Oorzaken en oplossingen voor een hoge faalpercentage van distributietransformatoren

1. Oorzaken van storingen in landbouwverdelingstransformatoren

(1) Isolatieschade

Landelijke elektriciteitsvoorziening maakt meestal gebruik van gemengde voedingsystemen van 380/220V. Vanwege het hoge percentage van enkelefaselasten werken verdelingstransformatoren vaak onder significante driefasebelastingonevenwichtigheid. In veel gevallen overschrijdt de onevenwichtigheid het toelaatbare bereik zoals opgegeven in normen, wat leidt tot vroegtijdig verouderen, verslechteren en falen van de isolatie van de transformatorenwindingen, uiteindelijk resultaterend in brand.

Wanneer verdelingstransformatoren langdurig overbelaste omstandigheden ondervinden, laagspanningszijdefouten of plotselinge aanzienlijke belastingsstijgingen, kan schade optreden door ontoereikende bescherming. Het ontbreken van beschermingsapparatuur aan de laagspanningszijde, gecombineerd met hoogspanningszijde drop-outfusen die niet tijdig functioneren (of helemaal niet), laat toe dat transformatoren stromen dragen die ver boven hun nominale waarden uitkomen (soms enkele malen de nominale stroom). Dit veroorzaakt dramatische temperatuurstijgingen, wat het verouderingsproces van de isolatie versnelt en leidt tot brand in de windingen.

Na langdurige bedrijfsduur gaan verzegelingsonderdelen zoals rubberen kralen en dichtingen achteruit, barsten en falen. Als dit niet snel wordt gedetecteerd en vervangen, leidt dit tot olielekkage en dalend oliepeil. Vocht uit de lucht komt dan in grote hoeveelheden de isolerende olie binnen, wat de diëlektrische sterkte drastisch vermindert. Ernstig oliegebrek kan de tapschakelaar blootstellen aan de lucht, wat leidt tot vochtabsorptie, ontlading, kortsluiting en transformatorbrand.

Productiefouten dragen ook bij aan storingen. Onvoldoende productieprocessen, onvolledige vernisimpermeabilisatie van windinglagen (of van slechte kwaliteit isolatievernissen), onvoldoende drooglegging en onbetrouwbare lasverbindingen van windingen kunnen isolatiekwetsbaarheden creëren. Bovendien, het toevoegen van ondermaatse isolatieolie tijdens onderhoud of het toelaten van vocht en vervuiling tijdens reparaties degradeert de oliekwaliteit en de isolatiesterkte, waardoor uiteindelijk isolatie-inbraak en transformatorstoring optreden.

(2) Overspanning

Bliksembescherming faalt vaak door aardingweerstandswaarden die niet voldoen aan de eisen. Zelfs wanneer ze oorspronkelijk voldeden, kunnen aardingsystemen na verloop van tijd achteruitgaan door corrosie, oxidatie, breuk of slechte lasnaden, waardoor de aardingweerstand dramatisch toeneemt en transformatoren kwetsbaar worden voor bliksemschade.

Onjuiste configuratie van bliksembescherming komt vaak voor. Veel landbouwverdelingstransformatoren hebben alleen overvoltageschermen geïnstalleerd aan de hoogspanningszijde. Aangezien landelijke elektriciteitsvoorziening voornamelijk gebruik maakt van Yyn0-verbonden transformatoren, kunnen blikseminslagen zowel positieve als negatieve transformatie-overvoltages genereren. Zonder laagspanningszijde overvoltageschermen worden transformatoren aanzienlijk meer gevoelig voor schade door deze overvoltages.

Landelijke 10kV energie systemen ervaren vaak ferromagnetische resonantie. Tijdens resonantieovervoltage-evenementen kan de primaire stroom van verdelingstransformatoren dramatisch toenemen, waardoor windingen verbranden of bushingflitsoverslaan en zelfs explosie optreden.

(3) Slechte bedrijfsomstandigheden

Tijdens periodes van hoge temperaturen in de zomer of wanneer transformatoren continu onder overbelaste omstandigheden werken, stijgen de olietemperaturen te hoog. Dit beïnvloedt de warmteafgifte ernstig en versnelt het verouderings- en versleteringsproces van de isolatie, wat de levensduur van de transformatoren aanzienlijk verkort.

(4) Onjuist gebruik van tapschakelaar of slechte kwaliteit

Landelijke elektriciteitsconsumptie kenmerkt zich door verspreide lasten, sterke seizoenspatronen, grote piek-dalverschillen, lange laagspanningslijnen en aanzienlijke spanningdalingen, wat leidt tot aanzienlijke spanningsschommelingen. Dit leidt ertoe dat plattelands-elektriciens vaak zelf de tapschakelaars van transformatoren aanpassen. De meeste van deze aanpassingen volgen geen juiste procedures, en de gelijkstroomweerstanden worden niet gemeten en vergeleken na bedrijf alvorens terug te keren naar dienst. Daarom mislukken veel transformatoren door onjuiste tapschakelaarpositie, slecht contact, toegenomen contactweerstand en verbrande tapschakelaars.

