Termalna i mehanička ispitivanja distribucijskih transformatora: Osiguravanje pouzdanosti i dugovečnosti

Uvod

U složenom okruženju distribucije struje, distribucijski transformatori igraju ključnu ulogu. Ovi transformatori su zaduženi za snižavanje napona s primarnih nivoa distribucije na odgovarajuće napone za krajnje korisnike. Njihovo ispravno funkcioniranje je ključno za održavanje stabilne i učinkovite mreže. Ovaj članak detaljno proučava dva bitna aspekta procjene distribucijskih transformatora: termalne probne testove i mehaničke probne testove, te također istražuje kako sprečiti prekide usluge i upravljati varijacijama napona.

Termalni probni testovi distribucijskih transformatora

Važnost termalne inspekcije

Distribucijski transformatori generiraju toplinu tijekom rada. Toplina se uglavnom stvara zbog gubitaka u vijcima i magnetizacijskih gubitaka u jezgru ovih transformatora. Nekontrolirano nagomilanje topline u transformatorima može dovesti do degradacije izolacije, ubrzati proces starjenja transformatora i predstavljati značajan rizik od katastrofalanih propada. Stoga su redoviti termalni pregledi transformatora izuzetno važni. Ovi pregledi, koji uključuju nadzor temperature i otkrivanje točaka visoke temperature u transformatorima, djeluju kao rani alarmni sustavi. Brzo identificiranje termalnih anomalija u transformatorima omogućuje tehničarima da spriječe propade i osigura neprekidnu dostavu struje kroz distribucijsku mrežu.

Ključni komponenti termalnih testova za transformatore

Niz testova čini temelj termalnih inspekcija distribucijskih transformatora:

• Test porasta temperature: Ovaj fundamentalni pregled transformatora mjeri porast temperature u vijcima i ulja transformatora pod nominalnim opterećenjem. Odstupanja od utvrđenih standarda u transformatorima signaliziraju potencijalne probleme poput neefikasne hlađenja ili problema s internim otporom. Takva otkrića potiču bliži pregled komponenti poput hladnjaka, lamela ili razina hladila u transformatorima.

• Termalna slikarska inspekcija: Infracrvene kamere koriste se u ovoj neinvazivnoj inspekciji transformatora. One mapiraju površinske temperature transformatora, ističući skrivene točke visoke temperature, koje mogu biti posljedica luhavih spojeva ili blokiranih kanala unutar transformatora. To omogućuje ciljanu popravku transformatora prije pojavljivanja oštećenja izolacije.

• Analiza temperature ulja: Uzorkovanje i testiranje viskoznosti i sadržaja kiselina u ulju transformatora daje uvid u nivoi termalnog stresa koji transformatori ispuštaju. Povišena kiselost ulja u transformatorima indicira prekomjerno zagrijavanje, što pokreće inspekciju izvora toplinske energije i hladnog sustava unutar transformatora.

Protokoli i standardi inspekcije transformatora

Standardi poput IEEE C57.12.90 i IEC 60076 propisuju sistematske termalne inspekcije transformatora. Tijekom testiranja, tehničari simuliraju uvjete punog opterećenja na transformatorima dok pažljivo nadgledaju gradijente temperature. Na primjer, test porasta temperature na transformatorima zahtijeva stabilizaciju transformatora nekoliko sati prije snimanja čitanja. Detaljna dokumentacija svake inspekcije transformatora, uključujući ambijentalne uvjete, trajanje testa i termalne profile, omogućuje analizu trendova transformatora tijekom vremena.

Učestalost i prilagodljive strategije za inspekciju transformatora

Učestalost termalnih inspekcija transformatora ovisi o raznim faktorima poput varijabilnosti opterećenja i ambijentalnih uvjeta. Distribucijski transformatori u urbanim područjima s fluktuirajućim opterećenjima mogu zahtijevati mjesečne inspekcije, dok oni u ruralnim područjima mogu dovoljno provesti kvartalne pregledi. U toplim klimama, intervali između termalnih inspekcija transformatora su skraćeni kako bi se suprotstavili efektima toplinskog stresa. Napredni sistemi nadzora sada omogućuju kontinuirane termalne inspekcije transformatora putem ugrađenih senzora, koji prenose podatke u stvarnom vremenu iz transformatora u kontrolne centrale.

