Причины и решения для высокого уровня отказов распределительных трансформаторов

1. Причины отказов сельскохозяйственных распределительных трансформаторов

(1) Повреждение изоляции

Снабжение электроэнергией в сельской местности обычно осуществляется с использованием смешанных систем питания 380/220В. Из-за высокой доли однофазных нагрузок распределительные трансформаторы часто работают при значительном дисбалансе трехфазной нагрузки. Во многих случаях этот дисбаланс превышает допустимый диапазон, установленный стандартами, что приводит к преждевременному старению, ухудшению и отказу изоляции обмоток трансформатора, в конечном итоге вызывая их перегорание.

При длительной работе трансформаторов в условиях перегрузки, возникновении неисправностей на стороне низкого напряжения или внезапного значительного увеличения нагрузки, повреждения могут произойти из-за недостаточной защиты. Отсутствие защитных устройств на стороне низкого напряжения, а также несвоевременное (или вообще отсутствующее) срабатывание предохранителей на стороне высокого напряжения, позволяет трансформаторам проходить токи, значительно превышающие их номинальные значения (иногда в несколько раз). Это вызывает резкий рост температуры, ускоряет старение изоляции и приводит к перегоранию обмоток.

После длительной эксплуатации уплотнительные элементы, такие как резиновые шарики и прокладки, стареют, трескаются и выходят из строя. Если это не обнаруживается и не заменяется вовремя, происходит утечка масла и снижение уровня масла. Влага из воздуха затем попадает в изолирующее масло в больших количествах, что резко снижает его диэлектрическую прочность. Сильная нехватка масла может привести к тому, что переключатель под нагрузкой окажется на воздухе, что вызовет поглощение влаги, разряды, короткие замыкания и перегорание трансформатора.

К отказам также приводят дефекты производства. Недостаточные производственные процессы, неполное пропитывание слоев обмоток лаком (или использование некачественного изоляционного лака), недостаточная сушка и ненадежная сварка соединений обмоток могут создавать уязвимости в изоляции. Кроме того, добавление некачественного изоляционного масла во время технического обслуживания или попадание влаги и загрязнений при ремонте снижают качество масла и прочность изоляции, в конечном итоге приводя к пробою изоляции и отказу трансформатора.

(2) Перенапряжение

Защита от грозовых перенапряжений часто не работает из-за значений сопротивления заземления, не соответствующих требованиям. Даже если изначально они соответствуют, системы заземления могут ухудшаться со временем из-за коррозии стали, окисления, разрушения или плохих сварных швов, что вызывает резкое увеличение сопротивления заземления и делает трансформаторы уязвимыми для повреждений от молнии.

Неправильная конфигурация защиты от грозовых перенапряжений является распространенной проблемой. Многие сельскохозяйственные распределительные трансформаторы имеют ограничители перенапряжения только на стороне высокого напряжения. Поскольку в сельском электроснабжении преобладают трансформаторы с соединением Yyn0, удары молнии могут генерировать как положительные, так и обратные преобразовательные перенапряжения. Без защиты от перенапряжений на стороне низкого напряжения трансформаторы становятся значительно более уязвимыми к повреждениям от этих перенапряжений.

Системы сельского электроснабжения 10 кВ часто испытывают ферромагнитный резонанс. Во время событий резонансного перенапряжения первичный ток распределительных трансформаторов может значительно увеличиваться, что приводит к перегоранию обмоток или к пробою изоляторов и даже взрыву.

(3) Неблагоприятные условия эксплуатации

В периоды летней жары или при длительной работе трансформаторов в условиях перегрузки, температура масла резко возрастает. Это серьезно влияет на теплоотдачу и ускоряет старение, ухудшение и отказ изоляции, значительно сокращая срок службы трансформатора.

(4) Неправильная работа или низкое качество переключателей под нагрузкой

Электропотребление в сельской местности характеризуется рассеянными нагрузками, сильной сезонностью, большим разбросом между пиками и спадами, длинными линиями низкого напряжения и значительными падениями напряжения, что приводит к существенным колебаниям напряжения. Это заставляет сельских электриков часто самостоятельно регулировать переключатели под нагрузкой. Большинство этих регулировок не выполняются по правилам, и после выполнения операций не измеряются и не сравниваются значения постоянного сопротивления перед возвратом в эксплуатацию. В результате многие трансформаторы выходят из строя из-за неправильного положения переключателя, плохого контакта, увеличения контактного сопротивления и перегорания переключателей.

