Razgovor o kvarovima distribucijskih transformatora na ruralnim električnim mrežama

1. Uvod

Zbog dugotrajne operacije, greške i nesreće distribucijskih transformatora u ruralnim električnim mrežama ne mogu biti potpuno izbjegnute. Ove greške i nesreće su uzrokovane mnogočim faktorima, poput vanjskih sila kao što su oštećenja i utjecaji, te nepobijedivih prirodnih katastrofa poput udara bljeskave. Tijekom toga, u nekim ruralnim područjima, niskonaponske linije nisu dovoljno održavane, često do dolasku preopterećenja i kratičnih spojeva, što dovodi do goriđa distribucijskih transformatora. To se postalo glavni faktor koji doprinosi propustima.

Kako bi se spriječilo goriđe distribucijskih transformatora i smanjili njihovi operativni propusti u ruralnim električnim mrežama, ovaj rad zbrojava i analizira nekoliko tipičnih vrsta grešaka i uzroka distribucijskih transformatora, istražuje preventivne mjere, dalje istražuje i rješava potencijalne opasnosti i slabe veze distribucijskih transformatora, učinkovito sprečava i ograničava pojavu goriđa distribucijskih transformatora, time unapređujući pouzdanost snabdijevanja strujom u ruralnim električnim mrežama.

Trenutno, distribucijski transformatori korišteni u ruralnim električnim mrežama uglavnom su ulju pohranjeni distribucijski transformatori. Greške tih transformatora obično se klasičiraju u interne i eksterne greške. Interne greške odnose se na razne propuste koji se događaju unutar spremnika transformatora. Glavne vrste uključuju međufazne kratične spojeve između navojnica, kratične spojeve između zavojaka unutar navojnice i greške zemljanja gdje navojnice ili izlazi dodiruju vanjsku okolinu. Eksterne greške su razne greške koje se događaju na izolacijskim izlazima izvan spremnika transformatora i njihovim izlazima. Glavne vrste su zemljanje zbog iskriva ili loma izolacijskih izlaza, te međufazne kratične spojeve ili zemljanje niskonaponskih izlaznih linija.

Budući da se greške distribucijskih transformatora odnose na širok spektar, postoji mnogo specifičnih metoda klasifikacije. Na primjer, s perspektive strujnih petlji, one se uglavnom klasificiraju u strujne greške, magnetske greške i greške s uljem. Ako se klasificiraju prema glavnoj strukturi distribucijskog transformatora, mogu se podijeliti u greške navojnice, greške jezgra, greške s kvalitetom ulja i greške priloga. Konvencionalno, vrste grešaka distribucijskih transformatora obično se klasificiraju prema uobičajenim područjima sklonim greškama, poput grešaka izolacije, grešaka jezgra, grešaka promjene napona itd. Među njima, greška kratičnog spoja izlaza distribucijskog transformatora ima najveći utjecaj na sam transformator i najveću stopu pojavljivanja trenutno. Također postoje i greške curenja distribucijskog transformatora itd. Sve ove različite vrste grešaka mogu predstavljati termalne greške, električne greške ili obje termalne i greške iskriva. Međutim, greška curenja distribucijskog transformatora može ne pokazivati karakteristike termalnih ili električnih grešaka u normalnim uvjetima.

Stoga je teško klasificirati vrste grešaka distribucijskih transformatora unutar određenog okvira. Ovaj rad koristi relativno uobičajene i opće vrste grešaka distribucijskih transformatora, poput grešaka kratičnog spoja, grešaka iskriva, grešaka izolacije, grešaka jezgra, grešaka promjene napona, grešaka curenja gasa i ulja, grešaka oštećenja vanjskom silom i grešaka zaštite prekidnikom. Svaki tip se posebno raspravlja u pogledu njegovog uzroka i odgovarajućih tehničkih mjera.

