Termisk och mekanisk prestandatestning av distributionstransformatorer: Att säkerställa tillförlitlighet och livslängd

Introduktion

I det komplexa landskapet för eldistribution spelar distributionsomvandlare en viktig roll. Dessa omvandlare har uppgiften att sänka spänningen från primära distributionsnivåer till lämplig användningsspänning för slutanvändare. Deras korrekta fungerande är avgörande för att underhålla ett stabilt och effektivt elkraftnät. Denna artikel går in på två viktiga aspekter av utvärdering av distributionsomvandlare: termiska prestandatest och mekaniska prestandatest, samtidigt som den utforskar hur man kan förhindra driftstörningar och hantera spänningsvariationer.

Termiska prestandatester för distributionsomvandlare

Betydelsen av termisk inspektion

Distributionsomvandlare genererar värme under drift. Värme uppstår huvudsakligen på grund av vindningsförluster och kärnhysteres i dessa omvandlare. Okontrollerad värmeackumulering i omvandlarna kan leda till nedbrytning av isolering, accelerera åldringen av omvandlarna och utgöra ett betydande hot om katastrofala fel. Regelbundna termiska inspektioner av omvandlarna är därför av yttersta vikt. Dessa inspektioner, som inkluderar temperaturövervakning och heta punktsdetektering i omvandlarna, fungerar som tidiga varningssystem. Genom att snabbt identifiera termiska anomalier i omvandlarna kan tekniker förebygga avbrott och säkerställa oavbruten elförsörjning genom distributionsnätet.

Viktiga termiska testkomponenter för omvandlare

Flera tester utgör grunden för termiska prestandainspektioner av distributionsomvandlare:

• Temperaturökningstest: Detta grundläggande test för omvandlare mäter temperaturökningen i vindningarna och oljan i omvandlarna under nominell last. Avvikelser från de fastställda standarderna i omvandlarna signalerar potentiella problem som ineffektiv kylning eller interna resistansproblem. Sådana fynd väcker en närmare inspektion av komponenter som kylningsfläktar, fjädrar eller kylmedelsnivåer i omvandlarna.

• Termografisk inspektion: Infraröda kameror används i denna icke-invasiva inspektionsmetod för omvandlare. De kartlägger ytteperaturen hos omvandlarna, belyser dolda heta punkter, vilket kan bero på lösa anslutningar eller blockerade rör i omvandlarna. Detta möjliggör målinriktade reparationer av omvandlare innan isoleringsbeskädning inträffar.

• Oljetemperaturanalys: Provering och test av omvandlarens oljas viskositet och syreinnehåll ger insikter i den termiska belastningen som omvandlarna utsätts för. Förhöjd syrehalt i oljan i omvandlarna indikerar övermåttlig uppvärmning, vilket utlöser en inspektion av värmequällena och kylmekanismerna i omvandlarna.

Inspektionsspecifikationer och standarder för omvandlare

Standarder som IEEE C57.12.90 och IEC 60076 kräver systematiska termiska inspektioner av omvandlare. Under testning simulerar tekniker fullbelastning på omvandlarna medan de noga övervakar temperaturgrader. Till exempel kräver en temperaturökningstestning av omvandlare stabilisering av omvandlarna i flera timmar innan mätvärden tas. Detaljerad dokumentation av varje inspektion av omvandlare, inklusive omgivningsförhållanden, testvaraktighet och termiska profiler, underlättar trendanalys av omvandlare över tid.

Frekvens och adaptiva strategier för omvandlarinspektioner

Frekvensen av termiska inspektioner av omvandlare beror på olika faktorer som belastningsvarianter och miljöförhållanden. Distributionsomvandlare i urbana områden med fluktuerande belastningar kan kräva månadliga inspektioner, medan de i landsbygdsområden kan klara sig med kvartalsvisa kontroller. I varma klimat förkortas intervallen mellan termiska inspektioner av omvandlare för att motverka effekterna av värmebelastning. Avancerade övervakningssystem möjliggör nu kontinuerliga termiska inspektioner av omvandlare via inbäddade sensorer, vilka skickar realtidsdata från omvandlarna till kontrollcentraler.

Övervinna inspektionsutmaningar i omvandlare

Termiska inspektioner av omvandlare står inför vissa utmaningar. Notabelt är att falska positiva resultat kan uppstå på grund av tillfälliga belastningsspikes i omvandlare. För att mildra detta korrelerar tekniker termiska data med elektriska parametrar, såsom belastningsströmmar i omvandlare. Dessutom kräver tillgång till svårtillgängliga komponenter, som interna vindningar i omvandlare, specialiserad expertis. Vissa inspektioner av omvandlare kräver oljedragning, vilket kräver strikt följsamhet till noggranna säkerhetsprotokoll. Regelbunden kalibrering av termiska sensorer i omvandlare säkerställer korrekta inspektionssvar.

