Uzroci i rješenja visoke stopa otkaza distribucijskih transformatora

1. Uzroci kvara u poljoprivretnim distribucijskim transformatorima

(1) Oštećenje izolacije

Snabdijevanje strujom na području ruralnih sela obično koristi mješoviti sustav snabdijevanja od 380/220V. Zbog visokog udjela jednofaznih opterećenja, distribucijski transformatori često rade pod značajnim nesuvislim trofaznim opterećenjem. U mnogim slučajevima, nebalans prelazi dopušteni opseg utvrđen standardima, što uzrokuje premature staranje, deteroriranje i kvar izolacije namota transformatora, što završava opeklinom.

Kada distribucijski transformatori doživljavaju dugotrajne uvjete pretjeranog opterećenja, greške na niskonaponskoj strani ili naglu povećanje opterećenja, može doći do oštećenja zbog nedostatka zaštite. Nedostatak zaštitnih uređaja na niskonaponskoj strani, zajedno s padanjem skoka na visokonaponskoj strani koji ne funkcionira na vrijeme (ili uopće ne funkcionira), dopušta da transformatori nose struje daleko veće od njihovih nominalnih vrijednosti (ponekad nekoliko puta veće od nominalne struje). To uzrokuje dramatično povećanje temperature, ubrzava staranje izolacije i dovodi do opekline namota.

Nakon dugog vremena rada, sigurnosni elementi poput gume i prstena gubit će svoju kvalitetu, pojavljuju se pukotine i propadaju. Ako se to ne otkrije i ne zamijeni na vrijeme, to dovodi do curenja ulja i smanjenja razina ulja. Vlaga iz zraka tada ulazi u velikim količinama u izolacijsko ulje, drastično smanjujući njegovu dielektričnu čvrstoću. Što je loše, značajno smanjenje ulja može izložiti promjenu stupnjeva na zraku, što dovodi do apsorpcije vlage, isparkavanja, kratkog spoja i kvara transformatora.

Defekti proizvodnje također doprinose kvarovima. Nekompletne procese proizvodnje, nepotpuno impregniranje slojeva namota (ili loša kvaliteta izolacijskog lakta), nedostatak sušenja i nesigurno spajanje namota mogu stvoriti ranjive mjesta u izolaciji. Također, dodavanje podstandardnog izolacijskog ulja tijekom održavanja ili dopuštanje da vlaga i štetne tvari uđu tijekom popravaka smanjuje kvalitetu ulja i čvrstoću izolacije, što završava rušenjem izolacije i kvarom transformatora.

(2) Preopterećenje

Zaštita od munjice često ne uspijeva zbog rezistivnosti zemljišta koja ne ispunjava zahtjeve. Čak i kada su inicijalno ispunjeni, sustavi zemljišta mogu se raspretiti tijekom vremena zbog korozije čelika, oksidacije, sloma ili lošeg zavarivanja, što dovodi do drastičnog povećanja rezistivnosti zemljišta i ostavlja transformatore osjetljivima na oštećenje od munjice.

Nepravilna konfiguracija zaštite od munjice je uobičajena. Mnogi poljoprivretni distribucijski transformatori imaju zaštitne naprave samo na visokonaponskoj strani. Budući da se u ruralnom snabdijevanju strujom uglavnom koriste transformatori Yyn0, pogodci munjice mogu generirati pozitivne i obrnuti transformacijski prenaponi. Bez zaštite od prenapona na niskonaponskoj strani, transformatori postaju značajno osjetljiviji na oštećenje od ovih prenapona.

Ruralni 10kV sustavi struje često doživljavaju feromagnetsku rezonanciju. Tijekom događaja prenapona rezonancije, primarni struja distribucijskih transformatora može se značajno povećati, opekajući namote ili dovodeći do isparkavanja i čak eksplozije presvetlivača.

(3) Loši uvjeti rada

Tijekom vrućih ljetnih razdoblja ili kada transformatori rade kontinuirano pod uvjetima pretjeranog opterećenja, temperature ulja se značajno povećavaju. To značajno utječe na disipaciju toplote i ubrzava staranje, deteroriranje i kvar izolacije, značajno skraćujući životnu vijek transformatora.

(4) Nepravilna upotreba ili loša kvaliteta promjene stupnjeva

Potrošnja struje u ruralnim područjima karakterizira se rasprsanim opterećenjima, jakim sezonskim oblicima, velikim razlikama između vrha i doline, dugim niskonaponskim linijama i značajnim padom napona, što dovodi do značajnih fluktuacija napona. To dovodi do toga da električari u ruralnim područjima često prilagođavaju stupnjeve transformatora sami. Većina tih prilagodbi ne slijedi pravila, a DC otpornosti se ne mjeri i uspoređuje nakon operacije prije vraćanja u servis. Kao posljedica, mnogi transformatori kvaraju zbog nepravilnog položaja promjene stupnjeva, lošeg kontakta, povećane otpornosti kontakta i opekline promjene stupnjeva.

