Ursachen und Lösungen für eine hohe Ausfallrate von Verteilungstransformatoren

1. Ursachen für Ausfälle in landwirtschaftlichen Verteilungstransformatoren

(1) Isolierschäden

Die Stromversorgung in ländlichen Gebieten nutzt in der Regel 380/220V-Mischversorgungssysteme. Aufgrund des hohen Anteils an Einphasenlasten arbeiten Verteilungstransformatoren oft unter erheblichem Dreiphasen-Lastungleichgewicht. In vielen Fällen übersteigt das Ungleichgewicht den in Normen festgelegten zulässigen Bereich, was zu vorzeitiger Alterung, Verschlechterung und dem Ausfall der Wickelisolation führt und schließlich zu einem Ausbrennen kommt.

Wenn Verteilungstransformatoren längere Zeit unter Überlastbedingungen, Niederspannungsseiten-Fehlern oder plötzlichen signifikanten Lastzuwächsen leiden, kann Schaden durch unzureichenden Schutz entstehen. Das Fehlen von Schutzeinrichtungen auf der Niederspannungsseite, kombiniert mit Hochspannungsseiten-Falloutsicherungen, die nicht rechtzeitig (oder überhaupt) ansprechen, ermöglicht es den Transformator, Ströme weit über den Nennwert (manchmal mehrere Male den Nennstrom) zu tragen. Dies führt zu starken Temperaturerhöhungen, beschleunigt die Alterung der Isolation und führt zum Ausbrennen der Wickel.

Nach längerer Betriebsdauer verschlechtern sich Abdichtkomponenten wie Gummiringe und Dichtungen, reißen und versagen. Wenn dies nicht rechtzeitig erkannt und ersetzt wird, führt dies zu Ölverlust und sinkenden Ölniveaus. Feuchtigkeit aus der Luft dringt dann in großen Mengen ins Isolieröl ein, reduziert dessen elektrische Festigkeit drastisch. Bei schwerwiegendem Ölverlust kann der Schaltapparat der Luft ausgesetzt sein, was zu Feuchtigkeitsaufnahme, Entladungen, Kurzschlüssen und Transformatorausfällen führt.

Fertigungsfehler tragen ebenfalls zu Ausfällen bei. Unzureichende Produktionsprozesse, unvollständige Lackierung der Wickelschichten (oder minderwertiges Isolierlack) und unzureichendes Trocknen können Schwachstellen in der Isolation schaffen. Darüber hinaus kann das Hinzufügen von minderwertigem Isolieröl während der Wartung oder das Eindringen von Feuchtigkeit und Verunreinigungen während Reparaturen die Ölqualität und die Isolationsfestigkeit verschlechtern, was letztendlich zu Isolierbrüchen und Transformatorausfällen führt.

(2) Überspannung

Blitzschutzsysteme versagen oft aufgrund von Erdungswiderständen, die den Anforderungen nicht entsprechen. Selbst wenn sie anfänglich den Anforderungen genügen, können Erdungssysteme im Laufe der Zeit aufgrund von Stahlkorrosion, Oxidation, Brüchen oder schlechten Schweißnähten verschlechtern, was zu dramatischen Erhöhungen des Erdungswiderstands führt und die Transformatoren anfällig für Blitzschäden macht.

Ein fehlerhafter Blitzschutz ist häufig. Viele landwirtschaftliche Verteilungstransformatoren haben Blitzeableiter nur auf der Hochspannungsseite installiert. Da die Stromversorgung in ländlichen Gebieten hauptsächlich Yyn0 verbundene Transformatoren verwendet, können Blitzschläge sowohl positive als auch inverse Transformationsüberspannungen erzeugen. Ohne Niederspannungsseiten-Blitzschutz sind die Transformatoren deutlich anfälliger für Schäden durch diese Überspannungen.

In ländlichen 10kV-Stromsystemen treten häufig ferromagnetische Resonanzen auf. Während Resonanz-Überspannungen kann der Primärstrom der Verteilungstransformatoren stark ansteigen, was zu brennenden Wickeln, Bushing-Entladungen und sogar Explosionen führen kann.

(3) Arme Betriebsbedingungen

Während heißer Sommerperioden oder wenn Transformatoren kontinuierlich unter Überlastbedingungen betrieben werden, steigen die Öltemperaturen stark an. Dies beeinträchtigt erheblich die Wärmeabgabe und beschleunigt die Alterung, Verschlechterung und den Ausfall der Isolation, was die Lebensdauer des Transformators signifikant verkürzt.

(4) Falsche Bedienung oder mangelhafte Qualität des Spannungswahlschalters

Der Stromverbrauch in ländlichen Gebieten zeichnet sich durch verstreute Lasten, starke saisonale Muster, große Spitzen-Tal-Differenzen, lange Niederspannungsleitungen und erhebliche Spannungsabfälle aus, was zu substantiellen Spannungsschwankungen führt. Dies führt dazu, dass ländliche Elektriker den Spannungswahlschalter der Transformatoren häufig selbst einstellen. Die meisten dieser Einstellungen erfolgen ohne korrektes Vorgehen, und die Gleichstromwiderstandswerte werden nach der Einstellung nicht gemessen und verglichen, bevor der Transformer wieder in Betrieb genommen wird. Daher scheitern viele Transformatoren aufgrund falscher Positionierung des Spannungswahlschalters, schlechter Kontakte, erhöhten Kontaktwiderständen und ausgebrannten Spannungswahlschaltern.

