Årsager og løsninger til høj fejlrate af fordeletransformatorer

1. Årsager til fejl i landbrugsfordelingstransformatorer

(1) Isoleringsskader

Landdistriktsstrømforsyning anvender typisk 380/220V-mixede forsynings-systemer. På grund af den høje andel enefasede belastninger opererer fordelings-transformatorer ofte under betydelig tre-fase belastningsubalance. I mange tilfælde overstiger ubalancen de tilladte grænser angivet i standarder, hvilket fører til for tidlig aldring, forværrelse og fejl i transformatorvindingsisolering, og endelig til brændsel.

Når fordelings-transformatorer oplever langvarige overbelastningsforhold, lavspændings-side linjefejl eller pludselige betydelige stigninger i belastningen, kan skader opstå på grund af utilstrækkelig beskyttelse. Mangel på beskyttelses-enheder på lavspændings-siden kombineret med at højspændings-side faldudslukere ikke fungerer tidsnok (eller slet ikke), giver transformatorerne mulighed for at føre strømme, der langt overstiger deres nominerede værdier (nogle gange flere gange den nominerede strøm). Dette forårsager dramatiske temperaturstigninger, som accelererer isoleringens aldring og fører til vindingsbrændsel.

Efter langvarig drift forværres tætningskomponenter såsom gummi-perler og -rør, sprækker og mislykkes. Hvis dette ikke bliver opdaget og erstattet hurtigt, fører det til olieudløb og faldende oliestande. Luftfugtighed fra luften indtrænger derefter i store mængder i isoleringsolien, hvilket drastisk reducerer dens dielektriske styrke. Alvorlige mangel på olie kan udsætte spændingsreguleringsenheden for luft, hvilket fører til fugtighedsabsorption, udslip, kortslutninger og transformatorbrændsel.

Produktionsfejl bidrager også til fejl. Utilstrækkelige produktionsprocesser, ufuldstændig impregnation af vindingslag med lak (eller dårlig kvalitet isoleringslak), utilstrækkelig tørretning og usikre sømmekogninger kan skabe isolerings-sårbarheder. Desuden kan tilføjelse af underslæbende isoleringsolie under vedligeholdelse eller tilladelse til fugtighed og forurening at indtrænge under reparationer formindske oliekvaliteten og isoleringsstyrken, og sidst, men ikke mindst, forårsage isoleringsnedbrydning og transformatorfejl.

(2) Overspænding

Blitzbeskyttelse mislykkes ofte på grund af jordningsmodstandsværdier, der ikke opfylder kravene. Selv når de er i første omgang i overensstemmelse, kan jordningssystemer forværres over tid på grund af rust, oxidation, brud eller dårlige løjer, hvilket fører til dramatiske stigninger i jordningsmodstanden og gør transformatorerne sårbare over for blitzskader.

Ukorrekt konfiguration af blitzbeskyttelse er almindelig. Mange landbrugsfordelings-transformatorer har kun overslagsafvenner installeret på højspændings-siden. Da landdistrikts-strømforsyning primært anvender Yyn0-forbundne transformatorer, kan lynnedslag generere både positive og omvendte transformations-overspændinger. Uden lavspændings-side overslagsbeskyttelse bliver transformatorerne betydeligt mere sårbare over for disse overspændinger.

Landsby 10kV strømsystemer oplever ofte ferromagnetisk resonans. Under resonansoverspændelseshændelser kan den primære strøm i fordelings-transformatorer øges dramatisk, hvilket kan føre til vindingsbrændsel eller bushing-flaskehals og endda eksplosion.

(3) Dårlige driftsforhold

Under varme sommerperioder eller når transformatorer driftes kontinuerligt under overbelastningsforhold, stiger olietemperaturen betydeligt. Dette påvirker alvorligt varmeafgivelsen og accelererer isoleringens aldring, forværring og fejl, og forkorter betydeligt transformatorernes levetid.

(4) Forkert drift af spændingsreguleringsenheder eller dårlig kvalitet

Landbrugsstrømforsyning har spredte belastninger, stærke sæsonmønstre, store top-dal forskelle, lange lavspændingsledninger og betydelige spændingsfald, hvilket resulterer i store spændingsfluktuationer. Dette fører til, at landelektrikere ofte selv justerer transformatorernes spændingsreguleringsenheder. De fleste af disse justeringer følger ikke korrekte procedurer, og DC modstands-værdier måles og sammenlignes ikke efter operation inden genoptagelse. Derfor fejler mange transformatorer på grund af forkert placering af spændingsreguleringsenheder, dårlig kontakt, øget kontaktmodstand og brændte spændingsreguleringsenheder.