2. Analiza grešaka distribucijskih transformatora
2.1 Greške kratičnog spoja
2.1.1 Analiza uzroka grešaka

Greške kratičnog spoja distribucijskih transformatora uglavnom se odnose na izlazne kratične spojeve distribucijskih transformatora, kao i kratične spojeve između unutarnjih izlaza ili navojnice i zemlje, te međufazne kratične spojeve, što dovodi do propusta.

Tijekom normalne operacije distribucijskih transformatora, šteta uzrokovana izlaznim kratičnim spojevima je relativno ozbiljna. Prema relevantnim statistikama, propusti direktno rezultirajući od utjecaja struja kratičnog spoja na distribucijske transformatore u ruralnim električnim mrežama čine otprilike 40% svih propusta. Takvih slučajeva ima mnogo. Posebno, kada se dogodi niskonaponski izlazni kratični spoj u distribucijskom transformatoru, obično je potrebno zamijeniti navojnice. U težim slučajevima, sve navojnice mogu trebati zamjena, što dovodi do izuzetno ozbiljnih posljedica i gubitaka. Stoga bi to trebalo dovoljno pažljivo pratiti.

Utjecaji izlaznih kratičnih spojeva na distribucijske transformatori uključuju sljedeće dvije glavne komponente:
Greška pregrejanja izolacije uzrokovan premotom strujom kratičnog spoja
Zbog nedostatka održavanja nekih niskonaponskih linija u ruralnim područjima, često se javljaju preopterećenja i kratični spojevi. Kada distribucijski transformator doživi iznenadni kratični spoj, njegove visokonaponske i niskonaponske navojnice mogu istodobno proći struje desetina puta veće od nominalne vrijednosti. To generira veliku količinu topline, što dovodi do ozbiljnog pregrejanja distribucijskog transformatora i brzog porasta temperature navojnice, što dovodi do starenja izolacije. Kada je sposobnost distribucijskog transformatora da izdrži struju kratičnog spoja nedovoljna i njegova toplinska stabilnost loša, materijal izolacije distribucijskog transformatora bit će ozbiljno oštećen, što dovodi do probijanja i oštećenja distribucijskog transformatora.
Greška deformacije navojnice uzrokovan elektrodinamičkom silom kratičnog spoja
Kada distribucijski transformator bude izložen kratičnom spoju, ako je struja kratičnog spoja mala i prekidnik isprekida ispravno, deformacija navojnice će biti mala. Ako je struja kratičnog spoja velika i prekidnik isprekida sa zakasnjivanjem ili ne isprekida, na sekundarnoj strani generirat će se struja 20-30 puta veća od nominalne struje. Primarna strana distribucijskog transformatora nužno generirat će veliku struju kako bi se suprotstavila demagnetizirajućem efektu struje kratičnog spoja na sekundarnoj strani. Velika struja generira značajan mehanički stres unutar navojnice, što dovodi do stisnutosti, pomaknutosti ili deformacije navojnice, oslabljenja izolacijskih podloga i ploča, oslabljenja vijaka za stiskanje jezgra, izobličenja ili pucanja visokonaponske navojnice, te konačno do propusta distribucijskog transformatora. U isto vrijeme, navojnice podliježu relativno velikom elektromagnetskom torzu, a materijal izolacije odlupa, otkrivajući tijelo žice i uzrokujući međuzavojne kratične spojeve. Za male deformacije, ako se ne odradi pravo vrijeme, poput vraćanja pozicije podloga, zategivanja vijaka za stiskanje navojnice i povlačnih ploča i povlačnih štapova jare, te jačanja sile stiskanja izlaza, kumulativni efekt nakon više utjecaja kratičnog spoja također oštetit će distribucijski transformator.

2.1.2 Mjere za smanjenje grešaka kratičnog spoja

• Optimizacija zahtjeva za odabir. Pri odabiru distribucijskog transformatora, odaberite onaj koji može gladko proći test kratičnog spoja. Rasudno odredite kapacitet distribucijskog transformatora i odaberite njegov otpor kratičnog spoja rasudno. Pokušajte koristiti energoefikasne distribucijske transformatore tipa S11 i eliminirajte visokoenergetski potrošne transformatore.