Integration av termisk inspektion med omvandlarunderhåll

Termiska inspektioner av omvandlare fungerar som en bro mellan datainsamling och underhållsåtgärder. En omfattande inspektion rapport av omvandlare, som markerar heta punkter, kylningseffektivitetsproblem eller oljeförändringar i omvandlare, guider omedelbara ingripanden. Till exempel, om en termografisk inspektion avslöjar en blockerad kylningsfjäder i en omvandlare blir rengöring eller ersättning en prioritet. Genom att integrera termiska inspektioner i de preventiva underhållsschemana för omvandlare kan operatörer förlänga livslängden på omvandlarna och minska nätets sårbarheter.

Mekaniska prestandatester för distributionsomvandlare

Ombudsligheten av mekanisk inspektion för omvandlare

Distributionsomvandlare utsätts för mekaniska belastningar under hela sin livscykel. Elektriska fel kan generera intensiva elektromagnetiska krafter som kan deformera vindningarna i omvandlarna. Dessutom kan seismisk aktivitet eller grov hantering under transport skada interna komponenter i omvandlarna. Regelbundna mekaniska inspektioner, som sträcker sig från visuella kontroller till dynamiska tester av omvandlarna, är nödvändiga för att upptäcka dolda defekter. Genom att identifiera mekaniska svagheter tidigt i omvandlarna kan operatörer skydda mot plötsliga avbrott som skulle kunna störa elförsörjningen och hota den övergripande infrastrukturen som är beroende av dessa omvandlare.

Kärnmekaniska testkomponenter för omvandlare

Flera tester är centrala för mekaniska prestandainspektioner av distributionsomvandlare:

• Kortslingstest: Denna inspektion simulerar felförhållanden för att utvärdera omvandlarnas förmåga att tåla elektromagnetiska krafter. Avvikelser i impedans eller vindningsförskjutning i omvandlarna signalerar mekanisk stress, vilket utlöser en inspektion av klampningsstrukturer och stödfjädrar inuti omvandlarna.

• Vibrationanalyssinspektion: Sensorer används för att övervaka vibrationer under drift av omvandlarna. Ovanliga frekvenser upptäckta i omvandlarna indikerar problem som lösa delar, missplacerade kärnor eller skadade kylningsfläktar. Denna icke-invasiva inspektionsmetod hjälper tekniker att lokalisera och rätta till mekaniska problem i omvandlarna innan de eskalerar.

• Mekaniskt påverkanstest: Använts under tillverkningsprocessen eller efter transport av omvandlarna, utvärderar detta test omvandlarnas motståndskraft mot chocker. Dropptest eller seismiska simuleringar avslöjar sårbarheter i komponenter som tank, bushings eller terminalanslutningar i omvandlarna, vilket utlöser inspektioner av kritiska fogar.

Inspektionsspecifikationer och standarder för omvandlare

Standarder som IEEE C57.12.90 och IEC 61378 kräver noggranna mekaniska inspektioner av omvandlare. Under testning följer tekniker exakta procedurer. Till exempel kräver kortslutstester av omvandlare kontrollerade ströminkopplingar medan man noga övervakar de mekaniska responsen hos omvandlarna. Detaljerad dokumentation av varje inspektion av omvandlarna, inklusive testparametrar, observerade deformationer och reparationsslag, bygger en historisk post för framtida analys av omvandlarna.

Frekvens och kontextuell anpassning för omvandlarinspektioner

Frekvensen av mekaniska inspektioner av omvandlare varierar beroende på användningsscenarier. Distributionsomvandlare i jordbävningsprone regioner kan genomgå kvartalsvisa vibrationsinspektioner, medan de i stabila miljöer kan klara sig med årliga kontroller. Nya installerade omvandlare får ofta omedelbara post-transportinspektioner för att verifiera deras integritet. Avancerade övervakningssystem möjliggör nu kontinuerliga mekaniska inspektioner av omvandlare via inbäddade deformationsmätare och accelerometer.

Övervinna inspektionsutmaningar i omvandlare

Mekaniska inspektioner av omvandlare har sina egna komplexiteter. Att upptäcka interna skador utan att demontera omvandlarna är en betydande hinder. Vissa inspektioner, som ultraljudstest för dolda sprickor i omvandlarna, kräver specialiserad expertis. Dessutom kräver det erfarenhet att skilja normal slitning från ovanlig degradation i omvandlarna. För att bemöta dessa utmaningar kombinerar tekniker flera inspektionsmetoder, som vibrationsanalys med visuella kontroller, och använder historiska data för jämförande bedömningar av omvandlarna.

