Термични и механични изпитвания на разпределителните трансформатори: осигуряване на надеждност и дълголетие

Въведение

В сложната сфера на разпределението на електроенергия, трансформаторите за разпределение играят ключова роля. Тези трансформатори са отговорни за намаляване на напрежението от основните нива на разпределение до подходящите нива за потребителите. Правилното им функциониране е изключително важно за поддържането на стабилна и ефективна електрическа мрежа. Тази статия се занимава с две основни аспекти на оценката на трансформаторите за разпределение: термални тестове и механични тестове, като също така разглежда как да се предотвратяват прекъсванията в услугата и управлението на вариациите на напрежението.

Термални тестове на трансформаторите за разпределение

Значението на термалната инспекция

Трансформаторите за разпределение генерират топлина по време на работа. Топлината се произвежда главно поради загуби в обмотките и хистерезис в ядрата на тези трансформатори. Нерегулираното натрупване на топлина в трансформаторите може да доведе до деградация на изолацията, ускорено стареене на трансформаторите и значителен риск от катастрофални откази. Редовните термални инспекции на трансформаторите са затова изключително важни. Тези инспекции, които включват мониторинг на температурата и откриване на горещи точки, действат като ранни системи за предупреждение. Чрез бързото идентифициране на термални аномалии техниците могат да предотвратят откази и да гарантират непрекъснато доставяне на енергия чрез мрежата за разпределение.

Основни компоненти на термалните тестове за трансформатори

Няколко теста образуват основата на термалните проверки на трансформаторите за разпределение:

• Тест за повишаване на температурата: Фундаментална проверка за трансформаторите, този тест измерва увеличението на температурата в обмотките и маслото на трансформаторите при номинална нагрузка. Отклонения от установените стандарти сигнализират за потенциални проблеми, като неефективно охлаждане или проблеми с вътрешното съпротивление. Такива открития водят до по-детайлна проверка на компоненти като охладителни вентилатори, радиатори или нива на охладителната течност.

• Инспекция с термално изображение: В тази ненавредяваща методика се използват инфрачервени камери, които картират повърхностните температури на трансформаторите, осветявайки скрити горещи точки, които могат да са причинени от разтоварени връзки или блокирани канали в трансформаторите. Това позволява целеви ремонти преди да настъпи повреда на изолацията.

• Анализ на температурата на маслото: Пробиране и тестване на вискозитета и киселинното съдържание на маслото на трансформаторите предоставя информация за нивата на термалния стрес, изпитван от трансформаторите. Висока киселинност в маслото на трансформаторите указва за прекомерно загряване, активиращо проверка на източниците на топлина и охладителните механизми в трансформаторите.

Протоколи и стандарти за инспекция на трансформатори

Стандартите като IEEE C57.12.90 и IEC 60076 изискват систематични термални инспекции на трансформатори. По време на тестване техниците моделират условията при пълна нагрузка на трансформаторите, докато внимателно наблюдават градиентите на температурата. Например, инспекцията за повишаване на температурата изисква стабилизиране на трансформаторите за няколко часа преди записването на показанията. Подробната документация на всяка инспекция на трансформатори, включително околни условия, продължителност на тестовете и термални профили, облекчава анализ на трендовете на трансформаторите през времето.

Честота и адаптивни стратегии за инспекция на трансформатори

Честотата на термалните инспекции на трансформатори зависи от различни фактори, като вариабилност на нагрузката и околните условия. Трансформаторите за разпределение в градски райони с колеблюващи се нагрузки може да изискват месечни инспекции, докато тези в селскостопански райони може да са удовлетворени с тримесечни проверки. В горещи климати интервалите между термалните инспекции на трансформатори се съкращават, за да противодействат ефектите на топлинния стрес. Съвременните системи за мониторинг вече позволяват непрекъснати термални инспекции на трансформатори чрез вградени сензори, които предават реално време данни от трансформаторите до контролни центрове.

Преодоляване на предизвикателствата при инспекцията на трансформатори

Термалните инспекции на трансформатори срещат определени предизвикателства. Забележимо, лъжливи положителни резултати могат да се случат поради преходни пики на нагрузката. За да се намали това, техниците корелират термалните данни с електрически параметри, като токовете на нагрузката. Освен това, достъпът до труднодостъпни компоненти, като вътрешните обмотки, изисква специализирана експертиза. Някои инспекции на трансформатори изискват изливане на масло, което изисква стриктно спазване на детайлни протоколи за безопасност. Редовната калибрация на термалните сензори в трансформаторите осигурява точни резултати от инспекцията.

Интеграция на термалната инспекция с поддръжката на трансформаторите

Термалните инспекции на трансформатори служат като мост между събирането на данни и действията за поддръжка. Комплексен доклад за инспекция, който маркира горещи точки, неефективности в охлаждането или деградация на маслото, насочва незабавни干预似乎被意外截断了，我将继续翻译剩余的部分。

Интеграция на термалната инспекция с поддръжката на трансформаторите

Термалните инспекции на трансформатори служат като мост между събирането на данни и действията за поддръжка. Комплексен доклад за инспекция, който маркира горещи точки, неефективности в охлаждането или деградация на маслото, насочва незабавни мерки. Например, ако термалната инфрачервена инспекция покаже блокиран радиатор в трансформатор, промиването или замяната става приоритет. Като включат термалните инспекции в профилактичните програми за поддръжка на трансформаторите, операторите могат да продължат живота на трансформаторите и да намалят уязвимостта на мрежата.

