تحلیل و راه‌حل‌ها برای عملکرد بیش از حد ترانسفورماتورهای توزیع

دلایل عملکرد بیش از حد ترانسفورماتورهای توزیع

روش نظارت غیرمنطقی

در طول عملکرد یک ترانسفورماتور، برای تضمین عملکرد ایمن آن، بار ترانسفورماتور نظارت می‌شود. در حال حاضر، به طور عمده از نظارت 24 ساعته برای کسب بار متوسط ترانسفورماتور توزیع استفاده می‌شود. با این حال، به دلیل تقاضاهای مختلف برای وسایل الکتریکی در زمان‌های مختلف، همچنین توان و تعداد دستگاه‌های فعال در شرکت‌ها در زمان‌های مختلف، بار ترانسفورماتور تغییر خواهد کرد.

سیستم نظارت موجود توانایی ضعیفی در نظارت بر بار در زمان‌های مختلف دارد که از شرکت‌های برق جلوگیری می‌کند تا درک عمیقی از بار ترانسفورماتور در زمان‌های مختلف داشته باشند. وقتی بار ترانسفورماتور خیلی بالاست، شرکت‌های برق قادر به گرفتن اقدامات مربوطه برای کاهش بار ترانسفورماتور نیستند که منجر به عملکرد بیش از حد ترانسفورماتور توزیع می‌شود.

بار یک ترانسفورماتور خیلی پایین است

در برخی مناطق، کارکنان مربوطه در محاسبه بار خطایی انجام می‌دهند و انتخاب غیرمنطقی ترانسفورماتورها می‌تواند منجر به این شود که ترانسفورماتورهای توزیع همیشه در وضعیت عملکرد بیش از حد قرار گیرند. دو وضعیت اصلی عملکرد بیش از حد توزیع برق وجود دارد:

• یکی حالت تأمین برق با یک ترانسفورماتور است. همانطور که از نام آن پیداست، این حالت از یک ترانسفورماتور برای توزیع برق استفاده می‌کند. در این حالت توزیع برق، اگر یک ترانسفورماتور نتواند نیازهای بار را برآورده کند، منجر به عملکرد بیش از حد ترانسفورماتور خواهد شد. این نه تنها تضمین پایداری توزیع برق را فراهم نمی‌کند بلکه به راحتی موجب حوادث ایمنی می‌شود.

• دیگری حالت تأمین برق با چند ترانسفورماتور است. در حال حاضر، در زمینه تأمین و توزیع برق، حالت عملکرد چند ترانسفورماتور توزیع برای تضمین پایداری فرآیند توزیع برق مورد استفاده قرار می‌گیرد. با این حال، بسیاری از شرکت‌های برق برای صرفه‌جویی در هزینه‌ها، در این حالت از چند ترانسفورماتور با بارهای انفرادی نسبتاً کوچک استفاده می‌کنند. پس از اتصال، آن‌ها را به کار می‌گیرند. در این حالت، وقتی یکی از ترانسفورماتورها خراب می‌شود، سیستم کلی ترانسفورماتورهای توزیع در وضعیت عملکرد بیش از حد قرار می‌گیرد.

نرخ رشد مصرف برق طراحی شده خیلی پایین است

در طول طراحی و انتخاب ترانسفورماتورها، لازم است نرخ رشد مصرف برق در آینده برآورد شود تا تضمین شود که ترانسفورماتور توزیع همیشه در طول دوره خدماتی خود تحت بار عادی عملکرد کند. محاسبه نرخ رشد مصرف برق یک وظیفه مهم است که نیازمند درک نسبتاً دقیق از برنامه‌ریزی منطقه‌ای و نرخ رشد جمعیت است. با این حال، چون چین وارد دوره توسعه سریع شده است، مصرف برق در هر منطقه توزیع برق نیز وارد دوره افزایش سریع شده است. افزایش سریع مصرف برق از دو عامل اصلی ناشی می‌شود:

• یکی افزایش تعداد وسایل الکتریکی با توان بالا است. با بهبود سطح زندگی، بیشتر خانوارها وسایل الکتریکی با توان بالا می‌خرند که کاملاً متفاوت از عادات زندگی قدیمی است. محاسبه و طراحی نرخ رشد مصرف برق بر اساس عادات زندگی قدیمی به تدریج منجر به عملکرد بیش از حد ترانسفورماتورهای توزیع خواهد شد.

• دیگری افزایش مصرف برق شرکت‌ها است. در حال حاضر، بسیاری از ترانسفورماتورهای توزیع به انواع شرکت‌ها برق می‌رسانند. با این حال، در عصر جدید، انواع شرکت‌ها ظرفیت تولید خود را افزایش می‌دهند که نرخ رشد مصرف برق را به شدت افزایش می‌دهد و منجر به عملکرد بیش از حد ترانسفورماتورها می‌شود.

