Przyczyny i rozwiązania wysokiego wskaźnika awarii transformatorów dystrybucyjnych

1. Przyczyny uszkodzeń transformatorów rozdzielczych w rolnictwie

(1) Uszkodzenie izolacji

Zasilanie w obszarach wiejskich wykorzystuje zazwyczaj mieszane systemy zasilania 380/220 V. Ze względu na dużą proporcję obciążeń jednofazowych, transformatory rozdzielcze często pracują przy znacznym nierównoważeniu obciążeń trójfazowych. We wielu przypadkach nierównowaga ta przekracza dopuszczalne zakresy określone w normach, co powoduje przedwczesne starzenie się, pogarszanie się i uszkodzenie izolacji uzwojeń transformatora, a ostatecznie prowadzi do jego przepalenia.

Gdy transformatory rozdzielcze przez dłuższy czas pracują w warunkach przeciążenia, występują usterki linii po stronie niskiego napięcia lub nagłe znaczne zwiększenie obciążenia, mogą one ulec uszkodzeniu z powodu niewystarczającej ochrony. Brak urządzeń ochronnych po stronie niskiego napięcia oraz niemożność działania topików odłączników po stronie wysokiego napięcia (lub ich całkowite nie działanie) powoduje, że transformatory przenoszą prądy znacznie przekraczające ich wartości znamionowe (czasem kilkakrotnie wyższe niż wartość znamionowa). Powoduje to gwałtowny wzrost temperatury, przyspieszone starzenie się izolacji i przepalenie uzwojeń.

Po długim okresie pracy elementy uszczelniające, takie jak gumowe kule i uszczelki, ulegają zużyciu, pęknięciom i awarii. Jeśli nie zostaną one szybko wykryte i wymienione, prowadzi to do wycieku oleju i obniżenia jego poziomu. Woda z powietrza w dużych ilościach dostaje się wtedy do oleju izolacyjnego, co gwałtownie obniża jego wytrzymałość dielektryczną. Silny niedobór oleju może spowodować odsłonięcie przełącznika zaczepów na powietrzu, co prowadzi do pochłaniania wilgoci, wyładowań, zwarcia i przepalenia transformatora.

Wadliwa produkcja również przyczynia się do uszkodzeń. Niewystarczające procesy produkcyjne, niepełne impregnowanie uzwojeń lakierem (lub użycie lakieru o niskiej jakości), niewystarczające suszenie oraz niepewne złączenia spawane uzwojeń mogą tworzyć słabe punkty izolacyjne. Dodatkowo dodawanie podczas konserwacji oleju o niskiej jakości lub dopuszczenie wilgoci i zanieczyszczeń podczas napraw prowadzi do degradacji jakości oleju i wytrzymałości izolacyjnej, co ostatecznie powoduje przebicie izolacji i awarię transformatora.

(2) Przepięcie

Ochrona przed piorunem często zawodzi z powodu wartości rezystancji uziemienia, które nie spełniają wymogów. Nawet jeśli początkowo są zgodne, systemy uziemiające mogą się pogarszać w czasie z powodu korozji stali, utleniania, pęknięć lub słabych spoin, co powoduje gwałtowny wzrost rezystancji uziemienia i czyni transformatory wrażliwymi na uszkodzenia wywołane uderzeniami pioruna.

Nielepsza konfiguracja ochrony przed piorunem jest powszechna. Wiele transformatorów rozdzielczych w rolnictwie ma ograniczniki przepięć zamontowane tylko po stronie wysokiego napięcia. Ponieważ zasilanie w obszarach wiejskich wykorzystuje głównie transformatory połączone Yyn0, uderzenia pioruna mogą generować zarówno bezpośrednie, jak i odwrotne przepięcia transformacyjne. Brak ochrony po stronie niskiego napięcia sprawia, że transformatory stają się znacznie bardziej narażone na uszkodzenia spowodowane tymi przepięciami.

Wiejskie systemy energetyczne 10 kV często doświadczają rezonansu ferromagnetycznego. Podczas zjawisk przepięć rezonansowych prąd pierwotny transformatorów rozdzielczych może gwałtownie wzrosnąć, przepalając uzwojenia lub powodując przeskok iskry na izolatorach, a nawet eksplozję.

(3) Nieodpowiednie warunki pracy

Podczas letnich okresów wysokich temperatur lub gdy transformatory pracują ciągle w warunkach przeciążenia, temperatura oleju wzrasta nadmiernie. To poważnie wpływa na odprowadzanie ciepła i przyspiesza starzenie się, pogarszanie się i uszkodzenie izolacji, znacząco skracając żywotność transformatora.

(4) Nieprawidłowa obsługa przełącznika zaczepów lub jego niska jakość

Zużycie energii elektrycznej w rolnictwie charakteryzuje się rozproszonymi obciążeniami, silnymi wzorcami sezonowymi, dużymi różnicami między szczytami a dolinami zapotrzebowania, długimi liniami niskiego napięcia i znacznymi spadkami napięcia, co powoduje duże wahania napięcia. Powoduje to, że elektrycy wiejscy często samodzielnie regulują przełączniki zaczepów transformatorów. Większość tych regulacji nie odbywa się zgodnie z właściwą procedurą, a wartości rezystancji stałoprądowej nie są mierzone i porównywane po operacji przed ponownym uruchomieniem. W konsekwencji wiele transformatorów ulega awarii z powodu nieprawidłowego ustawienia przełącznika zaczepów, złego kontaktu, zwiększonej rezystancji styku i przepalenia przełącznika zaczepów.