Pobjeda nad izazovima u inspekciji transformatora

Termalne inspekcije transformatora suočavaju se s određenim izazovima. Posebno, lažno pozitivni rezultati mogu nastati zbog privremenih špicova opterećenja na transformatorima. Da bi se to smanjilo, tehničari koreliraju termalne podatke s električkim parametrima, poput struja opterećenja na transformatorima. Također, pristupanje teško dostupnim komponentama, poput internih vijcima u transformatorima, zahtijeva specijalizirano znanje. Neki pregledi transformatora zahtijevaju ispraznjenje ulja, što zahtijeva strogu primjenu metodičkih sigurnosnih protokola. Redovita kalibracija termalnih senzora u transformatorima osigurava točne rezultate inspekcije.

Integracija termalne inspekcije s održavanjem transformatora

Termalne inspekcije transformatora služe kao most između prikupljanja podataka i akcija održavanja. Kompletni izvještaj o inspekciji transformatora, koji označava točke visoke temperature, neefikasnosti hlađenja ili degradaciju ulja, upućuje na odmah intervenzije. Na primjer, ako termalna slikarska inspekcija otkrije blokirani hladni lamel na transformatoru, čišćenje ili zamjena postaje prioritet. Uključivanjem termalnih inspekcija u proaktivne planove održavanja transformatora, operatori mogu produžiti vijek trajanja transformatora i smanjiti ranjivosti mreže.

Mehanički probni testovi distribucijskih transformatora

Nezaobilaznost mehaničke inspekcije transformatora

Distribucijski transformatori izloženi su mehaničkim stresovima tijekom cijelog životnog vijeka. Električne greške mogu generirati intenzivne elektromagnetske sile koje mogu deformirati vijce transformatora. Također, seizmička aktivnost ili grubo rukovanje tijekom transporta može oštetiti interne komponente transformatora. Redoviti mehanički pregledi, od vizualnih pregleda do dinamičkog testiranja transformatora, su neophodni za otkrivanje skrivenih nedostataka. Rano otkrivanje mehaničkih slaboća u transformatorima omogućuje operatorima da zaštite od iznenadnih propada koji bi mogli prekidati dostavu struje i opasno utjecati na ukupnu infrastrukturu koja ovisi o tim transformatorima.

Glavni mehanički testni komponenti za transformatore

Niz testova je integralan dio mehaničkih inspekcija performansi distribucijskih transformatora:

• Test impulsa kratkog spoja: Ova inspekcija simulira uvjete greške kako bi se procijenila sposobnost transformatora da izdrži elektromagnetske sile. Odstupanja u impedanciji ili pomak vijca u transformatoru signaliziraju mehanički stres, što dovodi do inspekcije zaklopaca i nosača unutar transformatora.

• Inspekcija analize vibracija: Senzori se koriste za nadzor vibracija tijekom rada transformatora. Abnormalne frekvencije otkrivene na transformatoru indiciraju probleme poput luhavih dijelova, neskladnih jezgra ili oštećenih hladnjaka. Ova neinvazivna metoda inspekcije pomaže tehničarima da precizno odrede i isprave mehaničke probleme u transformatoru prije nego što se eskaliraju.

• Test mehaničkog udara: Primjenjuje se tijekom proizvodnog procesa ili nakon transporta transformatora, ovaj test procjenjuje izdržljivost transformatora na udare. Testovi pada ili seizmičke simulacije otkrivaju ranjivosti u komponentama poput rezervoara, izlaza ili terminalnih spojeva transformatora, što pokreće inspekciju ključnih spojeva.

