورماتورهای توزیع، خسارت ناشی از نقصانهای کوتاه شدن خروجی نسبتاً شدید است. بر اساس آمار مرتبط، خرابیهای مستقیماً ناشی از تأثیر جریان کوتاه شدن روی ترانسفورماتورهای توزیع در شبکههای برق روستایی حدود 40٪ از تمام خرابیها را تشکیل میدهند. موارد بسیاری از این گونه وجود دارد. به ویژه وقتی که کوتاه شدن خروجی فشار پایین در یک ترانسفورماتور توزیع رخ میدهد، معمولاً پیچهها نیاز به تعویض دارند. در شرایط شدید، ممکن است تمام پیچهها نیاز به تعویض داشته باشند که منجر به پیامدهای بسیار جدی و خسارات میشود. بنابراین، باید به آن توجه کافی شود.
تأثیرات کوتاه شدن خروجی روی ترانسفورماتورهای توزیع عمدتاً شامل دو جنبه زیر است:
نقصان حرارتی عایق ناشی از جریان کوتاه شدن
به دلیل نگهداری نامناسب برخی از خطوط فشار پایین روستایی، بارگذاری زیاد و کوتاه شدن معمولاً رخ میدهد. هنگامی که ترانسفورماتور توزیع به طور ناگهانی کوتاه میشود، پیچههای فشار بالا و پایین ممکن است همزمان جریانهای کوتاه شدن دهها برابر با مقدار اسمی عبور دهند. این باعث تولید مقدار زیادی گرما میشود که باعث گرم شدن شدید ترانسفورماتور توزیع و افزایش سریع دما در پیچه میشود، که منجر به قدیمی شدن عایق میشود. هنگامی که توان تحمل جریان کوتاه شدن ترانسفورماتور توزیع کافی نیست و پایداری حرارتی آن ضعیف است، ماده عایق ترانسفورماتور توزیع به طور شدید آسیب میبیند، که منجر به شکست و خرابی ترانسفورماتور توزیع میشود.
نقصان تغییر شکل پیچه ناشی از نیروی الکترومغناطیسی کوتاه شدن
هنگامی که ترانسفورماتور توزیع توسط کوتاه شدن تأثیر میپذیرد، اگر جریان کوتاه شدن کوچک باشد و فیوز به درستی برش مییابد، تغییر شکل پیچه کم خواهد بود. اگر جریان کوتاه شدن زیاد باشد و فیوز با تأخیر یا بدون برش میشود، سمت ثانویه جریان کوتاه شدن 20-30 برابر جریان اسمی تولید میکند. سمت اولیه ترانسفورماتور توزیع به طور حتم جریان بزرگی را برای مقابله با تأثیر دموگوسی جریان کوتاه شدن سمت ثانویه تولید میکند. جریان بزرگ باعث ایجاد تنش مکانیکی قابل توجه در داخل پیچه میشود، که باعث فشرده شدن، جابجایی یا تغییر شکل پیچه، آزاد شدن پلیتها و صفحات عایق، کم شدن گیرههای فشار هسته، تغییر شکل یا پرت شدن پیچه فشار بالا و در نهایت خرابی ترانسفورماتور توزیع میشود. همزمان، پیچهها تحت تورک الکترومغناطیسی نسبتاً زیاد قرار میگیرند و ماده عایق جدا میشود، سیم برهنگی میشود و کوتاه شدن بین دورها رخ میدهد. برای تغییرات شکل کوچک، اگر به موقع تعمیر نشود، مانند بازگرداندن موقعیت پلیتها، تنظیم گیرههای فشار پیچهها و دستگیرهها و میلههای گردن، و تقویت فشار خروجیها، تأثیر تجمعی پس از تأثیرات کوتاه شدن چندین بار نیز ترانسفورماتور توزیع را خراب میکند.
2.1.2 تدابیر برای کاهش نقصانهای کوتاه شدن
بهینهسازی الزامات انتخاب. هنگام انتخاب ترانسفورماتور توزیع، یکی انتخاب کنید که بتواند به طور هموار آزمون کوتاه شدن را عبور دهد. ظرفیت ترانسفورماتور توزیع را به طور منطقی تعیین کنید و امپدانس کوتاه شدن آن را به طور منطقی انتخاب کنید. تلاش کنید از ترانسفورماتورهای توزیع کارآمد S11-نوع استفاده کنید و ترانسفورماتورهای مصرفکننده انرژی بالا را حذف کنید.