• Optimizacija uvjeta i okruženja rada. Unaprijedite razinu izolacije strujnih linija, posebno razine izolacije niskonaponskih izlaznih linija distribucijskog transformatora na određenoj udaljenosti. Uz to, podignite standarde za sigurnosni koridor i zahtjeve za sigurnosnu udaljenost niskonaponskih linija kako bi se smanjio utjecaj i opasnosti lokalnih propusta. To uključuje pažnju na kvalitetu montaže i održavanja niskonaponskih padnih terminala (budući da je eksplozija niskonaponskih terminala u većini slučajeva ekvivalentna sekundarnom kratičnom spoju), sprječavanje intruzije malih životinja i poboljšanje kvaliteta zahtjeva za niskonaponskim prekidnicima kako bi se sprječili slučajevi kada prekidnici ne isprekida.

• Optimizacija načina rada. Prilikom određivanja načina rada, izračunajte struju kratičnog spoja i ograničite njezinu opasnost. Posebno, spriječite preopterećenje distribucijskog transformatora. Pokušajte izračunati i prilagoditi električnu opterećenost distribucijskog transformatora.

• Poboljšanje razine upravljanja radom. Prvo, spriječite utjecaje kratičnog spoja uzrokovane pogrešnim radom. Jačajte pravovremen nadzor i održavanje distribucijskih transformatora, pravočasno otkrivajte stupanj deformacije distribucijskih transformatora i osigurajte njihov siguran rad. U isto vrijeme, povećajte inspekcije potrošnje struje korisnika u području distribucijskog transformatora kako bi se spriječili problemi preopterećenja uzrokovani krađom struje.

2.2 Greške iskriva

Na temelju gustoće energije iskriva, greške iskriva distribucijskih transformatora se obično klasičiraju u parcijalno iskrivo, iskrivo i visokoenergetska iskriva. Iskrivo ima dva vrsta uništavajućih učinka na izolaciju: jedan je da čestice iskriva direktno bombardiraju izolaciju, uzrokuju lokalno oštećenje izolacije i postepeno ga proširuju dok ne dođe do probijanja izolacije. Drugi je da hemijski djelomi aktivnih plinova poput topline, ozona i oksida dušika generiranih iskrivom erozijuju lokalnu izolaciju, povećavaju dielektričnu gubitku i konačno dovedu do toplinskog probijanja.

2.2.1 Parcijalne greške iskriva distribucijskih transformatora

Parcijalno iskrivo odnosi se na nepravilno iskrivo pojavljivanje na rubovima zraka, filma ulja ili vodilaca unutar strukture izolacije pod utjecajem napona. Na početku, parcijalno iskrivo je niskoenergetska iskriva. Kada se ova vrsta iskriva javi unutar distribucijskog transformatora, situacija je relativno složena. Prema različitim medijima izolacije, parcijalno iskrivo se može podijeliti u parcijalno iskrivo u mražama i parcijalno iskrivo u ulju. Prema lokaciji izolacije, uključuje parcijalno iskrivo u jamama čvrste izolacije, na vrhovima elektroda, u uglovima filma ulja, u razmacima između filma ulja i izolacijskih papirnatih ploča, i duž površine čvrste izolacije u ulju. Razlozi za parcijalno iskrivo su sljedeći:

• Kada postoje mraži u ulju ili jamice u čvrstom materijalu izolacije, zbog male dielektrične konstante plina, on nosi visoku jakost električnog polja pod izmjeničnim naponom, ali njegova otpornost na napon je niža od ulja i materijala izolacije od papira. Stoga, iskrivo se najčešće javlja prvo u zračnom razmaku.

• Uticaj vanjskih okruženjskih uvjeta. Na primjer, ako tretiranje ulja nije dovršeno i mraži se odvajaju iz ulja, to će uzrokovati iskrivo.

