آزمون عملکرد حرارتی و مکانیکی ترانسفورماتورهای توزیع: اطمینان از قابلیت اطمینان و طول عمر

Felix Spark

فیلد: شکست و نگهداری

China

مقدمه

در پیچیدگی توزیع برق، ترانسفورماتورهای توزیع نقش کلیدی ایفا می‌کنند. این ترانسفورماتورها وظیفه دارند ولتاژ را از سطح توزیع اصلی به ولتاژ مناسب برای مصرف‌کنندگان نهایی کاهش دهند. عملکرد صحیح آنها برای حفظ شبکه برق پایدار و کارآمد ضروری است. این مقاله به دو جنبه مهم ارزیابی ترانسفورماتورهای توزیع می‌پردازد: آزمون عملکرد حرارتی و آزمون عملکرد مکانیکی، در حالی که همچنین به نحوه جلوگیری از قطعات خدمت و مدیریت تغییرات ولتاژ می‌پردازد.

آزمون عملکرد حرارتی ترانسفورماتورهای توزیع

اهمیت بازرسی حرارتی

ترانسفورماتورهای توزیع در طول عملکرد گرم می‌شوند. حرارت عمدتاً به دلیل تلفات پیچه و تردید هسته در این ترانسفورماتورها ایجاد می‌شود. تجمع غیرقابل کنترل حرارت در ترانسفورماتورها می‌تواند منجر به تخریب عایق، شتاب دادن فرایند پیری ترانسفورماتورها و ایجاد خطر زیاد شکست‌های کاتاستروفیک شود. بنابراین بازرسی‌های حرارتی منظم ترانسفورماتورها از اهمیت بالایی برخوردار است. این بازرسی‌ها که شامل مانیتورینگ دما و تشخیص نقاط داغ در ترانسفورماتورها می‌شود، به عنوان سیستم‌های هشدار اولیه عمل می‌کنند. با شناسایی انحرافات حرارتی در ترانسفورماتورها به موقع، فنی‌کاران می‌توانند خرابی‌ها را پیش‌بینی کرده و تحویل برق بدون قطع را از طریق شبکه توزیع تضمین کنند.

اجزاء کلیدی آزمون حرارتی برای ترانسفورماتورها

چندین آزمون پایه‌ای برای بازرسی عملکرد حرارتی ترانسفورماتورهای توزیع وجود دارد:

آزمون افزایش دما: این یک بازرسی اساسی برای ترانسفورماتورها است که افزایش دما در پیچه‌ها و روغن ترانسفورماتورها تحت بار اسمی را اندازه‌گیری می‌کند. انحرافات از استانداردهای تعیین شده در ترانسفورماتورها نشان‌دهنده مشکلات مانند خنک‌سازی ناکارآمد یا مشکلات مقاومت داخلی می‌باشد. چنین یافته‌هایی باعث می‌شود که اجزایی مانند مراوح خنک‌سازی، پره‌ها یا سطح مایع خنک‌کننده در ترانسفورماتورها تحت بازرسی دقیق‌تر قرار گیرند.
بازرسی تصویربرداری حرارتی: دوربین‌های اینفراروت در این روش بازرسی غیرتهاجمی استفاده می‌شوند. آنها دمای سطح ترانسفورماتورها را نقشه‌برداری می‌کنند و نقاط داغ پنهان را که ممکن است به دلیل اتصالات آزاد یا مسدود شدن لوله‌ها در ترانسفورماتورها باشد، مورد توجه قرار می‌دهند. این امر اجازه می‌دهد تا تعمیرات هدفمند در ترانسفورماتورها قبل از وقوع آسیب به عایق صورت گیرد.
تجزیه و تحلیل دمای روغن: نمونه‌برداری و آزمایش ویسکوزیته و محتوای اسید روغن ترانسفورماتورها اطلاعاتی درباره سطح تنش حرارتی تجربه شده توسط ترانسفورماتورها ارائه می‌دهد. افزایش اسیدیتی در روغن ترانسفورماتورها نشان‌دهنده گرم شدن بیش از حد است و باعث می‌شود که منابع گرما و مکانیسم‌های خنک‌سازی در ترانسفورماتورها مورد بازرسی قرار گیرند.

