Diskusjon om feil i landsbygds kraftdistribusjonstransformatorer

1. Innledning

På grunn av langvarig drift, kan feil og ulykker i fordelingstransformatorer i landlige kraftnetter ikke unngås fullstendig. Disse feilene og ulykkene er forårsaket av en rekke faktorer, som eksterne krefter som skader og påvirkninger, samt uunngåelige naturkatastrofer som lynnedslag. Samtidig er vedlikeholdet av lavspenningslinjer utilstrekkelig i noen landlige områder, noe som ofte fører til overbelastning og kortslutninger, som igjen fører til at fordelingstransformatorer brenner ut. Dette har blitt en viktig faktor som bidrar til feil.

For å forebygge at fordelingstransformatorer brenner ut og redusere driftsfeil i landlige kraftnetter, summerer og analyserer denne artikkelen noen typiske feiltyper og årsaker til fordelingstransformatorer, utforsker forebyggende tiltak, undersøker ytterligere potensielle farer og svake punkter i fordelingstransformatorer, forebygger effektivt og begrenser forekomsten av utbrenningsfeil i fordelingstransformatorer, og dermed øker strømforsyningens pålitelighet i landlige kraftnetter.

For tiden er de fordelingstransformatorer som brukes i landlige kraftnetter hovedsakelig oljedempede fordelingstransformatorer. Feilene i slike transformatorer klassifiseres vanligvis inn i interne og eksterne feil. Interne feil refererer til ulike misfunksjoner som oppstår inne i transformatortanken. De viktigste typene inkluderer faseshortslutning mellom spoler, vindingshortslutning innenfor spoler, og jordfeil hvor spoler eller utledninger kommer i kontakt med ytre beholder. Eksterne feil er ulike misfunksjoner som oppstår på isolerende busser utenfor transformatortanken og deres utledninger. De viktigste typene er jording på grunn av flashek eller knusning av isolerende busser, samt faseshortslutning eller jording av lavspenningsutledninger.

Ettersom feilene i fordelingstransformatorer dekker et bredt spekter, finnes det mange spesifikke klassifiseringsmetoder. For eksempel, fra sirkuitsløpsperspektivet, deles de hovedsakelig inn i sirkuitfeil, magnetiske sirkuitfeil, og oljesirkuitfeil. Hvis de klassifiseres etter den hovedstrukturale delen av fordelingstransformator, kan de deles inn i spolefeil, kjernefeil, oljekvalitetsfeil, og tilbehørfeil. Konvensjonelt sett deles feiltypene til fordelingstransformatorer generelt inn basert på vanlige feilsoneområder, som isoleringsfeil, kjernefeil, tapendringsfeil, osv. Blant disse, har fordelingstransformatorutslettshortslutningen den mest alvorlige påvirkningen på selve transformator og den høyeste forekomstfrekvensen for tiden. I tillegg finnes det også lekkasjeavhendinger i fordelingstransformatorer, o.l. Alle disse ulike feiltypene kan representere termiske feil, elektriske feil, eller både termiske og utslippsfeil samtidig. Imidlertid kan lekkasjeavhendingen i en fordelingstransformator ikke vise termiske eller elektriske feilegenskaper under normale forhold.

Derfor er det vanskelig å kategorisere feiltypene til fordelingstransformatorer innenfor et spesifikt rammeverk. Denne artikkelen bruker relativt vanlige og generelle feiltyper til fordelingstransformatorer, som shortslutningsfeil, utslippsfeil, isoleringsfeil, kjernefeil, tapendringsfeil, olje-gasslekkasjeavhendinger, eksterne kraftskadeavhendinger, og sikringsskyddfeil. Hver type diskuteres separat med hensyn til årsaken og tilsvarende tekniske tiltak.

2. Feilanalyse av fordelingstransformatorer
2.1 Shortslutningsfeil
2.1.1 Analyse av feilårsaker

Shortslutningsfeil i fordelingstransformatorer refererer hovedsakelig til utslettshortslutninger i fordelingstransformatorer, samt shortslutninger mellom interne utledninger eller spoler til jorden, og shortslutninger mellom faser, som fører til feil.