Mangelhafte Spannungswahlschalter mit unzureichenden statischen und dynamischen Kontakten oder unpassenden Positionsanzeigen (bei denen die äußeren Markierungen nicht den tatsächlichen inneren Positionen entsprechen) können nach der Inbetriebnahme zu Entladungen und Kurzschlüssen führen, was zu beschädigten Spannungswahlschaltern oder kompletten Wickeln führt.

(5) Erdungsprobleme am Transformatorkern

Qualitätsprobleme bei Verteilungstransformatoren können dazu führen, dass die Isolierlackierung zwischen den Siliziumstahlblechen während langjähriger Betriebsdauer vorzeitig altert, was zu Mehrpunkt-Erdungen am Kern und dem Transformatorausfall führt.

(6) Längerfristiger Überlastbetrieb

Mit der wirtschaftlichen Entwicklung in ländlichen Gebieten hat sich der Strombedarf stark erhöht. Allerdings wurde aufgrund unzureichender Hinzufügung neuer Transformatoren oder der Ablösung durch Transformatoren höherer Kapazität, gezwungen, vorhandene Transformatoren kontinuierlich unter Überlastbedingungen zu betreiben. Darüber hinaus macht der hohe Anteil an Einphasenlasten in ländlichen Gebieten eine Dreiphasen-Lastausgleich schwierig, wodurch bestimmte Phasen unter starker, längerfristiger Überlastung leiden und die Neutralleitungströme die zulässigen Werte erheblich überschreiten. Diese Bedingungen führen letztendlich zum Transformatorausfall.

2. Gegenmaßnahmen

Laut relevanten Standards müssen alle Verteilungstransformatoren drei grundlegende Schutzmaßnahmen haben: Blitzschutz, Kurzschluss-Schutz und Überlast-Schutz.

Für den Blitzschutz müssen Blitzeableiter sowohl auf der Hoch- als auch auf der Niederspannungsseite des Transformatoren installiert sein, wobei Zinkoxid-Blitzeableiter die bevorzugte Option sind.

Kurzschluss- und Überlastschutz sollten separat berücksichtigt werden. Hochspannungsseitige Tropfauslöser sollten hauptsächlich vor internen Kurzschlussfehlern im Transformator schützen, während Überlastbedingungen und Kurzschlüsse in der Niederspannungslinie durch Niederspannungssicherungen oder Schaltgeräte auf der Niederspannungsseite bewältigt werden sollten.

Während des Betriebs sollten die Phasenstromstärken regelmäßig mit Klemmampermetern überwacht werden, um sicherzustellen, dass die Drei-Phasen-Lastungleichgewichte innerhalb zulässiger Grenzen bleiben. Bei Erkennung eines zu großen Ungleichgewichts ist eine sofortige Lastverteilung erforderlich, um das Ungleichgewicht auf Standardgrenzen zu bringen.

Regelmäßige Inspektion und Prüfung von Verteilungstransformatoren gemäß vorgegebenen Zeitplänen ist unerlässlich. Inspektoren sollten Ölfarbe, -stand und -temperatur auf Normalität prüfen und nach Ölverlusten suchen. Die Oberflächen der Isolierkörper sollten auf Bogen- oder Entladungsspuren untersucht werden. Jegliche Abnormalitäten müssen sofort behoben werden. Eine regelmäßige Reinigung der Transformatorexterne zur Entfernung von Schmutz und Verunreinigungen von Isolierkörpern und anderen Oberflächen wird ebenfalls empfohlen.

Vor jeder jährlichen Gewitterperiode muss eine gründliche Prüfung der Hoch- und Niederspannungsschutzdioden sowie der Erdleiter durchgeführt werden. Nicht konforme Schutzdioden müssen ersetzt werden. Erdleiter müssen frei von gebrochenen Drähten, schlechten Schweißnähten oder Brüchen sein. Aluminiumleiter dürfen niemals für Erdleiter verwendet werden; stattdessen werden Stahlstäbe mit einem Durchmesser von 10-12 mm oder Flachstahlstreifen von 30×3 mm empfohlen.

Die Erdwiderstände sollten jährlich im Winter unter günstigen Wetterbedingungen (mindestens eine Woche anhaltendes klares Wetter) getestet werden. Nicht konforme Erdungssysteme müssen repariert werden.

Verbindungen zwischen Transformatoranschlüssen und Freileitungsführern sowohl auf der Hoch- als auch auf der Niederspannungsseite sollten Kupfer-Aluminium-Übergangskomponenten oder Kupfer-Aluminium-Geräteklemmen verwenden. Vor der Verbindung sollten die Oberflächen dieser Komponenten mit feinkörnigem Schleifpapier poliert und mit einer geeigneten Menge Leitfett beschichtet werden.

Bei der Bedienung von Transformator-Schaltertastern müssen die Vorschriften streng eingehalten werden. Nach der Einstellung darf der Transformator nicht sofort wieder in Betrieb genommen werden. Stattdessen sollten die Gleichstromwiderstandswerte jeder Phase vor und nach dem Betrieb mit einer Brücke gemessen und verglichen werden. Wenn keine signifikanten Änderungen festgestellt werden, sollten die postoperativen Phasen-zu-Phasen- und Linie-zu-Linie-Gleichstromwiderstandswerte verglichen werden, wobei die Phasendifferenzen nicht mehr als 4 % und die Liniendifferenzen weniger als 2 % betragen dürfen. Wenn diese Kriterien nicht erfüllt sind, muss der Grund identifiziert und korrigiert werden. Erst nach Erfüllung dieser Anforderungen sollte der Transformator wieder in Betrieb genommen werden.