Przełączniki zaczepów o niskiej jakości, ze słabo dopasowanymi kontaktami statycznymi i dynamicznymi lub niewiarygodnymi wskaźnikami pozycji (gdzie oznaczenia zewnętrzne nie odpowiadają rzeczywistym pozycjom wewnętrznym), mogą powodować wyładowania i zwarcia po uruchomieniu, co prowadzi do uszkodzenia przełącznika zaczepów lub całych uzwojeń.

(5) Problemy z uziemieniem rdzenia transformatora

Problemy jakościowe transformatorów rozdzielczych mogą powodować przedwczesne starzenie się lakieru izolacyjnego pomiędzy blachami ze stali krzemowej podczas długotrwałej pracy, co prowadzi do wielopunktowego uziemienia rdzenia i awarii transformatora.

(6) Długotrwała praca w warunkach przeciążenia

Ze względu na rozwój gospodarki wiejskiej zapotrzebowanie na energię elektryczną drastycznie wzrosło. Jednakże niewystarczające dodawanie nowych transformatorów lub ich wymiana na jednostki o większej mocy zmusiło istniejące transformatory do ciągłej pracy w warunkach przeciążenia. Dodatkowo duża proporcja obciążeń jednofazowych w obszarach wiejskich utrudnia osiągnięcie równowagi obciążeń trójfazowych, powodując, że niektóre fazy doświadczają silnego długotrwałego przeciążenia, podczas gdy prądy przewodu neutralnego znacznie przekraczają dopuszczalne wartości. Te warunki ostatecznie prowadzą do przepalenia transformatora.

2. Środki zaradcze

Zgodnie z odpowiednimi normami każdy transformator rozdzielczy musi być wyposażony w trzy podstawowe ochrony: przed piorunem, przed zwarciem i przed przeciążeniem.

W celu ochrony przed piorunem ograniczniki przepięć muszą być zainstalowane zarówno po stronie wysokiego, jak i niskiego napięcia transformatora, preferowanym rozwiązaniem są ograniczniki tlenkowe cynku.

Ochrona przed przekładaniem i przeciążeniami powinna być rozpatrywana oddzielnie. Wyłączniki zrzutowe strony wysokiego napięcia powinny głównie chronić przed wewnętrznymi uszkodzeniami przewodów w transformatorze, podczas gdy warunki przeciążenia i przekładanie na stronie niskiego napięcia powinny być obsługiwane przez wyłączniki obwodowe lub bezpieczniki zainstalowane na stronie niskiego napięcia.

W trakcie eksploatacji prądy obciążenia fazowego powinny być regularnie monitorowane za pomocą kleszczy pomiarowych, aby zweryfikować, czy nierównowaga obciążenia trójfazowego pozostaje w dopuszczalnych granicach. Gdy wykryta zostanie nadmierna nierównowaga, konieczne jest natychmiastowe przeorganizowanie obciążeń, aby przywrócić nierównowagę do standardowych limitów.

Regularne inspekcje i testy transformatorów dystrybucyjnych według określonego harmonogramu są niezbędne. Inspektorzy powinni sprawdzać kolor, poziom i temperaturę oleju, aby upewnić się, że są one normalne, oraz szukać przecieków oleju. Powierzchnie izolatorów powinny być badane pod kątem oznak przebicia lub wyładowania. Wszelkie nieprawidłowości muszą być natychmiast skorygowane. Zaleca się również okresowe czyszczenie zewnętrznych części transformatora, aby usunąć brud i zanieczyszczenia z izolatorów i innych powierzchni.

Przed każdą sezonową porą burz należy przeprowadzić dokładną inspekcję zabezpieczeń przeciwbłyskowych zarówno strony wysokiego, jak i niskiego napięcia, oraz przewodów uziemienia. Niezgodne zabezpieczenia przeciwprzeciążeniowe muszą zostać wymienione. Przewody uziemienia muszą być wolne od pękniętych włókien, słabych spoin lub przerw. Do przewodów uziemienia nigdy nie należy używać aluminium; zamiast tego zaleca się stosowanie stalowych drutów o średnicy 10-12 mm lub taśmy stalowej o wymiarach 30×3 mm.

Opór uziemienia powinien być testowany corocznie zimą w sprzyjających warunkach pogodowych (co najmniej tydzień ciągłej pogody bezchmurnej). Systemy uziemienia, które nie są zgodne, muszą zostać naprawione.

Połączenia między końcówkami transformatora a przewodnikami linii powietrznej zarówno strony wysokiego, jak i niskiego napięcia, powinny korzystać z elementów przejściowych miedź-aluminium lub zacisków miedź-aluminium. Przed połączeniem powierzchnie tych komponentów powinny być polerowane papierem ściernym o drobnym ziarnie i pokryte odpowiednią ilością smaru przewodzącego.

Podczas operacji zmianników transformatorowych procedury muszą być ścisłe przestrzegane. Po dostosowaniu transformator nie powinien być natychmiastowo wracany do eksploatacji. Zamiast tego, opory stałe każdego przewodu powinny być zmierzone mostkiem przed i po operacji i porównane. Jeśli nie zaobserwowano znaczących zmian, wartości DC oporów przewodów i linii powinny być porównane, z różnicami fazowymi nie przekraczającymi 4% i różnicami liniowymi mniejszymi niż 2%. Jeśli te kryteria nie są spełnione, przyczyna musi być zidentyfikowana i skorygowana. Tylko po spełnieniu tych wymogów transformator może być ponownie wprowadzony do eksploatacji.