Механични тестове на трансформаторите за разпределение

Необходимостта от механична инспекция на трансформатори

Трансформаторите за разпределение са изложени на механични напрежения през целия си жизнен цикъл. Електрическите дефекти могат да генерират интензивни електромагнитни сили, които могат да деформират обмотките на трансформаторите. Освен това, сейсмичната активност или жестокото обхождане по време на транспортиране може да повреди вътрешните компоненти на трансформаторите. Редовните механични инспекции, включително визуални проверки и динамично тестване на трансформаторите, са необходими за откриване на скрити недостатъци. Чрез ранното идентифициране на механични слабости, операторите могат да се защитят срещу внезапни откази, които могат да прекъснат доставката на енергия и да застрашат общата инфраструктура, зависеща от тези трансформатори.

Основни механични тестове за трансформатори

Няколко теста са ключови за механичните проверки на трансформаторите за разпределение:

• Тест за краткосрочно замыкание: Тази инспекция моделира условията при дефект, за да оцени способността на трансформаторите да издържат на електромагнитни сили. Отклонения в импеданса или преместването на обмотките в трансформаторите указват механично напрежение, насочващо проверка на зажимащи структури и опорни рами в трансформаторите.

• Анализ на вибрациите: Сензори се използват за наблюдение на вибрациите по време на работа на трансформаторите. Абнормални честоти, открити в трансформаторите, указват проблеми като разтоварени части, неправилно подравнени ядра или повредени охладителни вентилатори. Този ненавредяващ метод помага на техниците да определят и коригират механични проблеми преди да се влошат.

• Механичен ударен тест: Прилаган по време на производството или след транспортиране, този тест оценява устойчивостта на трансформаторите към шокове. Падателни тестове или сейсмични симулации разкриват слабости в компоненти като резервоара, изходните възли или терминалните връзки, насочвайки проверки на критични връзки.

Протоколи и стандарти за инспекция на трансформатори

Стандартите като IEEE C57.12.90 и IEC 61378 изискват строги механични инспекции на трансформатори. По време на тестване техниците следват точни процедури. Например, тестовете за краткосрочно замыкание изискват контролирани инжекции на ток, докато внимателно наблюдават механичните реакции на трансформаторите. Подробната документация на всяка инспекция на трансформаторите, включително параметри на тестовете, наблюдавани деформации и препоръки за ремонт, създава исторически запис за бъдещ анализ на трансформаторите.

Честота и контекстуална адаптация за инспекция на трансформатори

Честотата на механичните инспекции на трансформатори варира в зависимост от сценарии на използване. Трансформаторите за разпределение в региони, подложени на земетресения, може да подлежат на тримесечни вибрационни инспекции, докато тези в стабилни среди може да са задоволени с годишни проверки. Новите инсталирани трансформатори често получават незабавни пост-транспортни инспекции, за да се верифицира техният интегритет. Съвременните системи за мониторинг вече позволяват непрекъснати механични инспекции на трансформатори чрез вградени деформационни сензори и акселерометри.

Преодоляване на предизвикателствата при инспекцията на трансформатори

Механичните инспекции на трансформатори носят свои собствени комплексности. Откриването на вътрешни повреди без демонтаж на трансформаторите е значителна пречка. Някои инспекции, като ултразвуково тестване за скрити пукнатини, изискват специализирана експертиза. Освен това, разграничаването на нормален износ от аномална деградация изисква опит. За да се справят с тези предизвикателства, техниците комбинират няколко метода за инспекция, като анализ на вибрациите с визуални проверки, и използват исторически данни за сравнителни оценки на трансформаторите.

Интеграция на механичната инспекция с поддръжката на трансформаторите

Механичните инспекции на трансформатори служат като ключово връзко между диагноза и действие. Комплексен доклад за инспекция, който маркира проблеми като разтоварени болтове, деформирани обмотки или компрометирани опори, диктува спешни ремонти или замени на компоненти. Например, ако анализът на вибрациите покаже неправилно подравнено ядро в трансформатор, реалignment и повторно затягане стават най-приоритетни. Като включат механичните инспекции в профилактичните програми за поддръжка на трансформаторите, операторите могат да продължат живота на трансформаторите и да укрепят устойчивостта на мрежата.

Предотвратяване на прекъсване на услугата в трансформаторите за разпределение

Как работят трансформаторите, вторичните и предохранителите

Трансформаторите за разпределение намаляват напрежението от напрежението на разпределение или основната фидерна напрега до използването напрежение. Те са свързани с основната фидер, вторичните фидери и пъстрите членки чрез основни предохранители или предохранителни изключвачи. Основният предохранител отключва свързания трансформатор за разпределение от основната фидер, когато се появи дефект в трансформатора или нискоимпедансен дефект в вторичната верига. Предохранителните изключвачи, които обикновено са затворени, предлагат удобен начин за отключване на малки трансформатори за разпределение за инспекция и поддръжка.