پروتکل‌ها و استانداردهای بازرسی ترانسفورماتورها

استانداردهایی مانند IEEE C57.12.90 و IEC 60076 بازرسی‌های حرارتی سیستماتیک ترانسفورماتورها را الزامی می‌کنند. در طول آزمون، فنی‌کاران شرایط بار کامل را روی ترانسفورماتورها شبیه‌سازی می‌کنند و به صورت دقیق گرادیان‌های دما را مانیتور می‌کنند. به عنوان مثال، یک بازرسی افزایش دما در ترانسفورماتورها نیاز به ثبات‌بخشی ترانسفورماتورها برای چند ساعت قبل از ثبت خواندن دارد. مستندسازی دقیق هر بازرسی ترانسفورماتورها، از جمله شرایط محیطی، مدت زمان آزمون و پروفایل‌های حرارتی، تحلیل روند ترانسفورماتورها در طول زمان را تسهیل می‌کند.

فرکانس و استراتژی‌های انطباقی برای بازرسی ترانسفورماتورها

فرکانس بازرسی‌های حرارتی ترانسفورماتورها به عوامل مختلفی مانند تغییرپذیری بار و شرایط محیطی بستگی دارد. ترانسفورماتورهای توزیع در مناطق شهری با بارهای متغیر ممکن است نیاز به بازرسی‌های ماهانه داشته باشند، در حالی که آنهایی که در مناطق روستایی قرار دارند ممکن است با بازرسی‌های سه‌ماهه کافی باشند. در مناطق گرم، فواصل بین بازرسی‌های حرارتی ترانسفورماتورها کوتاه‌تر می‌شوند تا اثرات تنش حرارتی را کاهش دهند. سیستم‌های مانیتورینگ پیشرفته اکنون بازرسی‌های حرارتی مداوم ترانسفورماتورها را از طریق سنسورهای جاسازی شده ممکن می‌سازند که داده‌های زنده از ترانسفورماتورها را به مراکز کنترل منتقل می‌کنند.

غلبه بر چالش‌های بازرسی ترانسفورماتورها

بازرسی‌های حرارتی ترانسفورماتورها با چالش‌هایی مواجه هستند. به طور قابل توجهی، مثبت‌های کاذب ممکن است به دلیل افزایش بار موقت در ترانسفورماتورها اتفاق بیفتند. برای کاهش این مسئله، فنی‌کاران داده‌های حرارتی را با پارامترهای الکتریکی مانند جریان بار ترانسفورماتورها همگام می‌کنند. علاوه بر این، دسترسی به اجزای دست‌نیافتنی، مانند پیچه‌های داخلی ترانسفورماتورها، نیاز به تخصص ویژه دارد. برخی بازرسی‌های ترانسفورماتورها نیاز به خالی کردن روغن دارند که موجب اعمال صریح پروتکل‌های ایمنی می‌شود. کالیبراسیون منظم سنسورهای حرارتی ترانسفورماتورها اطمینان از نتایج بازرسی دقیق را می‌دهد.

یکپارچه‌سازی بازرسی حرارتی با نگهداری ترانسفورماتورها

بازرسی‌های حرارتی ترانسفورماتورها به عنوان پلی بین جمع‌آوری داده و اقدامات نگهداری عمل می‌کنند. گزارش بازرسی جامع ترانسفورماتورها که نقاط داغ، عدم کارایی خنک‌سازی یا تخریب روغن ترانسفورماتورها را نشان می‌دهد، مداخلات فوری را هدایت می‌کند. به عنوان مثال، اگر بازرسی تصویربرداری حرارتی یک پره خنک‌سازی مسدود در یک ترانسفورماتور را نشان دهد، تمیز کردن یا جایگزینی آن اولویت می‌شود. با یکپارچه‌سازی بازرسی‌های حرارتی در برنامه‌های نگهداری پیشگیرانه ترانسفورماتورها، اپراتورها می‌توانند عمر مفید ترانسفورماتورها را افزایش داده و آسیب‌پذیری‌های شبکه را کاهش دهند.