بهینهسازی شرایط و محیط عملیاتی. سطح عایق خطوط برق را بهبود بخشید، به ویژه سطح عایق خطوط خروجی فشار پایین ترانسفورماتور توزیع در فاصله معین. همزمان، استانداردهای کوریدور ایمنی و نیازهای فاصله ایمنی خطوط فشار پایین را افزایش دهید تا تأثیر و خطرات نقصانهای ناحیه نزدیک را کاهش دهید. این شامل توجه به کیفیت نصب و نگهداری ترمینالهای فشار پایین (زیرا انفجار ترمینالهای فشار پایین معمولاً معادل کوتاه شدن ثانویه است)، جلوگیری از تجاوز حیوانات کوچک و بهبود استانداردهای کیفیت فیوزهای فشار پایین برای جلوگیری از وضعیتهایی مانند عدم برش فیوزها است.
بهینهسازی حالتهای عملیاتی. هنگام تعیین حالت عملیاتی، جریان کوتاه شدن را محاسبه کنید و خطرات آن را محدود کنید. به ویژه، از عملکرد ترانسفورماتور توزیع در شرایط بارگذاری زیاد جلوگیری کنید. تلاش کنید بار الکتریکی ترانسفورماتور توزیع را محاسبه و تنظیم کنید.
بهبود سطح مدیریت عملیاتی. ابتدا، از تأثیرات کوتاه شدن ناشی از خطا جلوگیری کنید. نظارت و نگهداری به موقع ترانسفورماتورهای توزیع را تقویت کنید، درجه تغییر شکل ترانسفورماتورهای توزیع را به موقع شناسایی کنید و عملکرد ایمن آنها را تضمین کنید. همزمان، تلاشهای بررسی مصرف برق کاربران در منطقه ترانسفورماتور توزیع را افزایش دهید تا از مشکلات بارگذاری زیاد ناشی از دزدی برق کاربران جلوگیری کنید.
2.2 نقصانهای رهاشی
بر اساس چگالی انرژی رهاش، نقصانهای رهاشی ترانسفورماتورهای توزیع معمولاً به سه دسته رهاش جزئی، رهاش جرقهای و رهاش با انرژی بالا تقسیم میشوند. رهاش دو نوع تأثیر تخریبی بر عایق دارد: یکی اینکه ذرات رهاش مستقیماً عایق را بمباران میکنند و باعث آسیب محلی به عایق میشوند و به تدریج آن را گسترش میدهند تا عایق شکسته شود. دیگری اینکه گازهای فعال مانند گرما، ازن و اکسیدهای نیتروژن تولید شده توسط رهاش عایق محلی را تجزیه میکنند، که باعث افزایش تلفات دی الکتریکی و در نهایت شکست حرارتی میشود.
2.2.1 نقصانهای رهاش جزئی ترانسفورماتورهای توزیع
رهاش جزئی به پدیده رهاش غیر عبوری اشاره دارد که در لبههای فواصل هوا، فیلمهای روغن یا هادیها در ساختار عایق تحت تأثیر ولتاژ رخ میدهد. در ابتدا، رهاش جزئی یک رهاش با انرژی پایین است. هنگامی که این نوع رهاش در داخل یک ترانسفورماتور توزیع رخ میدهد، وضعیت نسبتاً پیچیده است. بر اساس میانگینهای عایقی مختلف، رهاش جزئی میتواند به رهاش جزئی در حبابها و رهاش جزئی در روغن تقسیم شود. بر اساس مکانهای عایقی، شامل رهاش جزئی در حفرههای عایق جامد، در لبههای الکترود، در فواصل گوشه روغن، در فواصل روغن بین روغن و صفحات عایق کاغذی، و در طول سطح عایق جامد در روغن است. دلایل رهاش جزئی عبارتند از:
وقتی که حبابها در روغن یا حفرهها در ماده عایق جامد وجود دارند، به دلیل ثابت دی الکتریک کوچک گاز، آن در میدان الکتریکی قوی تحت ولتاژ متناوب قرار میگیرد، اما مقاومت ولتاژی آن کمتر از ماده عایق روغن و کاغذ است. بنابراین، رهاش معمولاً ابتدا در فاصله هوا رخ میدهد.
تأثیر شرایط محیطی خارجی. به عنوان مثال، اگر پردازش روغن ناقص باشد و حبابها از روغن تصفیه شوند، رهاش رخ میدهد.