راه‌حل‌های عملکرد بیش از حد ترانسفورماتورهای توزیع

عملکرد موازی ترانسفورماتورهای توزیع

یکی از دلایل عملکرد بیش از حد ترانسفورماتورهای توزیع فشار کاری بیش از حد یک خط واحد است. بر این اساس، باید تلاش کرد تا عملکرد موازی را به دست آورد. عملکرد مستقل چند خط می‌تواند مشکل فشار کاری بالای یک خط واحد را از بین ببرد. برای عملکرد موازی ترانسفورماتورهای توزیع، عواملی مانند نسبت ولتاژ اسمی یکسان، توالی فاز یکسان و ولتاژ قابل مقایسه نیاز است. همچنین، تفاوت ظرفیت بین ترانسفورماتورهای موازی نباید خیلی زیاد باشد.

به طور کلی، توصیه نمی‌شود که ظرفیت بزرگ‌ترین ترانسفورماتور بیش از سه برابر ترانسفورماتور کوچک‌تر باشد. برای مثال، برای یک ترانسفورماتور توزیع 400KVA، در شرایط عادی، فشار کاری همیشه بین 70 - 80% نگهداری می‌شود، اما در دوره‌های اوج مصرف برق، حتی می‌تواند بیش از 100% شود با توان فعال 420KW و بار کمترین فقط 18%.

در این حالت، خط می‌تواند به حالتی بازسازی شود که یک ترانسفورماتور 315KVA و یک ترانسفورماتور 200KVA به صورت موازی عملکرد کنند. وقتی سطح بار کم است، یکی از آن‌ها برای عملکرد فعال می‌شود؛ وقتی فشار کاری خیلی زیاد است، هر دو به صورت همزمان فعال می‌شوند که امکان تأمین نیازهای کاری در حالت موازی را فراهم می‌کند و همچنین عملکرد اقتصادی را امکان‌پذیر می‌کند.

عملکرد موازی ترانسفورماتورهای توزیع

یکی از دلایل عملکرد بیش از حد ترانسفورماتورهای توزیع فشار کاری بیش از حد یک خط واحد است. برای حل این مشکل، می‌توان عملکرد موازی را اجرا کرد. عملکرد مستقل چند خط کمک می‌کند تا از مشکل فشار بالا روی یک خط واحد جلوگیری شود. هنگام عملکرد ترانسفورماتورهای توزیع به صورت موازی، عواملی مانند نسبت ولتاژ اسمی یکسان، توالی فاز یکسان و ولتاژ قابل مقایسه نیاز است.

همچنین، تفاوت ظرفیت بین ترانسفورماتورهای متصل به صورت موازی نباید خیلی زیاد باشد. به طور کلی، توصیه نمی‌شود که ظرفیت بزرگ‌ترین ترانسفورماتور بیش از سه برابر ترانسفورماتور کوچک‌تر باشد. برای مثال، برای یک ترانسفورماتور توزیع 400KVA، در شرایط عادی، فشار کاری بین 70 - 80% نگهداری می‌شود، اما در دوره‌های اوج مصرف برق، حتی می‌تواند بیش از 100% شود با توان فعال 420KW و بار کمترین فقط 18%.

در چنین حالتی، خط می‌تواند به حالتی بازسازی شود که یک ترانسفورماتور 315KVA و یک ترانسفورماتور 200KVA به صورت موازی عملکرد کنند. وقتی سطح بار کم است، یکی از آن‌ها برای عملکرد فعال می‌شود؛ وقتی فشار کاری خیلی زیاد است، هر دو به صورت همزمان فعال می‌شوند که امکان تأمین نیازهای کاری در حالت موازی را فراهم می‌کند و همچنین عملکرد اقتصادی را امکان‌پذیر می‌کند.

افزایش ظرفیت ترانسفورماتور

افزایش ظرفیت ترانسفورماتور یک روش معمول برای حل مشکل عملکرد بیش از حد ترانسفورماتور است. این روش نیازمند تجزیه و تحلیل و بررسی جامع کار تأمین برق موجود در مناطق مختلف است. لازم است تغییرات مصرف برق در دوره‌های زمانی مختلف، سال‌ها، فصل‌ها و ماه‌ها، به ویژه مصرف برق اوج را درک کنیم.

مدل میانگین بر اساس داده‌های منظم و مدل مقدار تکی بر اساس مصرف برق اوج ایجاد می‌شود. با استفاده از مقادیر بیشینه پارامترهای عملکرد فعلی ترانسفورماتور به عنوان محدودیت‌های خطی، چندین نمودار پارامتری ساخته می‌شود. از طریق تجزیه و تحلیل جامع تمام نمودارهای پارامتری، می‌توان یک مقدار تأمین برق استاندارد و یک مقدار تأمین برق بیشینه به دست آورد.