Protokoli i standardi inspekcije transformatora

Standardi poput IEEE C57.12.90 i IEC 61378 propisuju rigorozne mehaničke inspekcije transformatora. Tijekom testiranja, tehničari slijede precizne procedure. Na primjer, testovi kratkog spoja na transformatorima zahtijevaju kontrolirano ubrizgavanje struje dok pažljivo nadgledaju mehaničke reakcije transformatora. Detaljna dokumentacija svake inspekcije transformatora, uključujući testne parametre, promatrane deformacije i preporuke za popravke, gradi povijesni zapis za buduću analizu transformatora.

Učestalost i kontekstualna prilagodba za inspekciju transformatora

Učestalost mehaničkih inspekcija transformatora varira ovisno o scenarijima upotrebe. Distribucijski transformatori u regijama podložnim seizmima mogu proći kvartalne inspekcije vibracija, dok oni u stabilnim okruženjima mogu dovoljno provesti godišnje pregledi. Novo instalirani transformatori često dobivaju odmah post-transportne inspekcije kako bi se verificirala njihova integritet. Napredni sistemi nadzora sada omogućuju kontinuirane mehaničke inspekcije transformatora putem ugrađenih tenzometara i akcelerometara.

Pobjeda nad izazovima u inspekciji transformatora

Mehaničke inspekcije transformatora dolaze s vlastitim kompleksnostima. Otkrivanje unutarnjeg oštećenja bez demontiranja transformatora predstavlja značajan prepreku. Neki pregledi, poput ultrazvučnog testiranja za skrivene pukotine u transformatoru, zahtijevaju specijalizirano znanje. Također, razlikovanje normalnog trošenja od abnormalne degradacije u transformatoru zahtijeva iskustvo. Da bi se ti izazovi obradili, tehničari kombiniraju više metoda inspekcije, poput analize vibracija s vizualnim pregledima, i koriste povijesne podatke za usporedne procjene transformatora.

Integracija mehaničke inspekcije s održavanjem transformatora

Mehaničke inspekcije transformatora služe kao ključni veznik između dijagnoze i akcije. Kompletni izvještaj o inspekciji transformatora, koji označava probleme poput luhavih vijaka, deformiranih vijaca ili kompromitiranih nosača, diktiše urgente popravke ili zamjene komponenti. Na primjer, ako inspekcija vibracija otkrije neskladno jezgro u transformatoru, realigniranje i ponovno zategivanje postaju najprije. Uključivanjem mehaničkih inspekcija u proaktivne planove održavanja transformatora, operatori mogu produžiti vijek trajanja transformatora i ojačati izdržljivost mreže.

Sprečavanje prekida usluge u distribucijskim transformatorima

Kako funkcionišu transformatori, sekundarni krugovi i fuzi

Distribucijski transformatori snižavaju napon s nivoa distribucije ili primarnog feeder-a na napon za korištenje. Povezani su s primarnim feeder-om, sub-feeder-ima i laterali putem primarnih fuzi ili fuzi s odskakanjem. Primarni fuz odspaja svoj asocijirani distribucijski transformator od primarnog feeder-a kada se pojavi greška na transformatoru ili niskoimpedansna greška na sekundarnom krugu. Fuzi s odskakanjem, koji su obično zatvoreni, pružaju praktičan način odspajanja manjih distribucijskih transformatora za inspekciju i održavanje.

Zadovoljavajuća zaštita pretjeranog opterećenja distribucijskog transformatora ne može se postići samo primarnim fuzom. To je zbog razlike u obliku njegovog strujno-vremenskog krivulja i sigurnosnom strujno-vremenskom krivulji distribucijskog transformatora. Ako se koristi dovoljno mali fuz za potpunu zaštitu transformatora od pretjeranog opterećenja, veći dio vrijednog kapaciteta transformatora za pretjerano opterećenje gubi se jer fuz prekasni. Također, takav mali fuz često neophodno prekasni na strujnim valovima. Stoga, primarni fuz treba odabrati na osnovu pružanja zaštite od kratkog spoja, s njegovom minimalnom strujom prekasivanja obično prelazi 200% punog strujnog opterećenja njegovog asocijiranog transformatora.