Under normal drift av fordelingstransformatorer, er skadene forårsaket av utslettshortslutningsfeil relativt alvorlige. Ifølge relevante statistikker, utgjør feil direkte forårsaket av shortslutningsstrømmer på fordelingstransformatorer i landlige kraftnetter omtrent 40% av alle feil. Det er mange slike tilfeller. Spesielt når det oppstår en lavspenningsutslettshortslutning i en fordelingstransformator, må spoler generelt erstattes. I alvorlige tilfeller, kan alle spoler måtte erstattes, noe som fører til ekstremt alvorlige konsekvenser og tap. Derfor bør dette gis tilstrekkelig oppmerksomhet.

Påvirkningene av utslettshortslutninger på fordelingstransformatorer inkluderer hovedsakelig følgende to aspekter:
Overvarmingsfeil i isolasjon forårsaket av shortslutningsstrøm
På grunn av utilstrekkelig vedlikehold av noen landlige lavspenningslinjer, oppstår overbelastning og kortslutninger ofte. Når en fordelingstransformator opplever en plutselig shortslutning, kan dens høy- og lavspenningsspoler samtidig passere shortslutningsstrømmer flere ti ganger den nominerte verdien. Dette produserer en stor mengde varme, som fører til at fordelingstransformatoren blir alvorlig overoppvarmet, og spolerens temperatur stiger raskt, noe som fører til isoleringsaldring. Når fordelingstransformatorens evne til å motstå shortslutningsstrøm er utilstrekkelig og dens varmestabilitet er dårlig, vil isoleringsmaterialet i fordelingstransformatoren bli alvorlig skadet, noe som fører til nedbryting og skade på fordelingstransformatoren.
Deformasjonsfeil i spoler forårsaket av shortslutningselektrodynamisk kraft
Når en fordelingstransformator blir påvirket av en shortslutning, hvis shortslutningsstrømmen er liten og sikringen springer korrekt, vil deformasjonen av spolen være minimal. Hvis shortslutningsstrømmen er stor og sikringen springer med forsinkelse eller ikke springer, vil sekundærside produsere en shortslutningsstrøm 20-30 ganger høyere enn den nominerte strømmen. Primærside av fordelingstransformatoren vil nødvendigvis produsere en stor strøm for å motvirke demagnetiseringseffekten av sekundærside shortslutningsstrøm. Den store strømmen genererer en betydelig mekanisk spenning inne i spolen, som fører til at spolen presses sammen, flyttes eller deformeres, isolerende putter og plater løsner, kjernespennebolter slakkes, høyspenningsspolen distorteres eller eksploderer, og til slutt fører til en feil i fordelingstransformator. Samtidig utsatt spoler for en relativt stor elektromagnetisk dreiemoment, og isoleringsmaterialet flaker av, eksponerer ledningslegemet og fører til vindingshortslutninger. For mindre deformasjoner, hvis ikke reparert på tid, som gjenoppretting av plasseringen av putter, fastsetting av spenningsspiker av spoler og trekkplate og trekkrør av yoke, og styrking av spenningen av utledninger, akkumulativ effekt etter flere shortslutningspåvirkninger vil også skade fordelingstransformator.

2.1.2 Tiltak for å redusere shortslutningsfeil

• Optimalisering av valgkriterier. Når man velger en fordelingstransformator, velg en som kan gjennomgå shortslutningstesten smidig. Bestem kapasiteten til fordelingstransformatoren fornuftig og velg dens shortslutningsempeedium rasjonelt. Prøv å bruke energieffektive S11-type fordelingstransformatorer og fasete ut høyenergiforbrukende transformatorer.

• Optimalisering av driftsforhold og -miljø. Forbedre isolasjonsnivået av strømledninger, spesielt isolasjonsnivået av lavspenningsutslettledninger av fordelingstransformator over en viss avstand. Samtidig hev standardene for sikkerhetskorridor og sikkerhetsavstandskrav for lavspenningslinjer for å redusere påvirkning og fare for nærområdefeil. Dette inkluderer å legge merke til installering og vedlikeholdskvalitet av lavspenningsdroppeterminaler (siden eksplosjon av lavspenningsterminaler ofte er ekvivalent med en sekundæreshortslutning), forhindre små dyr fra å invadere, og forbedre kvalitetskrav for lavspenningsfusible for å unngå situasjoner som fusible som ikke springer.