Loša kvaliteta promjene stupnjeva s nedovoljnom statičkom i dinamičkom kontaktom, ili neusklađenim pokazateljima položaja (gdje vanjska oznake ne odgovaraju stvarnim unutarnjim položajima), može dovesti do isparkavanja i kratkog spoja nakon komisioniranja, što dovodi do oštećenja promjene stupnjeva ili cijelog namota.

(5) Problemi sa zemljištem jezgra transformatora

Problemi kvalitete distribucijskih transformatora mogu dovesti do toga da izolacijski lakt između silicijskih očki stari prije vremena tijekom dugog vremena rada, što dovodi do višetockog zemljišta jezgra i kvara transformatora.

(6) Dugotrajno raditi pod pretjeranim opterećenjem

S ekonomskim razvojem u ruralnim područjima, potreba za strujom se značajno povećala. Međutim, nedostatak novih transformatora ili zamjena s transformatorima veće kapaciteta prisiljava postojeće transformatore da rade kontinuirano pod uvjetima pretjeranog opterećenja. Također, visoki udio jednofaznih opterećenja u ruralnim područjima teško je dostići ravnotežu trofaznog opterećenja, što dovodi do toga da određene faze doživljavaju značajno dugotrajno pretjerano opterećenje, dok struja neutralne linije značajno prelazi dopuštenim vrijednostima. Ovi uvjeti konačno dovode do opekline transformatora.

2. Protumjere

Prema relevantnim standardima, svaki distribucijski transformator mora imati tri temeljne zaštite: zaštitu od munjice, zaštitu od kratkog spoja i zaštitu od pretjeranog opterećenja.

Za zaštitu od munjice, zaštitne naprave moraju biti instalirane na obje strane transformatora, visokonaponsku i niskonaponsku, s preferencijom za oksidni cink zaštitne naprave.

Zaštita od struja prekomjera i preopterećenja trebala bi se razmatrati zasebno. Padajući prekidači na strani visokog naponu trebali bi uglavnom štititi od unutarnjih kvarova struje prekomjera unutar transformatora, dok bi stanja preopterećenja i struje prekomjera na strani niskog naponu trebalo rješavati prekidačima ili žičnicama za prekid instaliranim na strani niskog naponu.

Tijekom rada, strujne faze trebale bi se redovito nadgledati pomoću prihvatnih ampermetara kako bi se provjerilo da li je neizravnost trofaznog opterećenja unutar dopuštenih granica. Kada se otkrije previše neizravnosti, potrebno je odmah ponovo rasporediti opterećenje kako bi se neizravnost vratila u standardne granice.

Redovita inspekcija i ispitivanje distribucijskih transformatora prema predviđenim rasporedima su nužni. Inspektori trebaju provjeriti boju, razinu i temperaturu ulja, te tražiti curenje ulja. Površine izolatori trebaju se pregledati na prisutnost oznaka iskretanja ili iskrjenja. Sve nepravilnosti moraju biti odmah ispravljene. Također se preporučuje redovito čišćenje spoljnih površina transformatora kako bi se uklonili prljavi materijali i kontaminate s izolatora i drugih površina.

Prije svakog godišnjeg sezone oluja, potrebno je temeljito pregledati zaštitne uređaje od struja prekomjera na strani visokog i niskog naponu te vodove za zemlju. Nepravilni zaštitni uređaji moraju biti zamijenjeni. Vodovi za zemlju moraju biti slobodni od prekinutih nitica, loših savara ili prekida. Aluminijumski vodovi nikada ne smiju se koristiti kao vodovi za zemlju; umjesto toga, preporučuju se čelični stubići promjera 10-12mm ili ravni čelični traci dimenzija 30×3mm.

Otpornost zemljišta treba se ispitivati godišnje tijekom zime pod povoljnim vremenskim uvjetima (barem jedna sedmica neprekidnog sunčanog vremena). Nepravilni sustavi zemljišta moraju biti ispravljeni.

Spojevi između terminala transformatora i vodiča visokonaponske i niskonaponske površine trebaju koristiti prelazne komponente bakar-aluminij ili opremu za spojeve bakar-aluminij. Prije spajanja, površine ovih komponenti trebaju se polirati finim papirnatim papirjem i pokriti odgovarajućom količinom vodljive masti.

Kada se operiraju promjena stupnjeva transformatora, postupci moraju biti strogo pridržavani. Nakon prilagođavanja, transformator ne smije odmah biti vraćen u upotrebu. Umjesto toga, vrijednosti DC otpora svake faze trebaju se mjeriti mostom prije i poslije operacije i uspoređivati. Ako se ne primijete značajne promjene, trebaju se usporediti post-operativne vrijednosti DC otpora između faza i linija, s razlikom faza koja ne smije prelaziti 4% i razlikom linija manjom od 2%. Ako ovi kriteriji nisu ispunjeni, uzrok mora se identificirati i ispraviti. Tek nakon što su ovi zahtjevi ispunjeni, transformator može biti vraćen u upotrebu.