Обговорення вад лінійних перетворювачів у сільській електричній мережі

1. Вступ

Згідно з довготривалою експлуатацією, аварії та неполадки розподільчих трансформаторів у сільських електромережах не можна повністю уникнути. Ці аварії та неполадки викликаються багатьма факторами, такими як зовнішні сили, наприклад, пошкодження та удар, а також невідворотні природні катаклізми, такі як удари блискавок. Окрім того, в деяких сільських районах погано підтримуються низьковольтні лінії, що часто призводить до перенавантаження та коротких замикань, що спричиняють спалювання розподільчих трансформаторів. Це стало одним із основних факторів, що впливають на аварійність.

Для запобігання спалюванню розподільчих трансформаторів та зменшення їхніх експлуатаційних неполадок у сільських електромережах, ця стаття сумує та аналізує деякі типові види неполадок та причини виникнення неполадок розподільчих трансформаторів, досліджує профілактичні заходи, глибше досліджує потенційні загрози та слабкі місця розподільчих трансформаторів, ефективно запобігає та обмежує виникнення неполадок, що призводять до спалювання розподільчих трансформаторів, та таким чином підвищує надійність електропостачання сільських електромереж.

На даний момент в сільських електромережах переважно використовуються масляні розподільчі трансформатори. Неполадки таких трансформаторів зазвичай поділяються на внутрішні та зовнішні. Внутрішні неполадки вказують на різні випадки відмов, що відбуваються всередині баку трансформатора. Основні види включають міжфазні короткі замикання між обмотками, короткі замикання між витками всередині обмоток, та заземлення, коли обмотки або виходи контактує з зовнішнім корпусом. Зовнішні неполадки — це різні випадки відмов, що відбуваються на ізоляційних керамічних втулках поза баком трансформатора та їх виходах. Основні види — це заземлення через пробій або пошкодження ізоляційних керамічних втулок, а також міжфазні короткі замикання або заземлення низьковольтних виходних ліній.

Оскільки неполадки розподільчих трансформаторів охоплюють широкий спектр, існує багато конкретних методів класифікації. Наприклад, з точки зору контурів цепей, вони в основному поділяються на неполадки цепей, магнітних контурів та масляних контурів. Якщо класифікувати за основною будовою розподільного трансформатора, вони можуть бути розділені на неполадки обмоток, серцевини, якості масла та приладів. Зазвичай, види неполадок розподільних трансформаторів загалом класифікуються згідно з типовими областями, що піддаються відмовам, такими як неполадки ізоляції, серцевини, переключника витків тощо. Серед них, найбільший вплив на сам трансформатор має коротке замикання на виході розподільного трансформатора, яке також має найвищий відсоток виникнення. Також є й неполадки витоку масла розподільного трансформатора тощо. Усі ці різні види неполадок можуть представляти собою теплові, електричні неполадки, або одночасно теплові та розрядні. Однак, неполадка витоку масла розподільного трансформатора, як правило, не демонструє характеристики теплових або електричних неполадок в нормальних умовах.

Тому важко категоризувати види неполадок розподільних трансформаторів в рамках конкретної системи. Ця стаття використовує відносно поширені та загальні види неполадок розподільних трансформаторів, такі як короткі замикання, розрядні неполадки, неполадки ізоляції, серцевини, переключника витків, витоку масла, пошкодження зовнішніми силами, та неполадки захисту друками. Кожен вид окремо обговорюється з точки зору його причини та відповідних технічних заходів.

2. Аналіз неполадок розподільних трансформаторів
2.1 Короткі замикання
2.1.1 Аналіз причин неполадок

Короткі замикання розподільних трансформаторів в основному вказують на короткі замикання на виході розподільних трансформаторів, а також короткі замикання між внутрішніми виходами або обмотками на землю, та між фазами, що призводять до відмов.

Під час нормальної роботи розподільних трансформаторів, пошкодження, викликане короткими замиканнями на виході, є досить серйозним. Згідно з відповідною статистикою, аварії, безпосередньо викликані впливом струму короткого замикання на розподільні трансформатори в сільських електромережах, становлять приблизно 40% усіх аварій. Таких випадків багато. Особливо, коли відбувається коротке замикання на низьковольтному виході розподільного трансформатора, зазвичай необхідно замінити обмотки. У складних випадках може знадобитися заміна всіх обмоток, що призводить до дуже серйозних наслідків та втрат. Тому це повинно бути достатньо враховано.

Впливи коротких замикань на виході на розподільні трансформатори включають наступні два аспекти:
Перегрівання ізоляції, викликане струмом короткого замикання
Згідно з недостатньою підтримкою деяких сільських низьковольтних ліній, часто відбуваються перенавантаження та короткі замикання. Коли розподільний трансформатор вдруге відчуває коротке замикання, його високовольтні та низьковольтні обмотки одночасно можуть пропускати струм короткого замикання, що перевищує номінальне значення в десятки разів. Це генерує велику кількість тепла, що призводить до серйозного перегріву розподільного трансформатора, швидкого підвищення температури обмоток, старіння ізоляції. Коли здатність розподільного трансформатора витримувати струм короткого замикання недостатня, а термічна стабільність погана, матеріал ізоляції розподільного трансформатора буде серйозно пошкоджений, що призведе до пробою та пошкодження розподільного трансформатора.
Деформація обмоток, викликана електродинамічною силою короткого замикання
Коли розподільний трансформатор вдаряється коротким замиканням, якщо струм короткого замикання невеликий, а друк правильно спрацьовує, деформація обмоток буде невеликою. Якщо струм короткого замикання великий, а друк спрацьовує з затримкою або взагалі не спрацьовує, на стороні вторинної обмотки виникає струм короткого замикання, що перевищує номінальний струм в 20-30 разів. На стороні первинної обмотки розподільного трансформатора необхідно виникне великий струм для компенсації демагнітуючого впливу струму короткого замикання на стороні вторинної обмотки. Великий струм генерує значну механічну стресу всередині обмотки, що призводить до стиснення, зміщення або деформації обмотки, послаблення ізоляційних прокладок та пластин, послаблення болтів зажиму серцевини, деформації або розриву високовольтної обмотки, і, врешті-решт, до відмови розподільного трансформатора. Одночасно, обмотки піддаються значному електромагнітному моменту, матеріал ізоляції скалазується, викривається провід, що призводить до міжвиткових коротких замикань. Для невеликих деформацій, якщо не відновити положення прокладок, затягнути стиснучі болти обмоток, тягові пластини та тяги ярма, а також посили