• Optimalisering av driftsmåter. Når driftsmåten bestemmes, beregn shortslutningsstrøm og begrens dets farer. Spesielt forhindre at fordelingstransformator drifter under overbelastning. Prøv å beregne og justere elektriske belastninger til fordelingstransformator.

• Forbedring av driftsforvaltningsnivå. Først, forhindre shortslutningspåvirkninger forårsaket av misoperasjon. Styrk tidsmessig overvåking og vedlikehold av fordelingstransformator, oppdager graden av deformasjon av fordelingstransformator på tid, og sikre trygg drift. Samtidig øk inspeksjonsinnsatsen på strømforbruk hos brukere i fordelingstransformatorområdet for å forhindre overbelastningsproblemer forårsaket av strømtyveri.

2.2 Utslippsfeil

Basert på energitetheten av utslippet, deles utslippsfeilene til fordelingstransformatorer vanligvis inn i partiell utslipp, gnistutslipp, og høyenergiutslipp. Utslipp har to typer ødeleggende effekter på isolasjon: den ene er at utslippspartikler direkte bombardeerer isolasjonen, som fører til lokal isolasjonsskade og gradvis utvider den til isolasjonsnedbryting. Den andre er at kjemiske virkninger av aktive gasser som varme, ozon og kveldstoffoksid, generert av utslippet, korroderer lokal isolasjon, øker dielektriske tap, og til slutt fører til termisk nedbryting.

2.2.1 Partielle utslippsfeil i fordelingstransformatorer

Partiell utslipp refererer til en ikke-gjennomført utslippfenomen som oppstår langs kantene av luftgapper, oljefilmer eller ledere innen i isolasjonsstrukturen under virkningen av spenning. I begynnelsen er partiell utslipp en lavenergiutslipp. Når slik utslipp oppstår inne i en fordelingstransformator, er situasjonen ganske kompleks. Basert på ulike isolasjonsmedium, kan partiell utslipp deles inn i partiell utslipp i bobler og partiell utslipp i olje. Basert på isolasjonssteder, inkluderer det partiell utslipp i huler av solid isolasjon, ved elektrodspisser, i olje-hjørnegapper, i oljegapper mellom olje og isolasjonskartonger, og langs overflaten av solid isolasjon i olje. Årsakene til partiell utslipp er som følger:

• Når det er bobler i oljen eller huler i solid isolasjonsmateriale, på grunn av det lille dielektriske konstanten til gassen, bærer den høy feltstyrke under alternerende spenning, men dens strømstyrke er lavere enn olje og papirisolering. Derfor vil utslipp ofte oppstå først i luftgappen.

• Påvirkning av eksterne miljøforhold. For eksempel, hvis oljebehandlingen er ufullstendig og bobler faller ned fra oljen, vil det forårsake utslipp.

• På grunn av dårlig produksjonskvalitet. For eksempel, utslipp oppstår ved noen deler med skarpe hjørner. Bobler, rester, og fuktighet innføres, eller på grunn av eksterne temperaturrelaterte faktorer som malingklumper, bærer de en relativt høy feltstyrke.

• Utslipp forårsaket av dårlig kontakt mellom metalldele eller ledere. Selv om energitetheten av partiell utslipp ikke er stor, hvis det utvikler seg videre, vil det danne en ond cirkel av utslipp, som til slutt fører til nedbryting eller skade på utstyret og forårsaker alvorlige utbrenningsulykker.

2.2.2 Gnistutslippsfeil i fordelingstransformatorer

Generelt forårsaker ikke gnistutslipp hurtig isolasjonsnedbryting. Det viser seg hovedsakelig i abnorme oljechromatografianalyser, økning i partiell utslippmengde, eller lett gass. Det er relativt lett å oppdage og håndtere, men det bør gi tilstrekkelig oppmerksomhet til dets utvikling. Det er hovedsakelig to årsaker til gnistutslipp:

Gnistutslipp forårsaket av flytende potensial. I høyspenningelektriske utstyr, en bestemt metall-del, på grunn av strukturelle årsaker eller dårlig kontakt under transport og drift, er koblet fra og ligger mellom høy- og lavspenningelektroder, deler spenningen etter dens impedans. Potensialet til jord generert på denne metall-delen kalles flytende potensial. Feldestyrken nær et objekt med flytende potensial er relativt koncentrert, ofte gradvis forbrenner den omkringliggende solide dielektiske materiale eller karboniserer det.