Удовлетворителната защита от прекомерна нагрузка на трансформатор за разпределение не може да бъде постигната само с основен предохранител. Това е поради разликата в формата на неговата крива на ток-време и безопасната крива на ток-време на трансформатора. Ако се използва достатъчно малък предохранител, за да предложи пълна защита от прекомерна нагрузка за трансформатора, много от ценния капацитет за прекомерна нагрузка на трансформатора се губи, тъй като предохранителят се изгаря преждевременно. Такъв малък предохранител също често изгаря ненужно при импулсни токове. Следователно, основният предохранител трябва да бъде избран с оглед предоставяне на защита само при краткосрочно замыкание, с неговата минимална токова стойност, обикновено надвишаваща 200% от пълния ток на свързания трансформатор.

Трансформаторите за разпределение, свързани с надземни проводни фидери, често са изложени на сериозни бурни смущения. За да се намали изгарянето на изолацията и отказите на трансформаторите от мълнии, обикновено се използват предпазни устройства срещу мълнии с тези трансформатори.

Вторичните водещи на трансформатор за разпределение обикновено са твърдо свързани с радиални вторични вериги, от които се извличат услуги на потребителите. Това означава, че трансформаторът няма защита срещу прекомерна нагрузка и високоимпедансни дефекти в неговите вторични вериги. Съотносително малко трансформатори за разпределение се изгарят от прекомерна нагрузка, главно защото те често не се използват до максималния си капацитет. Друг фактор, допринасящ за малкия брой откази, свързани с прекомерна нагрузка, са честите проверки на тока и корективните мерки, предприети преди опасната прекомерна нагрузка да настъпи. Обаче, високоимпедансните дефекти в техните вторични вериги вероятно причиняват повече откази на трансформаторите за разпределение от прекомерна нагрузка, особено в области с лоши условия на дървета.

Предохранителите в вторичните водещи на трансформаторите за разпределение са малко по-ефективни в предотвратяването на изгарянето на трансформаторите, отколкото основните предохранители, поради подобни причини. Правилният начин за получаване на удовлетворителна защита на трансформатор за разпределение срещу прекомерна нагрузка и високоимпедансни дефекти е чрез инсталиране на автоматичен предохранител в вторичните водещи на трансформатора. Кривата на ток-време на този автоматичен предохранител трябва да бъде правилно координирана с безопасната крива на ток-време на трансформатора. Основният предохранител също трябва да бъде координиран с вторичния предохранител, така че предохранителят да се изгори при всякакъв ток, който може да премине през него, преди основният предохранител да бъде повреден.

Дефектите в услугата на потребителите, свързани от вторичната верига до обслужващия изключвач, са изключително рядки. Следователно, използването на вторичен предохранител в точката, където услугата на потребителите се свързва с вторичната верига, не е икономически оправдано, освен в необичайни случаи, като големи услуги от подземни вторични вериги.

Разглеждане на вариациите на напрежението

При приемане на максимална вариация на напрежението около 10% във всеки обслужващ изключвач на потребител, делението на този спад сред различните части на системата, при пълна нагрузка, може да бъде приблизително следното:

• 2% вариация на напрежението в основната фидер между първия и последния трансформатор

• 2,5% вариация на напрежението в трансформатора за разпределение

• 3% вариация на напрежението в вторичната верига

• 0,5% вариация на напрежението в услугата на потребителите

Фактът, че напрежението в началото на първия трансформатор за разпределение обикновено не може да бъде поддържано точно, обяснява другите 2%.

Тези цифри са типични за надземни системи, доставящи резиденциални потребители. Обаче, те могат да се различават значително в подземни системи, където се използват кабелни вериги и големи трансформатори за разпределение, или при доставка на индустриални и комерсиални потребители.

Економическият размер на комбинацията от трансформатор за разпределение и вторична верига за всяка равномерна гъстота на нагрузка и вид конструкция, при конкретни пазарни цени, може лесно да бъде определен, веднъж установен е общият позволен спад на напрежението в тези две части на системата. Ако трансформаторът е твърде голям, цената на вторичната верига и общата цена ще бъдат прекомерни. Обратно, ако трансформаторът е твърде малък, цената на трансформатора и общата цена ще бъдат прекомерно високи.

Обработване на промените в нагрузката в трансформаторите

Както във всяка друга част на системата за разпределение, промените в нагрузката или ръста на нагрузката трябва да бъдат взети предвид и планирани за трансформаторите за разпределение и вторичните вериги. Трансформаторите за разпределение и вторичните вериги не се инсталират само за обслужване на наличните нагрузки, но и за вместимостта на бъдещи нагрузки. Обаче, не е икономично да се прави прекомерно допускане за растеж.

Когато трансформатор за разпределение стане опасно прекомерно нагласен, той може да бъде заменен с един от следващия по-голям размер, ако токопроводната способност на вторичната верига и общата регулация на напрежението го позволят. Ако не, друг трансформатор с приблизително същия размер може да бъде инсталиран между