Příčiny a řešení vysokého počtu poruch distribučních transformátorů

1. Příčiny selhání transformátorů pro zemědělské rozvodové sítě

(1) Poškození izolace

Venkovské dodávky elektrické energie obvykle využívají smíšené systémy dodávek 380/220V. V důsledku vysokého podílu jednofázových zatížení často pracují distribuční transformátory za výrazně nerovnoměrného třífázového zatížení. V mnoha případech překračuje nerovnováha povolený rozsah stanovený normami, což způsobuje předčasné stárnutí, zhoršení a selhání izolace cívek transformátoru, což nakonec vedou k vyhoření.

Když distribuční transformátory trpí dlouhotrvajícím přetížením, chybami na straně nízkého napětí nebo náhlým výrazným nárůstem zatížení, může dojít k poškození v důsledku nedostatečné ochrany. Absence ochranných zařízení na straně nízkého napětí spolu s tím, že padací pojistky na straně vysokého napětí nefungují včas (nebo vůbec), umožňuje transformátorům nést proudy, které výrazně překračují jejich nominální hodnoty (někdy několikrát nominální proud). To způsobuje dramatické zvýšení teploty, urychluje stárnutí izolace a vede k vyhoření cívek.

Po dlouhodobém provozu dochází k znehodnocení a praskání těsnicích komponent, jako jsou gumové kuličky a těsnění. Pokud nejsou včas zjištěny a nahrazeny, toto vede k úniku oleje a snížení hladiny oleje. Vláhkost z ovzduší pak vstupuje do izolačního oleje v velkém množství, což dramaticky snižuje jeho dielektrickou sílu. Závažný nedostatek oleje může vystavit čidlo pro přepínání fází vzduchu, což vede k absorpci vlhkosti, výbojkám, krátkým spojením a vyhoření transformátoru.

K selháním také přispívají výrobní vad. Nedostatečné výrobní procesy, neúplné nasycení vrstev cívek lakem (nebo špatná kvalita izolačního laku), nedostatečné usušení a nezpůsobilé sváření spojů cívek mohou vytvořit slabiny v izolaci. Kromě toho, přidání nedostatečné kvality izolačního oleje během údržby nebo vstup vlhkosti a znečišťujících látek během oprav degraduje kvalitu oleje a sílu izolace, což nakonec vede k poruše izolace a selhání transformátoru.

(2) Přepětí

Ochrana proti bleskům často selhává v důsledku odporů zazemlení, které nesplňují požadavky. I když původně splňují normy, systémy zazemlení se mohou v průběhu času znehodnotit v důsledku koroze oceli, oxidace, praskání nebo špatných svarů, což vede k dramatickému zvýšení odporu zazemlení a zranitelnosti transformátorů vůči poškození bleskem.

Nesprávná konfigurace ochrany proti bleskům je běžná. Mnoho zemědělských distribučních transformátorů má ochranné prvky proti přepětím nainstalované pouze na straně vysokého napětí. Protože venkovské dodávky elektrické energie převážně využívají transformátory s připojením Yyn0, mohou blesky generovat jak pozitivní, tak inverzní přepětí transformace. Bez ochrany proti přepětím na straně nízkého napětí se transformátory stávají výrazně více zranitelnými vůči poškození těmito přepětím.

Venkovské 10kV elektrické systémy často zažívají feromagnetickou rezonanci. Během událostí přepětí rezonance může primární proud distribučních transformátorů výrazně narůstat, což vede k vyhoření cívek nebo k výbojkám a dokonce i explozi terminálů.

(3) Špatné provozní podmínky

Během letních období s vysokými teplotami nebo když transformátory pracují kontinuálně za přetížením, teplota oleje výrazně stoupá. To zásadně ovlivňuje odvádění tepla a urychluje stárnutí, zhoršení a selhání izolace, což výrazně zkracuje životnost transformátoru.

(4) Nesprávná práce s čidlem pro přepínání fází nebo špatná kvalita

Zemědělské spotřeba elektrické energie se charakterizuje rozmístěnými zatíženími, silnými sezónními vzory, velkými rozdíly mezi špičkou a dolním bodem, dlouhými linkami nízkého napětí a výraznými klesáními napětí, což vede k výrazným fluktuacím napětí. To vede k tomu, že venkovští elektři často sami upravují čidlo pro přepínání fází transformátorů. Většina těchto úprav nepostupuje podle správných postupů a DC odporové hodnoty nejsou změřeny a porovnány po provedení před opětovným uvedením do provozu. V důsledku toho mnoho transformátorů selhává v důsledku nesprávného nastavení čidla pro přepínání fází, špatného kontaktu, zvýšeného odporu kontaktu a vyhoření čidla pro přepínání fází.