Переключатели под нагрузкой низкого качества с недостаточным статическим и динамическим контактом, или с неправильно совмещенными указателями положения (где внешние метки не соответствуют фактическим внутренним положениям), могут вызвать разряды и короткие замыкания после ввода в эксплуатацию, что приводит к повреждению переключателей или всей обмотки.

(5) Проблемы заземления сердечника трансформатора

Проблемы качества распределительных трансформаторов могут привести к преждевременному старению изоляционного лака между пластинами из электротехнической стали при длительной эксплуатации, что вызывает многоточечное заземление сердечника и отказ трансформатора.

(6) Длительная работа в условиях перегрузки

С развитием сельской экономики потребность в электроэнергии значительно возросла. Однако недостаточное добавление новых трансформаторов или замена их на более мощные вынуждает существующие трансформаторы работать в условиях постоянной перегрузки. Кроме того, высокая доля однофазных нагрузок в сельской местности затрудняет достижение баланса трехфазной нагрузки, что приводит к тому, что некоторые фазы подвергаются длительному перегреву, а токи нейтральной линии значительно превышают допустимые значения. Эти условия в конечном итоге приводят к перегоранию трансформаторов.

2. Меры противодействия

Согласно соответствующим стандартам, каждый распределительный трансформатор должен иметь три основные защиты: защиту от грозовых перенапряжений, защиту от короткого замыкания и защиту от перегрузки.

Для защиты от грозовых перенапряжений необходимо установить ограничители перенапряжения на обе стороны трансформатора, причем предпочтительно использовать ограничители перенапряжения на основе оксида цинка.

Защиту от короткого замыкания и перегрузки следует рассматривать отдельно. Высоковольтные падающие предохранители должны в первую очередь защищать от внутренних коротких замыканий внутри трансформатора, тогда как условия перегрузки и короткие замыкания на низковольтной линии должны обрабатываться низковольтными автоматическими выключателями или предохранителями, установленными на низковольтной стороне.

Во время эксплуатации фазовые токи нагрузки следует регулярно контролировать с помощью клещей для измерения тока, чтобы убедиться, что трехфазный дисбаланс нагрузки остается в допустимых пределах. При обнаружении чрезмерного дисбаланса необходимо немедленно перераспределить нагрузку, чтобы привести дисбаланс в соответствие со стандартными пределами.

Регулярная проверка и испытание распределительных трансформаторов в соответствии с установленным графиком являются обязательными. Инспекторы должны проверять цвет, уровень и температуру масла на нормальность, а также наличие утечек масла. Поверхности изоляторов следует осматривать на наличие следов пробоя или разрядов. Любые аномалии должны быть немедленно устранены. Также рекомендуется периодическая очистка внешних поверхностей трансформаторов для удаления грязи и загрязнений с изоляторов и других поверхностей.

Перед каждым сезоном гроз ежегодно должна проводиться тщательная проверка высоковольтных и низковольтных ограничителей перенапряжения и заземляющих выводов. Несоответствующие ограничители перенапряжения должны быть заменены. Заземляющие выводы не должны иметь обрывов, плохих сварных швов или разрывов. Для заземляющих выводов никогда не следует использовать алюминиевые проводники; вместо этого рекомендуются стальные стержни диаметром 10-12 мм или полосы из стали размером 30×3 мм.

Сопротивление заземления должно проверяться ежегодно зимой при благоприятных погодных условиях (не менее одной недели непрерывной ясной погоды). Несоответствующие системы заземления должны быть исправлены.

Соединения между клеммами трансформатора и воздушными линиями на высоковольтной и низковольтной сторонах должны выполняться с использованием медно-алюминиевых переходных элементов или медно-алюминиевых клемм. Перед соединением поверхности этих компонентов следует отшлифовать мелкой наждачной бумагой и покрыть соответствующим количеством контактной смазки.

При работе с переключателями отбора напряжения трансформатора необходимо строго соблюдать процедуры. После регулировки трансформатор не должен сразу возвращаться в эксплуатацию. Вместо этого перед и после операции следует измерить значения постоянного сопротивления каждой фазы с помощью моста и сравнить их. Если значительных изменений не наблюдается, следует сравнить значения постоянного сопротивления между фазами и между линиями после операции, с учетом того, что разница между фазами не должна превышать 4%, а между линиями — 2%. Если эти критерии не выполняются, причина должна быть установлена и устранена. Только после выполнения этих требований трансформатор может быть возвращен в эксплуатацию.