این مقادیر سپس با پارامترهای عملکرد ترانسفورماتور موجود تطبیق داده می‌شوند. با در نظر گرفتن مقدار تأمین برق استاندارد به عنوان کمترین مقدار و مقدار تأمین برق بیشینه به عنوان حد بالا، می‌توان نیازهای اساسی افزایش ظرفیت را تعیین کرد.

بر این اساس، با جمع‌آوری تغییرات مصرف برق در منطقه محلی در 10 سال گذشته، با فرض اینکه مصرف برق متوسط در این 10 سال حداقل 2% افزایش یافته است، افزایش ظرفیت حداقل 2% بیش از نیازهای اساسی افزایش ظرفیت ضروری است تا نیاز تأمین برق را برآورده کند.

استفاده از ترانسفورماتورهای بیش از حد

برای جلوگیری بهتر از عملکرد بیش از حد ترانسفورماتورهای توزیع، استفاده از ترانسفورماتورهای بیش از حد نیز نیازمند توجه کلیدی است. این به این دلیل است که ترانسفورماتورهای بیش از حد قادر به عملکرد مداوم به ترتیب 6 ساعت، 3 ساعت و 1 ساعت تحت شرایط 1.5 برابر ظرفیت اسمی، 1.75 برابر ظرفیت اسمی و 2.0 برابر ظرفیت اسمی هستند. این امر پشتیبانی قوی برای جلوگیری از عملکرد بیش از حد ترانسفورماتورهای توزیع فراهم می‌کند.

با تجزیه و تحلیل عمیق، مشخص می‌شود که در مقایسه با ترانسفورماتورهای توزیع معمولی، ترانسفورماتورهای بیش از حد باید جریان‌های بیش از جریان اسمی را تحمل کنند و مواد عایق‌بندی استفاده شده استاندارد مقاومت حرارتی عایق بالاتر از درجه B را برآورده می‌کنند.

باید توجه داشت که هنگام استفاده از ترانسفورماتورهای بیش از حد، به درجه عایق‌بندی آن‌ها توجه شود. ترانسفورماتورهای بیش از حد با عایق‌بندی درجه B، A و F ویژگی‌های مختلفی در کاربردهای عملی دارند و تفاوت‌های قابل توجهی در کارایی اقتصادی دارند. برای مثال، ترانسفورماتور بیش از حد S13-M(F)-100/10GZ از نوع هسته پیچیده و محصول بیش از حد با عایق‌بندی درجه F است که درجه عایق‌بندی آن F می‌باشد.

با انجام اندازه‌گیری‌هایی مانند مقاومت عایق‌بندی پیچه‌ها به زمین، اندازه‌گیری نسبت ولتاژ، تعیین علامت گروه اتصال، اندازه‌گیری مقاومت پیچه‌ها، آزمون روغن عایق‌بندی، آزمون تحمل ولتاژ خارجی، آزمون تحمل ولتاژ القایی، اندازه‌گیری امپدانس کوتاه‌مدار و ضرر کوتاه‌مدار و اندازه‌گیری جریان بدون بار و ضرر بدون بار در اطراف این مدل ترانسفورماتور بیش از حد، می‌توان بر این نتیجه رسید که ترانسفورماتور بیش از حد S13-M(F)-100/10GZ با استانداردهای مختلف مطابقت دارد.

و از طریق تجزیه و تحلیل آزمون‌های تحمل بار و آزمون‌های افزایش دما، می‌توان ثابت کرد که این مدل ترانسفورماتور بیش از حد دارای مزایای عملکردی است. با تجزیه و تحلیل عمیق، مشخص می‌شود که ترانسفورماتور بیش از حد S13-M(F)-100/10GZ با عایق‌بندی درجه F هزینه کمتری دارد و معمولاً می‌تواند نیازهای بار مشابه ترانسفورماتورهای توزیع معمولی را برآورده کند.

در مقایسه با ترانسفورماتور بیش از حد S13-M(A)-100/10GZ، ظرفیت اسمی و ابعاد خارجی ترانسفورماتور بیش از حد S13-M(F)-100/10GZ به ترانسفورماتورهای توزیع معمولی نزدیک‌تر است. عایق‌بندی درجه F دارای مقاومت بالا در برابر پیری و دمای تحمل بالا است که این موضوع نیز ترانسفورماتور بیش از حد S13-M(F)-100/10GZ را در مسائل پایداری در دمای بالا، خصوصیات مکانیکی، مقاومت در برابر پیری و سرعت افزایش ولتاژ شکست در فلش‌اور AC مزایای قابل توجهی دارد. بنابراین، عمر مفید ترانسفورماتور توزیع به خوبی تضمین می‌شود.