آزمون عملکرد مکانیکی ترانسفورماتورهای توزیع

اهمیت غیرقابل جایگزین بازرسی مکانیکی ترانسفورماتورها

ترانسفورماتورهای توزیع در طول چرخه عمر خود با تنش‌های مکانیکی مواجه هستند. خطاهای الکتریکی می‌توانند نیروهای الکترومغناطیسی شدیدی ایجاد کنند که ممکن است پیچه‌های ترانسفورماتورها را تحریک کنند. علاوه بر این، فعالیت‌های لرزه‌ای یا رسیدگی نادرست در حین حمل و نقل ممکن است اجزای داخلی ترانسفورماتورها را آسیب ببیند. بازرسی‌های مکانیکی منظم، از جمله بازرسی‌های بصری تا آزمون‌های دینامیکی ترانسفورماتورها، برای شناسایی نقص‌های پنهان ضروری هستند. با شناسایی ضعف‌های مکانیکی در مرحله اولیه ترانسفورماتورها، اپراتورها می‌توانند از خرابی‌های ناگهانی که می‌توانند تأمین برق را مختل کرده و زیرساخت‌های کلی که بر این ترانسفورماتورها تکیه دارند را در معرض خطر قرار دهند، محافظت کنند.

اجزاء کلیدی آزمون مکانیکی ترانسفورماتورها

چندین آزمون اساسی برای بازرسی عملکرد مکانیکی ترانسفورماتورهای توزیع وجود دارد:

آزمون ضربه کوتاه‌مدار: این بازرسی شرایط خطا را شبیه‌سازی می‌کند تا توانایی ترانسفورماتورها در تحمل نیروهای الکترومغناطیسی را ارزیابی کند. انحرافات در امپدانس یا جابجایی پیچه‌ها در ترانسفورماتورها نشان‌دهنده تنش مکانیکی هستند که باعث می‌شود ساختارهای گیرنده و قاب‌های پشتیبانی در ترانسفورماتورها مورد بازرسی قرار گیرند.
بازرسی تحلیل ارتعاش: سنسورها برای مانیتورینگ ارتعاشات در طول عملکرد ترانسفورماتورها استفاده می‌شوند. فرکانس‌های غیرعادی که در ترانسفورماتورها شناسایی می‌شوند نشان‌دهنده مشکلاتی مانند اجزای آزاد، هسته‌های ناهماهنگ یا مراوح خنک‌سازی آسیب‌دیده هستند. این روش بازرسی غیرتهاجمی به فنی‌کاران اجازه می‌دهد تا مشکلات مکانیکی در ترانسفورماتورها را قبل از تشدید آنها شناسایی و اصلاح کنند.
آزمون ضربه مکانیکی: این آزمون در طول فرآیند تولید یا بعد از حمل و نقل ترانسفورماتورها اعمال می‌شود و توانایی ترانسفورماتورها در تحمل شوک‌ها را ارزیابی می‌کند. آزمون‌های سقوط یا شبیه‌سازی‌های لرزه‌ای آسیب‌پذیری‌هایی را در اجزایی مانند ظرف، بوشینگ‌ها یا اتصالات پایانه‌ای ترانسفورماتورها نشان می‌دهند و باعث می‌شود اتصالات بحرانی مورد بازرسی قرار گیرند.

پروتکل‌ها و استانداردهای بازرسی ترانسفورماتورها

استانداردهایی مانند IEEE C57.12.90 و IEC 61378 بازرسی‌های مکانیکی دقیق ترانسفورماتورها را الزامی می‌کنند. در طول آزمون، فنی‌کاران رویه‌های دقیق را دنبال می‌کنند. به عنوان مثال، آزمون‌های کوتاه‌مدار در ترانسفورماتورها نیاز به تزریق جریان کنترل شده در حالی که به صورت دقیق پاسخ‌های مکانیکی ترانسفورماتورها را مانیتور می‌کنند. مستندسازی دقیق هر بازرسی ترانسفورماتورها، از جمله پارامترهای آزمون، تغییرات مشاهده شده و پیشنهادات تعمیر، یک رکورد تاریخی برای تحلیل آینده ترانسفورماتورها ایجاد می‌کند.

