Основные причины отказа трансформатора распределения H59

1. Перегрузка

Во-первых, с улучшением уровня жизни населения потребление электроэнергии значительно увеличилось. Распределительные трансформаторы H59 имеют малую мощность — "маленькая лошадь тянет большую повозку" — и не могут удовлетворить потребности пользователей, что приводит к работе трансформаторов в условиях перегрузки. Во-вторых, сезонные колебания и экстремальные погодные условия вызывают пиковый спрос на электроэнергию, что еще больше способствует перегрузке распределительных трансформаторов H59.

Из-за длительной работы при перегрузке внутренние компоненты, обмотки и масляная изоляция преждевременно стареют. Нагрузка на трансформаторы во многом зависит от сезона и времени суток — особенно в сельской местности в период активных сельскохозяйственных работ, когда трансформаторы работают на полную или сверх нагрузку, а ночью — на небольшую. Это приводит к значительному изменению кривой нагрузки, с температурой работы, достигающей более 80 °C в пиковые моменты, и снижающейся до 10 °C в минимальные.

Кроме того, проверки сельских трансформаторов показали, что в среднем каждый трансформатор накапливает более 100 граммов влаги на дне. Влага попадает через дыхательное действие масла при тепловом расширении и сжатии, а затем выпадает из масла. Кроме того, недостаточный уровень масла снижает поверхность масла, увеличивая площадь контакта между изолирующим маслом и воздухом, что ускоряет поглощение влаги из атмосферы. Это снижает внутреннюю прочность изоляции, и как только изоляция деградирует ниже критического порога, происходят внутренние пробои и короткие замыкания.

2. Неавторизованное добавление масла в распределительные трансформаторы H59

Электрик добавил масло в распределительный трансформатор H59, находящийся под напряжением. Через час предохранители высокого напряжения вышли из строя на двух фазах, сопровождаемые небольшим разбрызгиванием масла. На месте было установлено, что требуется капитальный ремонт. Основные причины выхода трансформатора из строя были следующими:

• Новое добавленное масло трансформатора было несовместимо с уже имеющимся маслом в баке. Масла трансформаторов имеют разные базовые формулы, и смешивание различных типов обычно запрещено.

• Масло добавлялось без отключения трансформатора. Смешивание горячего и холодного масла ускорило внутреннюю циркуляцию, перемешивая влагу снизу и распределяя ее по высоковольтным и низковольтным обмоткам, что снижало изоляцию и вызывало пробой.

• Было использовано некачественное масло трансформатора.

3. Неправильная компенсация реактивной мощности, вызывающая резонансное перенапряжение

Для уменьшения потерь в линиях и повышения использования оборудования, регламенты рекомендуют устанавливать устройства компенсации реактивной мощности на распределительные трансформаторы H59 мощностью выше 100 кВА. Однако, если компенсация настроена неправильно — так, что общая емкостная реактивность равна общей индуктивной реактивности в цепи — может возникнуть феррорезонанс в линии и подключенных устройствах, что приведет к перенапряжению и перетоку, которые могут вывести из строя трансформатор H59 и другие электрические устройства.

4. Резонансное перенапряжение в системе

В сельских сетях 10 кВ линии различаются по длине, высоте над землей и размеру проводников. В сочетании с частыми переключениями трансформаторов H59, сварочных машин, конденсаторов и крупных нагрузок параметры системы значительно меняются. Кроме того, периодическое однофазное заземление в сети 10 кВ с незаземленной нейтралью может вызвать резонансное перенапряжение. При этом, в легких случаях это приводит к выбиванию высоковольтных предохранителей; в тяжелых — к выходу из строя трансформатора, а в редких случаях — к пробою или взрыву изоляторов.

5. Перенапряжение от молнии

Согласно нормативам, распределительные трансформаторы H59 должны быть оборудованы качественными ограничителями перенапряжения на стороне высокого и низкого напряжения, чтобы минимизировать повреждения обмоток и изоляторов от молний и резонансных перенапряжений. Общие причины повреждений, связанных с перенапряжением, включают:

• Неправильная установка или проверка ограничителей. Обычно три ограничителя используют одну точку заземления. Со временем коррозия от воздействия погоды или плохое обслуживание могут привести к разрушению или ухудшению этого соединения. Во время ударов молнии или резонансных перенапряжений недостаточное заземление препятствует эффективному сбросу заряда в землю, что приводит к выходу трансформатора из строя.