Čidlo pro přepínání fází špatné kvality s nedostatečným statickým a dynamickým kontaktem nebo nesouladem indikátorů polohy (kde externí označení neodpovídá skutečné vnitřní poloze) může po uvedení do provozu vést k výbojkám a krátkým spojením, což vede k poškození čidla pro přepínání fází nebo celých civek.

(5) Problémy s zazemlením jádra transformátoru

Problémy s kvalitou distribučních transformátorů mohou způsobit, že během dlouhodobého provozu dojde k předčasnému stárnutí izolačního laku mezi listy křemenitého železa, což vede k vícepunktovému zazemlení jádra a selhání transformátoru.

(6) Dlouhodobý provoz za přetížením

S ekonomickým rozvojem venkova dramaticky vzrostla poptávka po elektrické energii. Nicméně, nedostatečné přidání nových transformátorů nebo výměna stávajících za ty s vyšší kapacitou donutila existující transformátory pracovat kontinuálně za přetížením. Kromě toho, vysoký podíl jednofázových zatížení na venkově ztěžuje dosažení rovnováhy třífázového zatížení, což vede k tomu, že určité fáze trpí výrazným dlouhodobým přetížením, zatímco proudy v neutrální části výrazně překračují povolené hodnoty. Tyto podmínky nakonec vedou k vyhoření transformátoru.

2. Opatření

Podle relevantních standardů musí každý distribuční transformátor mít tři základní ochrany: ochrana proti bleskům, ochrana proti krátkému spojení a ochrana proti přetížení.

Pro ochranu proti bleskům musí být na obou stranách transformátoru, na straně vysokého a nízkého napětí, nainstalovány ochranné prvky proti přepětí, přičemž preferovanou volbou jsou hliníkové oxidové ochranné prvky proti přepětí.

Krátké spojení a ochrana před přetížením by měly být zvažovány odděleně. Vysokonapěťové spadáky by měly hlavně chránit před vnitřními krvácivými poruchami v transformátoru, zatímco přetížení a krátké spojení na nízkonapěťové straně by měly být řešeny nízkonapěťovými přerušovači nebo pojistkami nainstalovanými na nízkonapěťové straně.

Během provozu by měly být fázové proudy pravidelně sledovány pomocí kleštových ampermetrů, aby bylo ověřeno, že třífázové nerovnováha zůstává v přípustných mezích. Pokud je detekována nadměrná nerovnováha, je nutné okamžité přerozdělení zatížení, aby byla nerovnováha přivedena do standardních limitů.

Pravidelná kontrola a testování distribučních transformátorů podle předepsaných plánů je nezbytná. Kontrolorové by měli kontrolovat barvu, hladinu a teplotu oleje, aby byla normální, a hledat úniky oleje. Plochy izolátorů by měly být prozkoumány na přítomnost stop po přechodu nebo výbojích. Jakékoliv nepravidelnosti musí být okamžitě odstraněny. Doporučuje se také pravidelné čištění vnějších povrchů transformátoru, aby byl odstraněn špinavost a kontaminace z izolátorů a jiných povrchů.

Před každou roční bouřkovou sezónou musí být provedena důkladná kontrola vysokonapěťových a nízkonapěťových ochranných zařízení proti přechodům a zemnících vedení. Nevyhovující ochranná zařízení musí být nahrazena. Zemnící vedení musí být bez přetržených drátů, špatných svarů nebo zlomů. Hliníkové vodiče by nikdy neměly být použity pro zemnici; místo toho se doporučují ocelové tyče o průměru 10-12 mm nebo ploché ocelové pásky 30×3 mm.

Odpornost zemnice by měla být každoročně testována v zimě za příznivých počasních podmínek (alespoň týden nepřetržitého jasného počasí). Nevyhovující systémy zemnice musí být napraveny.

Spojení mezi terminály transformátoru a vedeními vysokého a nízkého napětí by měla používat měděno-hliníkové přechodné komponenty nebo měděno-hliníkové spojovací klipsy. Před spojením by povrchy těchto komponent měly být leštěny jemnoprsým papírem a potaženy vhodnou množství elektricky vodivé masti.

Při obsluze čepičkových přepínačů transformátoru musí být postupy striktně dodržovány. Po nastavení by transformátor nesměl být okamžitě vrácen do provozu. Místo toho by měly být před a po operaci změřeny hodnoty stejnosměrného odporu každé fáze mostem a porovnány. Pokud nejsou pozorovány výrazné změny, by měly být po operaci porovnány hodnoty stejnosměrného odporu mezi fázemi a mezi linkami, s rozdílem fází nevyšším než 4 % a rozdílem linek nižším než 2 %. Pokud tyto kritéria nejsou splněna, musí být identifikována a napravena příčina. Transformátor lze vrátit do provozu pouze po splnění těchto požadavků.