• Zbog loše kvalitete proizvodnje. Na primjer, iskrivo se javlja na nekim dijelovima s ostrim rubovima. Mraži, ostaci i vlaga se uvode, ili zbog vanjskih faktora vezanih uz temperaturu, poput čvorova boje, nose relativno veliku jakost električnog polja.

• Iskrivo uzrokovano lošim kontaktom između metalnih dijelova ili vodilaca. Iako gustota energije parcijalnog iskriva nije velika, ako se razvije dalje, dovesti će do lošeg ciklusa iskriva, konačno dovedući do probijanja ili oštećenja opreme i uzrokujući ozbiljne propuste goriđa.

2.2.2 Greške iskriva distribucijskih transformatora

Općenito, iskrivo ne brzo uzrokuje probijanje izolacije. Osnovno se odbija u anormalnoj analizi hromatografije ulja, povećanju količine parcijalnog iskriva ili laganim plinovima. Relativno je lako otkriti i obraditi, ali treba dati dovoljno pažnje njegovom razvoju. Glavni su razlozi za iskrivo sljedeći:

Iskrivo uzrokovano fluktuirajućim potencijalom. U visokonaponskom električnom opremu, određeni metalni dio, zbog strukturnih razloga ili lošeg kontakta tijekom transporta i rada, odsječen je i nalazi se između visokonaponskog i niskonaponskog elektroda, dijeleći napon prema svom impedancu. Potencijal prema zemlji generiran na tom metalnom dijelu naziva se fluktuirajući potencijal. Jakost električnog polja oko objekta s fluktuirajućim potencijalom je relativno koncentrirana, često postupno izgori okolnu čvrstu dielektriku ili ju karbonizira.

To također uzrokuje da ulje izolacije dekomponira veliku količinu karakterističnih plinova pod utjecajem fluktuirajućeg potencijala, što dovodi do anormalnog rezultata hromatografske analize ulja izolacije. Fluktuirajuće iskrivo može se dogoditi na metalnim dijelovima s visokim potencijalom unutar distribucijskog transformatora, poput regulacijskog navojnog sklopca, kada lopta gradacije bushinga i vidica za prazno promjenu položaja imaju fluktuirajući potencijal. Za dijelove na potencijalu zemlje, poput magnetske štitnice od silicijske čelike i raznih metalnih vijaka za čvršćenje, ako je njihov kontakt s zemljom lučan ili odsječen, to će dovesti do fluktuirajućeg potencijala i iskriva. Loš kontakt na kraju visokonaponskog bushinga distribucijskog transformatora također može formirati fluktuirajući potencijal i uzrokovati iskrivo.

Iskrivo uzrokovano impuritetima u ulju
Glavni uzrok grešaka iskriva distribucijskih transformatora je utjecaj impuriteta u ulju. Ovi impuriteti sastavljeni su od vode, vlaknastih tijela (uglavnom vlažnih vlakana) itd. Dielektrična konstanta ε vode je približno 40 puta veća od distribucijskog transformatora. U električnom polju, impuriteti su prvo polarizirani i privučeni na područje s najvećom jakosti električnog polja, odnosno blizu elektroda, i raspoređeni u smjeru linija električnog polja. Tako se formira "most" impuriteta blizu elektroda.

Provođnost i dielektrična konstanta "mosta" su veće od distribucijskog transformatora. Prema principima elektromagnetskih polja, prisutnost "mosta" distorts električno polje u ulju. Budući da je dielektrična konstanta vlakana mala, električno polje u ulju na krajevima vlakana je jačano. Stoga, iskrivo se prvo javlja i razvija u tom dijelu ulja. Ulje se disocira u visokoj jakosti električnog polja, dekomponirajući se u plinove, što dovodi do povećanja veličine mraži i jačanja disocijacije. Zatim, proces postupno razvija, dovedući do iskriva u cijelom ulju putem kanala plinova. Dakle, iskrivo se može dogoditi na relativno niskom naponu.