Distribucijski transformatori povezani s nadzemnim otvorenim žičanim feeder-ima često su izloženi teškim bujkama. Da bi se smanjila raspad izolacije i propadi transformatora od bujki, često se koriste zaštite od bujki sa ovim transformatorima.

Sekundarni vodiči distribucijskog transformatora obično su čvrsto povezani s radijalnim sekundarnim krugovima, s kojih se uzimaju usluge korisnika. To znači da transformator nema zaštitu od pretjeranog opterećenja i visokoimpedansnih grešaka na njegovim sekundarnim krugovima. Relativno malo distribucijskih transformatora gori od pretjeranog opterećenja, uglavnom jer se često ne iskoriste do svog maksimalnog kapaciteta. Drugi faktor koji doprinosi niskom broju propada zbog pretjeranog opterećenja su česti pregledi opterećenja i korektivne mjere pre nego što se dogodi opasno pretjerano opterećenje. Međutim, visokoimpedansne greške na sekundarnim krugovima vjerojatno uzrokuju više propada distribucijskih transformatora od pretjeranog opterećenja, posebno u područjima s lošim stanjem drveća.

Fuzi u sekundarnim vodičima distribucijskih transformatora su malo učinkovitiji u sprječavanju propada transformatora od primarnih fuzi, iz sličnih razloga. Pravilan način da se postigne zadovoljavajuća zaštita distribucijskog transformatora od pretjeranog opterećenja i visokoimpedansnih grešaka jest instalacija automatskog prekidača u sekundarnim vodičima transformatora. Strujno-vremenska krivulja ovog automatskog prekidača mora biti pravilno koordinirana s sigurnosnom strujno-vremenskom krivuljom transformatora. Primarni fuz mora također biti koordiniran s sekundarnim prekidačem kako bi prekidač prekasao na bilo kojoj strujnoj vrijednosti koja može proći kroz njega prije nego što fuz dozna oštećenje.

Greške na usluzi korisnika od sekundarnog kruga do prekidača usluge su izuzetno rijetke. Stoga, upotreba sekundarnog fuzi na točki gdje se usluga korisnika spaja na sekundarni krug nije ekonomski opravdana, osim u neobičnim slučajevima, poput velikih usluga s podzemnih sekundarnih krugova.

Razmatranja varijacija napona

Pretpostavljajući maksimalnu varijaciju napona od oko 10% na bilo kojem prekidaču usluge korisnika, podjela ove padnje između različitih dijelova sustava, pod punim opterećenjem, može biti približno sljedeća:

• 2% varijacije napona na primarnom feeder-u između prvog i posljednjeg transformatora

• 2,5% varijacije napona u distribucijskom transformatoru

• 3% varijacije napona u sekundarnom krugu

• 0,5% varijacije napona u usluzi korisnika

Činjenica da se napon na primarnoj strani prvog distribucijskog transformatora obično ne može točno održavati objašnjava ostalih 2%.

Ovi podaci su tipični za nadzemne sustave koji opskrbljuju stanovniške teritorije. Međutim, mogu se očekivati značajne razlike u podzemnim sustavima gdje se koriste kabelske mreže i veliki distribucijski transformatori, ili kada se opskrbljuju industrijski i trgovinski teritoriji.

Ekonomski veličina distribucijskog transformatora i kombinacija sekundarnog kruga za bilo koju uniformnu gustoću opterećenja i vrstu konstrukcije, na specifičnim tržišnim cijenama, može se lako odrediti kada se utvrdi ukupna dopuštena padnja napona u ta dva dijela sustava. Ako je transformator prevelik, trošak sekundarnog kruga i ukupni trošak bit će previsoki. S druge strane, ako je transformator premalen, trošak transformatora i ukupni trošak bit će previsoki.