Slechte kwaliteit tapschakelaars met onvoldoende statisch en dynamisch contact, of onjuiste positie-indicatoren (waarbij externe merkingen niet overeenkomen met de daadwerkelijke interne posities), kunnen na inbedrijfstelling ontladingen en kortsluitongevallen veroorzaken, wat leidt tot beschadigde tapschakelaars of complete windingen.

(5) Problemen met aarding van de transformatorkern

Kwaliteitsproblemen in verdelingstransformatoren kunnen ertoe leiden dat de isolatievernissen tussen siliciumstaalplaten vroegtijdig verouderen tijdens langdurige bedrijfsduur, wat resulteert in meerpuntige kern-aarding en transformatorstoring.

(6) Langdurige overbelaste bedrijfsduur

Met de economische ontwikkeling in plattelandsgebieden is de vraag naar elektriciteit drastisch gestegen. Echter, onvoldoende toevoeging van nieuwe transformatoren of vervanging met hogere capaciteitseenheden heeft bestaande transformatoren gedwongen om continu onder overbelaste omstandigheden te werken. Bovendien maakt het hoge percentage van enkelefaselasten in plattelandsgebieden het moeilijk om driefasebelastingevenwicht te bereiken, waardoor bepaalde fasen langdurig zwaar overbelast zijn terwijl de stroom in de neutrale lijn aanzienlijk boven de toelaatbare waarden uitkomt. Deze omstandigheden leiden uiteindelijk tot transformatorbrand.

2. Tegengewichten

Volgens relevante normen moet elke verdelingstransformator drie fundamentele beschermingen hebben: bliksembescherming, kortsluitingsbescherming en overbelastingsbescherming.

Voor bliksembescherming moeten overvoltageschermen aan beide hoog- en laagspanningszijden van de transformator worden geïnstalleerd, waarbij zinkoxide-schermen de voorkeur hebben.

Kortsluiting- en overbelastingsbeschermingen moeten apart worden beschouwd. Hoogspanningszijde valstroomveiligheidsschakelaars moeten voornamelijk beschermen tegen interne kortsluitingsfouten in de transformatie, terwijl overbelastingsomstandigheden en laagspanningslijn kortsluitingen door laagspanningsveiligheidsschakelaars of vuses op de laagspanningszijde moeten worden afgehandeld.

Tijdens de bedrijfsvoering moeten fasebelastingsstromen regelmatig met stroomklemmen worden gecontroleerd om te verifiëren dat de driefase belastingsonevenwichtigheid binnen toelaatbare grenzen blijft. Wanneer een excessieve onevenwichtigheid wordt gedetecteerd, is onmiddellijke belastingsherverdeling nodig om de onevenwichtigheid binnen de standaardlimieten te brengen.

Regelmatige inspectie en testen van distributietransformatoren volgens voorgeschreven schema's is essentieel. Inspecteurs moeten de oliekleur, -hoogte en -temperatuur controleren op normaliteit, en op zoek gaan naar olielekkage. Bushingoppervlakken moeten worden geïnspecteerd op flashover- of ontlaadsporen. Eventuele afwijkingen moeten onmiddellijk worden aangepakt. Periodische reiniging van de externe delen van transformatoren om vuil en vervuilingen van bushings en andere oppervlakken te verwijderen, wordt ook aanbevolen.

Vóór elke jaarlijkse onweersperiode moet een grondige inspectie worden uitgevoerd van zowel hoog- als laagspanningsoverstroombeveiligingen en aardingssnoeren. Niet-compliant overstroombeveiligingen moeten worden vervangen. Aardingssnoeren moeten vrij zijn van gebroken draden, slechte lasnaden of breuken. Aluminiumleiders mogen nooit worden gebruikt voor aardingssnoeren; in plaats daarvan worden staafjes van 10-12mm diameter of 30×3mm platte stalen stroken aanbevolen.

Aardingsweerstand moet jaarlijks tijdens de winter onder gunstige weersomstandigheden (ten minste een week van continu helder weer) worden getest. Niet-compliant aardingsystemen moeten worden hersteld.

Verbindingen tussen transformatoraansluitingen en luchtlijnleiders aan zowel de hoog- als laagspanningszijde moeten koper-aluminium overgangscomponenten of koper-aluminiumapparatuurklampen gebruiken. Voordat er verbinding wordt gemaakt, moeten de oppervlakken van deze componenten worden gepolijst met fijnkorrelig schuurpapier en besmeerd met een passende hoeveelheid geleidende vet.

Bij het bedienen van transformatortapschakelaars moeten procedures strikt worden nageleefd. Na de instelling mag de transformator niet onmiddellijk weer in dienst worden gesteld. In plaats daarvan moeten de gelijkstroomweerstanden van elke fase voor en na de bediening worden gemeten en vergeleken met behulp van een brug. Als er geen significante veranderingen worden waargenomen, moeten de post-operatie fase-tot-fase en lijn-tot-lijn gelijkstroomweerstanden worden vergeleken, met fasedifferenties die niet meer dan 4% overschrijden en lijndifferenties minder dan 2%. Als deze criteria niet worden voldaan, moet de oorzaak worden vastgesteld en gecorrigeerd. Alleen nadat deze eisen zijn voldaan, mag de transformator weer in dienst worden gesteld.