Det forårsaker også at isolerende olje dekomponerer en stor mengde karakteristiske gasser under virkningen av flytende potensial, som fører til en abnorm resultat av isolerende oljechromatografianalyse. Flytende utslipp kan oppstå i metall-dele i høyt potensial inne i fordelingstransformator, som reguleringsvinding, når gradballen på bushingen og tom tap-changer shift fork har flytende potensial. For dele på jordpotensial, som silisijernplate magnetisk skjerming og ulike metallbolter for fastsetting, hvis deres kobling til jord er slak eller koblingsfraktur, vil det føre til flytende potensialutslipp. Dårlig kontakt ved enden av høyspenningbushingen til fordelingstransformator kan også danne flytende potensial og forårsake gnistutslipp.

Gnistutslipp forårsaket av urenheter i olje
Den hovedårsaken til gnistutslippsfeil i fordelingstransformatorer er påvirkningen av urenheter i oljen. Disse urenheter er sammensatt av fukt, fibreagtige stoffer (hovedsakelig fuktige fiber), osv. Dielektriske konstant ε av vann er omtrent 40 ganger så stor som fordelingstransformatorolje. I et elektrisk felt, polariseres urenheter først og attraheres til området med den sterkeste elektriske feltstyrken, nemlig nær elektroder, og ordnes i retning av feltlinjer. Så dannes en "bro" av urenheter nær elektroder.

Konduktiviteten og dielektriske konstanten av "broen" er begge større enn fordelingstransformatorolje. Ifølge prinsippene for elektromagnetiske felt, forvrider "broens" tilstedeværelse feltet i oljen. Siden dielektriske konstanten av fiber er liten, styrkes feltet i oljen ved endene av fibrene. Derfor oppstår utslipp først og utvikler seg i denne delen av oljen. Oljen disosierer i et høyt-feltstyrke-miljø, dekomponerer til gasser, som fører til at boblene øker i størrelse og disosiasjonen styrkes. Deretter utvikler prosessen gradvis, som fører til gnistutslipp i hele oljegapet gjennom gasskanalen. Så, gnistutslipp kan oppstå ved en relativt lav spenning.

Hvis avstanden mellom elektroder er ikke stor og det er nok urenheter, kan "broen" koble de to elektroder. Da, på grunn av den relativt høye konduktiviteten til "broen", strømmer en stor strøm langs "broen" (størrelsen på strømmen avhenger av kapasiteten til strømkilden), som fører til at "broen" blir intensivt opphetet. Fuktigheten og nær olje i "broen" koker og dampet, skaper en gasskanal - "boblebroen", og gnistutslipp oppstår.

Hvis fibrene ikke er fuktige, er konduktiviteten til "broen" veldig liten, og dens påvirkning på gnistutslippsspenningen i oljen er også relativt liten; motsatt, påvirkningen er større. Derfor er gnistutslippet i fordelingstransformatorolje forårsaket av urenheter relatert til opphettingen av "broen". Når en impuls-spenning virker eller feltet er ekstremt ujevnt, er det ikke lett for urenheter å danne en "bro", og deres effekt er bare begrenset til å forvreie feltet. Gnistutslipp-prosessen avhenger hovedsakelig av størrelsen på den påførte spenningen.

2.2.3 Bueutslippsfeil i fordelingstransformatorer

Bueutslipp er en høyenergiutslipp, som vanligvis ses som isolasjonsnedbryting mellom vindingslag eller -turner. Andre vanlige feil inkluderer ledningsbrudd, flashek til jorden, og buer i tap-changere.