فرکانس و تطبیق زمینه‌ای برای بازرسی ترانسفورماتورها

فرکانس بازرسی‌های مکانیکی ترانسفورماتورها بر اساس سناریوهای استفاده متفاوت است. ترانسفورماتورهای توزیع در مناطق پرخطر لرزه‌ای ممکن است بازرسی‌های ارتعاشی سه‌ماهه را تجربه کنند، در حالی که آنهایی که در محیط‌های پایدار قرار دارند ممکن است با بازرسی‌های سالانه کافی باشند. ترانسفورماتورهای نصب شده جدید اغلب بازرسی‌های فوری پس از حمل و نقل را برای تأیید تمامیت خود تجربه می‌کنند. سیستم‌های مانیتورینگ پیشرفته اکنون بازرسی‌های مکانیکی مداوم ترانسفورماتورها را از طریق سنسورهای کششی جاسازی شده و شتاب‌سنج‌ها ممکن می‌سازند.

غلبه بر چالش‌های بازرسی ترانسفورماتورها

بازرسی‌های مکانیکی ترانسفورماتورها با پیچیدگی‌های خاص خود مواجه هستند. شناسایی آسیب‌های داخلی بدون تجزیه ترانسفورماتورها یک موانع قابل توجه است. برخی بازرسی‌ها، مانند تست اولتراسونیک برای شناسایی شکاف‌های پنهان در ترانسفورماتورها، نیاز به تخصص ویژه دارد. علاوه بر این، تمایز بین سایش طبیعی و تخریب غیرطبیعی در ترانسفورماتورها نیاز به تجربه دارد. برای حل این چالش‌ها، فنی‌کاران روش‌های مختلف بازرسی را ترکیب می‌کنند، مانند تحلیل ارتعاش با بازرسی‌های بصری، و از داده‌های تاریخی برای تحلیل مقایسه‌ای ترانسفورماتورها استفاده می‌کنند.

یکپارچه‌سازی بازرسی مکانیکی با نگهداری ترانسفورماتورها

بازرسی‌های مکانیکی ترانسفورماتورها به عنوان پلی بین تشخیص و اقدام عمل می‌کنند. گزارش بازرسی جامع ترانسفورماتورها که مشکلاتی مانند پولک‌های آزاد، پیچه‌های تحریک شده یا پشتیبانی‌های ضعیف را نشان می‌دهد، تعمیرات یا جایگزینی اجزا را می‌طلبد. به عنوان مثال، اگر بازرسی ارتعاشی یک هسته ناهماهنگ در یک ترانسفورماتور را نشان دهد، هماهنگی مجدد و بستن مجدد اولویت می‌شود. با یکپارچه‌سازی بازرسی‌های مکانیکی در برنامه‌های نگهداری پیشگیرانه ترانسفورماتورها، اپراتورها می‌توانند عمر مفید ترانسفورماتورها را افزایش داده و استحکام شبکه را تقویت کنند.

جلوگیری از قطع خدمت در ترانسفورماتورهای توزیع

چگونه ترانسفورماتورها، دومین‌ها و فیوزها عمل می‌کنند

ترانسفورماتورهای توزیع ولتاژ را از ولتاژ توزیع یا فیدر اصلی به ولتاژ استفاده کاهش می‌دهند. آنها به فیدر اصلی، فیدرهای فرعی و جانبی از طریق فیوزهای اصلی یا قطعکننده‌های فیوزی متصل می‌شوند. فیوز اصلی ترانسفورماتور توزیع خود را از فیدر اصلی جدا می‌کند وقتی خطا در ترانسفورماتور یا خطا با امپدانس کم در مدار دومینی رخ می‌دهد. قطعکننده‌های فیوزی که معمولاً بسته هستند، وسیله‌ای مناسب برای جدا کردن ترانسفورماتورهای توزیع کوچک برای بازرسی و نگهداری فراهم می‌کنند.