Dårlig kvalitet af spændingsreguleringsenheder med utilstrækkelig statisk og dynamisk kontakt, eller upassende positionsindikatorer (hvor ydre mærkater ikke svarer til de faktiske interne positioner), kan forårsage udslip og kortslutnings-hændelser efter kommissionering, hvilket resulterer i skadede spændingsreguleringsenheder eller hele vindinger.

(5) Jordningsproblemer i transformator-kernen

Kvalitetsproblemer i fordelings-transformatorer kan forårsage, at isoleringslak mellem siliciumstålplader aldrer for tidligt under langvarig drift, hvilket fører til flerpunktet kernjordning og transformatorfejl.

(6) Langvarig overbelastningsdrift

Med økonomisk udvikling i landdistrikter er elektricitetsbehovet steget dramatisk. Dog har manglen på tilføjelse af nye transformatorer eller udskiftning med højere kapacitetsenheder tvunget eksisterende transformatorer til at fungere kontinuerligt under overbelastningsforhold. Desuden gør den høje andel enefasede belastninger i landdistrikter det svært at opnå tre-fase belastningsbalance, hvilket fører til, at visse faser oplever alvorlige langvarige overbelastninger, mens neutralledsstrømmer overskrider tilladte værdier betydeligt. Disse forhold fører sidst, men ikke mindst, til transformatorbrændsel.

2. Modforanstaltninger

Ifølge relevante standarder skal hver fordelings-transformator have tre grundlæggende beskyttelser: blitzbeskyttelse, kortslutningsbeskyttelse og overbelastningsbeskyttelse.

For blitzbeskyttelse skal overslagsafvenner være installeret på både høj- og lavspændings-siden af transformatorerne, hvor zinkoxid-overslagsafvenner er den foretrukne mulighed.

Kortslutnings- og overbelastningsbeskyttelser bør overvejes separat. Højspændings side faldudfyringer bør primært beskytte mod interne kortslutninger i transformatorerne, mens overbelastningsforhold og lavspændings linje kortslutninger bør håndteres af lavspændings kredsløbsbrydere eller sikringer installeret på lavspændings siden.

Under drift bør fasebelastningsstrømme regelmæssigt overvåges med klemmestrommåler for at verificere, at tre-fase belastnings ubalance forbliver inden for tilladte grænser. Når en overdreven ubalance opdages, er øjeblikkelig omdeling af belastningen nødvendig for at bringe ubalancen inden for standardgrænser.

Regelmæssig inspektion og test af fordelingstransformatorer ifølge foreskrevne programmer er afgørende. Inspektører bør kontrollere oliefarve, -niveau og -temperatur for normalitet, og lede efter olieudløb. Buesikringsoverflader bør undersøges for flaskeovergangs- eller udslagsmærker. Enhver anormalitet skal behandles øjeblikkeligt. Det anbefales også periodisk rensning af transformatorernes ydersider for at fjerne snavs og forureninger fra buesikringer og andre overflater.

Før hver årlig tordenstormssæson, skal der foretages en grundig inspektion af både høj- og lavspændings overslagsbekæmpere og jordforbindelser. Ikke-overensstemmende overslagsbekæmpere skal erstattes. Jordforbindelser skal være fri for brudte tråde, dårlige svarelser eller brud. Aluminiumledere bør aldrig anvendes til jordforbindelser; i stedet anbefales stålstænger med 10-12mm diameter eller flade stållister på 30×3mm.

Jordmodstand bør testes årligt under vinteren under gunstige vejrforhold (mindst en uge med konstant klart vejr). Ikke-overensstemmende jordsystemer skal rettes.

Forbindelser mellem transformatorkontakter og overhængende ledere på både høj- og lavspændings sider bør anvende kobber-aluminium overgangskomponenter eller kobber-aluminium udstyrklamper. Før forbindelse, bør overfladerne på disse komponenter poleres med fint sandpapir og bebrejdes med et passende mængde ledbare fedt.

Når man opererer transformator tapskifter, skal procedurer strengt følges. Efter justering bør transformator ikke straks sættes i drift igen. I stedet bør DC modstands-værdier for hver fase måles med en bro før og efter operation og sammenlignet. Hvis ingen betydelige ændringer observeres, bør de post-operation phase-to-phase og line-to-line DC modstands-værdier sammenlignes, med faseforskelle ikke overstigende 4% og linjeforskelle mindre end 2%. Hvis disse kriterier ikke opfyldes, skal årsagen identificeres og rettes. Kun efter at have opfyldt disse krav, bør transformator sættes i drift igen.