• Påvirkning av bueutslipp. På grunn av den høye energitetheten av bueutslippsfeil, genereres gass raskt. Det påvirker ofte dielektrikummet i form av elektron-laviner, som fører til at isoleringspapiret perforeres, karboniseres, eller karboniseres, former eller smelter og forbrenner metallmaterialer. I alvorlige tilfeller, kan det forårsake utstyrsskade eller endog eksplosjoner. Slike ulykker er generelt vanskelig å forutsi på forhånd og har ingen klare tegn, ofte dukker de opp plutselig.

• Gassegenskaper av bueutslipp. Etter en bueutslippsfeil oppstår, karboniserer også fordelingstransformatoroljen og blir svart. De viktigste komponentene av karakteristiske gasser i oljen er H2 og C2H2, etterfulgt av C2H6 og CH4. Når utslippsfeilen involverer solid isolasjon, vil CO og CO2 også produseres.Sammenfattet har de tre formene for utslipp både forskjeller og visse forbindelser. Forskjellene refererer til utslippenerginivå og gasssammensetning, mens forbindelsen er at partiell utslipp er en forløper til de to andre formene for utslipp, og de to senere er uunngåelige resultater av utviklingen av den første. Siden feilene som oppstår inne i fordelingstransformatorer ofte er i en tilstand av gradvis utvikling, og de fleste av dem ikke er enkeltypefeil, men snarere at en type følges av en annen type, eller flere typer oppstår samtidig. Derfor kreves mer nøyaktig analyse og spesifikk behandling.

2.3 Isolasjonsfeil

For tiden er de mest brukte fordelingstransformatorer i landlige kraftnetter oljedempede transformatorer. Isolasjonen til en fordelingstransformator refererer til isolasjonssystemet sammensatt av dess isolasjonsmaterialer. Det er en grunnleggende betingelse for den normale drifta av fordelingstransformator, og servicelevertiden til fordelingstransformator bestemmes av livslengden til isolasjonsmaterialene (som olje-papir eller harz). Praktisk erfaring har bevist at de fleste skader og feil av fordelingstransformatorer er forårsaket av skade på isolasjonssystemet.

Derfor, beskyttelse av den normale drifta av fordelingstransformator og forsterkning av den rimelige vedlikeholdet av isolasjonssystemet kan, i stor grad, sikre en relativt lang servicelevetid for fordelingstransformator. Forebyggende og prediktivt vedlikehold er nøkkelen til å forlenge servicelevetiden til fordelingstransformatorer og forbedre strømforsyningens pålitelighet.

I oljedempede fordelingstransformatorer, er de viktigste isolasjonsmaterialene isolerende olje og solide isolasjonsmaterialer som isoleringspapir, kartong, og treblokker. Det såkalte aldring av fordelingstransformatorisolasjon betyr at disse materialene dekomponerer under påvirkningen av miljøfaktorer, noe som reduserer eller fjerner deres isolasjonstyrke.

2.3.1 Solide papirisolasjonsfeil

Solid isolasjon er en av de viktigste komponentene i isolasjonen til oljedempede fordelingstransformatorer, inkludert isoleringspapir, isoleringsplate, isoleringsputter, isoleringsspoler, isoleringsbindebånd, etc. Dets hovedkomponent er cellulose. Etter at isoleringspapiret aldrer, gradvis reduseres dens grad av polymerisering og strekkstyrke, og vann, CO, og CO2 produseres. I tillegg produseres også furfural (furfuraldehyd). De fleste av disse aldringsprodukter er skadelige for elektriske utstyr. De kan redusere nedbrytningspanningen og volumresistansen til isoleringspapiret, øke dielektriske tap, redusere strekkstyrken, og til og med korrodere metallmaterialer i utstyret.

2.3.2 Flytende oljeisolasjonsfeil

Årsaker til forringelsen av fordelingstransformatorolje

Forurensning betyr at fukt og urenheter blandes inn i oljen. Dette er ikke oksideringsprodukter av oljen. Isolasjonsegenskapene til forurenset olje forverres, nedbrytningsfeltstyrken reduseres, og dielektriske tap vinkel øker.
Forringelse er resultatet av oljeoksidasjon. Denne oksidasjonen refererer ikke bare til oksidasjonen av kohydrokarboner i ren olje, men inkluderer også akselerasjonen av oksidasjonsprosessen av urenheter i oljen, spesielt kobber, jern, og aluminium metal-skrap.