• Чрезмерная зависимость от страхового покрытия. Многие пользователи считают, что поскольку трансформатор застрахован, установка и проверка ограничителей не нужны, полагая, что страховщики покроют все отказы. Этот подход значительно способствовал распространению повреждений трансформаторов в течение многих лет.

• Акцент только на ограничителях на стороне высокого напряжения, игнорируя сторону низкого напряжения. Без ограничителей на стороне низкого напряжения удар молнии на LV стороне может вызвать обратные импульсы напряжения, которые нагружают HV обмотку и могут также повредить LV обмотку.

6. Короткое замыкание на вторичной стороне

При коротком замыкании на вторичной стороне токи короткого замыкания, в несколько десятков раз превышающие номинальный ток, текут на вторичной стороне. Соответственно большой ток также протекает на первичной стороне, чтобы противодействовать демагнитизирующему эффекту тока короткого замыкания на вторичной стороне. Такие огромные токи:

• Генерируют огромное механическое напряжение внутри обмоток, сжимая катушки, ослабляя основную и межслойную изоляцию, вызывая деформацию;

• Приводит к быстрому повышению температуры в обеих обмотках. Если предохранители неправильно подобраны или заменены медным/алюминиевым проводом, обмотки могут быстро выйти из строя.

7. Плохой контакт на переключателе отпайки

• Низкокачественные переключатели отпайки с плохим дизайном, недостаточным давлением пружины или неполным контактом между движущимися и неподвижными контактами могут уменьшить расстояние между смещенными контактами, что приведет к дуговому разряду, короткому замыканию и быстрому выходу из строя обмоток отпайки или всей катушки.

• Человеческий фактор: некоторые электрики неправильно понимают принципы переключения без нагрузки. После регулировки контакты могут быть только частично соединены. Кроме того, длительная эксплуатация приводит к загрязнению неподвижных контактов, что вызывает плохой контакт, дуговой разряд и, в конечном итоге, отказ трансформатора.

8. Заблокированный дыхательный клапан
Трансформаторы мощностью более 50 кВА обычно оснащены "дыхательным" устройством, установленным на баке конденсатора. Корпус дыхательного устройства обычно представляет собой прозрачный стеклянный цилиндр, заполненный осушителем. Он хрупкий при транспортировке, поэтому производители часто отправляют устройства с маленькой металлической пластиной, закрепленной болтами над дыхательным отверстием, вместо установки фактического дыхательного устройства, чтобы предотвратить попадание влаги.

При вводе в эксплуатацию эту металлическую пластину необходимо немедленно удалить и заменить функциональным дыхательным устройством. В противном случае тепло, генерируемое при работе, вызывает расширение масла и увеличение внутреннего давления. Без функционирующего дыхательного устройства масло не может правильно циркулировать, тепло не рассеивается, и температура сердечника и обмоток продолжает расти. Изоляция постепенно деградирует до тех пор, пока трансформатор не выйдет из строя.

9. Другие проблемы
Общие проблемы при ежедневной эксплуатации и обслуживании трансформаторов H59 включают:

• При обслуживании или установке затягивание или ослабление гайки проводящего стержня может привести к его вращению, что вызывает контакт вторичных мягких медных выводов — что приводит к фазовому короткому замыканию или разрыву первичных обмоточных выводов.

• Непреднамеренное падение инструментов или предметов при работе на трансформаторе может повредить изоляторы, вызывая небольшие пробои на землю или серьезные короткие замыкания.

• После обслуживания, испытаний или замены кабелей на параллельно подключенных трансформаторах, если не выполнена проверка последовательности фаз и случайное подключение, это может привести к неправильной фазировке. При подаче напряжения протекают большие циркулирующие токи, что приводит к выходу из строя трансформатора.

• Антивандальные учетные ящики, установленные на стороне низкого напряжения, часто страдают от ограничений пространства и плохого качества работы — некоторые соединения просто обмотаны проводом. Это создает высокое контактное сопротивление на LV-терминалах, что приводит к перегреву и дуговому разряду при большой нагрузке, в конечном итоге приводя к выходу из строя проводящих стержней.