Ako je udaljenost između elektroda nema veliku i postoji dovoljno impuriteta, "most" može povezati dva elektroda. U tom trenutku, budući da je provođnost "mosta" relativno visoka, veliki strujni tok teče duž "mosta" (veličina strujnog toka ovisi o kapacitetu napajanja), što dovodi do intenzivnog zagrijavanja "mosta". Voda i blizu ulje u "mostu" vre i vaporiziraju, stvarajući kanal plinova - "most mraža", i iskrivo se javlja.

Ako vlakna nisu vlažna, provođnost "mosta" je vrlo mala, a njegov utjecaj na napon iskriva ulja također je relativno mali; obrnuto, utjecaj je veći. Stoga, iskrivo distribucijskog transformatora uzrokovano impuritetima vezano je za proces zagrijavanja "mosta". Kada djeluje impulsni napon ili kada je električno polje ekstremno neuniformno, impuriteti teško formiraju "most", a njihov utjecaj ograničen je samo na deformaciju električnog polja. Proces iskriva uglavnom ovisi o veličini primijenjenog napona.

2.2.3 Greške lukskog iskriva distribucijskih transformatora

Luksko iskrivo je visokoenergetska iskriva, koja se obično javlja kao probijanje izolacije između zavojaka ili slojeva. Ostale uobičajene greške uključuju prekid vodilaca, iskrivo na zemlju i luksko iskrivo promjene napona.

• Uticaj lukskog iskriva. Zbog visoke gustoće energije grešaka lukskog iskriva, plin se brzo generira. Često utječe na dielektrik u obliku lavina elektrona, uzrokujući da papir izolacije probije, karbonizira ili crni, deformira ili taloči metalne materijale. U težim slučajevima, to može dovesti do oštećenja opreme ili čak eksplozije. Takve nesreće obično su teško predvidljive unaprijed i nemaju očitih znakova, često se pojave iznenada.

• Plinski karakteristike lukskog iskriva. Nakon što se dogodi greška lukskog iskriva, ulje distribucijskog transformatora također crni i postane crno. Glavni sastojci karakterističnih plinova u ulju su H2 i C2H2, zatim C2H6 i CH4. Kada se greška iskriva odnosi na čvrstu izolaciju, generirat će se CO i CO2.Ukratko, tri forme iskriva imaju i razlike i određene veze. Razlike se odnose na razinu energije iskriva i sastav plinova, dok veza je u tome što je parcijalno iskrivo prethodnik drugih dvije forme iskriva, a druge dvije su neizbježni rezultat razvoja prvog. Budući da se greške koje se javljaju unutar distribucijskih transformatora često nalaze u stanju postepenog razvoja, i većina njih nisu jednostavne greške, već se jedna vrsta javlja uz drugu vrstu, ili se nekoliko vrsta javlja istodobno. Stoga je potrebno više pažljivo analizirati i specifično tretirati.

2.3 Greške izolacije

Trenutno, najšire korišteni distribucijski transformatori u ruralnim električnim mrežama su transformatori namočeni u ulju. Izolacija distribucijskog transformatora odnosi se na sustav izolacije sastavljen od njegovih materijala izolacije. To je temeljni uvjet za normalnu operaciju distribucijskog transformatora, a vijek trajanja distribucijskog transformatora određen je vijekom trajanja materijala izolacije (poput ulja-papira ili smole). Praktični iskustvi su dokazali da je većina oštećenja i grešaka distribucijskih transformatora uzrokovana oštećenjem sustava izolacije.

Stoga, zaštita normalne operacije distribucijskog transformatora i jačanje razumne održavajuće obrade sustava izolacije, do velike mере за смањење грешака кратког споја

• Оптимизација захтева за одабир. Приликом одабира дистрибуцијског трансформатора, одаберите оне који могу гладко проп