Rukovanje promjenama opterećenja u transformatorima

Kao i u bilo kojem drugom dijelu distribucijskog sustava, promjene ili rast opterećenja moraju se razmatrati i planirati u distribucijskim transformatorima i sekundarnim krugovima. Distribucijski transformatori i sekundarni krugovi nisu instalirani samo kako bi opsluživali postojeće opterećenje na vrijeme instalacije, već i kako bi smjestili neka buduća opterećenja. Međutim, nije ekonomski isplativo previše računati na rast.

Kada distribucijski transformator postane opasno pretjerano opterećen, može se zamijeniti s jednim većeg formata ako kapacitet prenosa struje sekundarnog kruga i ukupna regulacija napona to dopuštaju. Ako ne, može se instalirati još jedan transformator otprilike iste veličine između pretjerano opterećenog transformatora i susjednog. To uključuje uklanjanje opterećenja s pretjerano opterećenog transformatora tako što se dio njegovog sekundarnog kruga i pridruženo opterećenje povezuju na novi transformator. Time se također smanjuje opterećenje sekundarnog kruga pretjerano opterećenog transformatora i poboljšava ukupna regulacija napona. U područjima s relativno uniformnim opterećenjem, transformatori bi se mogli brzo instalirati na obje strane pretjerano opterećenog transformatora kako bi se održavale zadovoljavajuće uvjeti napona i sprečio preopterećenje dijelova sekundarnog kruga. Isti rezultat može se postići i instaliranjem jednog novog transformatora i prebacivanjem pretjerano opterećenog transformatora tako da opskrbljuje sredinu njegovog skraćenog sekundarnog kruga.

Bankiranje transformatora za poboljšanje usluge

Sa distribucijskim transformatorima i sekundarnim krugovima raspoređenim kao u tipičnoj radijalnoj konfiguraciji, svaki opterećenje se opskrbljuje samo kroz jedan transformator i samo u jednom smjeru preko sekundarnog kruga. Zbog toga, naglo primijenjeno opterećenje, poput pokretanja motora, na usluzi korisnika može uzrokovati neprijatan treper osvjetljenja na drugim uslugama korisnika opskrbljenim s istog transformatora. Povećana upotreba aparata pogonjenih motorima u stanovniškim područjima rezultira značajnim brojem prigovora zbog trepera svjetla. U nekim područjima, treper svjetla, umjesto regulacije napona, može biti određujući faktor u veličini i rasporedu transformatora i sekundarnih krugova.

Bankiranje distribucijskih transformatora obično je najbolji i najekonomičniji način poboljšanja ili eliminacije trepera svjetla. Bankiranje transformatora znači paralelno povezivanje na sekundarnoj strani nekoliko transformatora sve povezanih na isti primarni krug. Sekundarni krug u bankiranom rasporedu transformatora može imati različite forme, poput petlji ili mreža sličnih onima koje se koriste u sekundarnom mrežnom sustavu. Međutim, bankirani transformatori, budući da su povezani i opskrbljeni preko jednog radijalnog primarnog feeder-a, predstavljaju oblik radijalnog distribucijskog sustava, različit od sekundarnog mrežnog kruga ili mreže koji su opskrbljeni preko dvije ili više primarnih feeder-a i nude mnogo veću pouzdanost usluge.

Prelaz s običnog radijalnog rasporeda sekundarnog kruga na bankirani raspored transformatora može se obično jednostavno i jeftino izvršiti zatvaranjem razmaka između radijalnih sekundarnih krugova nekoliko transformatora povezanih s istim primarnim feeder-om i instalacijom odgovarajućih primarnih i sekundarnih fuzi.

Zaštita u bankiranju transformatora

Dva glavna oblika zaštite su se koristili kada se bankiraju distribucijski transformatori. Prvi raspored, koji je vjerojatno najstariji i najčešći, uključuje povezivanje distribuci