محافظت از بار متجاوز ترانسفورماتور توزیع تنها با یک فیوز اصلی قابل انجام نیست. این به دلیل تفاوت در شکل منحنی جریان-زمان آن و منحنی جریان-زمان ایمن ترانسفورماتور توزیع است. اگر فیوز کوچکی برای ارائه محافظت کامل از بار متجاوز برای ترانسفورماتور استفاده شود، بخش قابل توجهی از ظرفیت بار متجاوز مفید ترانسفورماتور از دست می‌رود زیرا فیوز به زودی می‌سوزد. چنین فیوز کوچکی همچنین معمولاً به دلیل جریان‌های تیز ناخواسته می‌سوزد. بنابراین، فیوز اصلی باید بر اساس ارائه محافظت از کوتاه‌مدار فقط انتخاب شود، با جریان مینیمم می‌سوزند که معمولاً بیش از 200٪ جریان کامل ترانسفورماتور مرتبط است.

ترانسفورماتورهای توزیع متصل به فیدرهای سیم‌پیچی هوایی غالباً با اختلالات شدید صاعقه مواجه می‌شوند. برای کاهش تخریب عایق و خرابی ترانسفورماتورها از صاعقه، معمولاً از آرام‌سازهای صاعقه با این ترانسفورماتورها استفاده می‌شود.

سیم‌های دومین ترانسفورماتور توزیع معمولاً به صورت محکم به مدارهای دومینی رادیال متصل می‌شوند که از آن خدمات مصرف‌کننده تکه‌تکه می‌شوند. این بدان معناست که ترانسفورماتور محافظتی علیه بار متجاوز و خطاها با امپدانس بالا در مدارهای دومینی خود ندارد. تعداد کمی از ترانسفورماتورهای توزیع به دلیل بار متجاوز سوخته می‌شوند، عمدتاً به دلیل اینکه آنها معمولاً به ظرفیت بار متجاوز خود به طور کامل استفاده نمی‌کنند. عامل دیگری که به تعداد کم خرابی‌های مرتبط با بار متجاوز کم کمک می‌کند، انجام چک‌های بار مکرر و اقدامات اصلاحی قبل از وقوع بار متجاوز خطرناک است. با این حال، خطاها با امپدانس بالا در مدارهای دومینی ممکن است بیشتر از بار متجاوز خرابی‌های ترانسفورماتورهای توزیع را ایجاد کنند، به ویژه در مناطقی با شرایط درختی ضعیف.

فیوزها در سیم‌های دومین ترانسفورماتورهای توزیع تقریباً به اندازه فیوزهای اصلی در جلوگیری از سوختن ترانسفورماتورها موثر نیستند، به دلایل مشابه. روش صحیح برای به دست آوردن محافظت رضایت‌بخش برای یک ترانسفورماتور توزیع علیه بار متجاوز و خطاها با امپدانس بالا نصب یک برش‌کننده مدار در سیم‌های دومین ترانسفورماتور است. منحنی خرابی این برش‌کننده باید به درستی با منحنی جریان-زمان ایمن ترانسفورماتور هماهنگ شود. فیوز اصلی نیز باید با برش‌کننده دومین هماهنگ شود تا برش‌کننده قبل از آسیب دیدن فیوز بر هر جریانی که می‌تواند از آن عبور کند خراب شود.

خطاها در اتصال خدمت مصرف‌کننده از مدار دومینی به کلید خدمت بسیار نادر هستند. بنابراین، استفاده از یک فیوز دومینی در نقطه‌ای که اتصال خدمت به مدار دومینی متصل می‌شود از نظر اقتصادی توجیه نمی‌شود، به جز در موارد خاص مانند خدمات بزرگ از دومینی‌های زیرزمینی.