Integration av mekanisk inspektion med omvandlarunderhåll

Mekaniska inspektioner av omvandlare fungerar som en viktig länk mellan diagnos och handling. En omfattande inspektion rapport av omvandlarna, som markerar problem som lösa muttrar, deformerede vindningar eller äventyrade stöd, dikterar brådskande reparationer eller komponenters ersättning. Till exempel, om en vibrationsinspektion avslöjar en missplacerad kärna i en omvandlare, blir justering och återfastning toppprioriteter. Genom att integrera mekaniska inspektioner i de preventiva underhållsschemana för omvandlarna, kan operatörer förlänga livslängden på omvandlarna och förstärka nätets motståndskraft.

Förhindra avbrott i service för distributionsomvandlare

Hur omvandlare, sekundära och sikringar fungerar

Distributionsomvandlare sänker spänningen från distributions- eller primärmatningsnivåer till utnyttjandesspänningen. De är anslutna till primärmatningen, sub-matningar och grenar genom primära sikringar eller sikringskopplare. Den primära sikringen kopplar bort den associerade distributionsomvandlaren från den primära matningen när ett omvandlarsfel eller lågimpedanssekundärcirkuitfel inträffar. Sikringskopplare, som normalt är stängda, ger ett bekvämt sätt att koppla bort små distributionsomvandlare för inspektion och underhåll.

Tillfredsställande överbelastningskydd för en distributionsomvandlare kan inte uppnås med en enda primär sikring. Detta beror på skillnaden i formen av dess ström-tidkurva och den säkra ström-tidkurvan för en distributionsomvandlare. Om en tillräckligt liten sikring används för att erbjuda komplett överbelastningskydd för omvandlaren, förloras mycket av den värdefulla överbelastningskapaciteten för omvandlaren eftersom sikringen brister för tidigt. En sådan liten sikring brister också ofta onödigt vid strömpådrag. Därför bör en primär sikring väljas baserat på att endast ge kortslutsskydd, med dess minsta släckström vanligtvis överstiger 200% av den fulla belastningsströmmen för den associerade omvandlaren.

Distributionsomvandlare anslutna till öppenvirade luftledningsmatningar utsätts ofta för allvarliga blixtstörningar. För att minimera isoleringsnedbrytning och omvandlarfel från blixt, används vanligtvis blixtskydd med dessa omvandlare.

Sekundära ledningar från en distributionsomvandlare är vanligtvis solidt anslutna till radiale sekundärcirkuit, från vilka konsumenttjänster hämtas. Detta innebär att omvandlaren saknar skydd mot överbelastningar och högimpedansfel i dess sekundärcirkuit. Relativt få distributionsomvandlare brinner upp av överbelastningar, huvudsakligen eftersom de ofta inte fullt utnyttjas till sin överbelastningskapacitet. Ett annat faktor som bidrar till det låga antalet överbelastningsrelaterade fel är de frekventa belastningskontroller och korrektiva åtgärder som vidtas innan farliga överbelastningar inträffar. Men högimpedansfel i deras sekundärcirkuit orsakar sannolikt fler distributionsomvandlarefel än överbelastningar, särskilt i områden med dåliga trädvillkor.

Sikringar i de sekundära ledningarna av distributionsomvandlare är lite mer effektiva i att förhindra omvandlarbrinnor än primära sikringar, av liknande skäl. Det korrekta sättet att erhålla tillfredsställande skydd för en distributionsomvandlare mot överbelastningar och högimpedansfel är att installera en strömbrytare i de sekundära ledningarna av omvandlaren. Strömbrytarens trippningskurva måste vara korrekt koordinerad med den säkra ström-tidkurvan för omvandlaren. Den primära sikringen måste också koordineras med den sekundära strömbrytaren så att strömbrytaren trippar på alla strömmar som kan passera genom den innan sikringen skadas.

Fel på en konsuments tjänstanslutning från sekundärcirkuiten till tjänstebrytaren är extremt sällsynta. Därför är användningen av en sekundär sikring vid punkten där tjänstanslutningen kopplar in på sekundärcirkuiten inte ekonomiskt rimlig, förutom i ovanliga fall som stora anslutningar från underjordiska sekundära.

Överväganden angående spänningsvariationer

Under antagandet om en maximal spänningsvariation på cirka 10% vid någon konsuments tjänstebrytare, kan fördelningen av denna fall mellan de olika delarna av systemet, vid full belastning, ungefär vara följande:

• 2% spänningsvariation i den primära matningen mellan den första och sista omvandlaren

• 2,5% spänningsvariation i distributionsomvandlaren

• 3% spänningsvariation i sekundärcirkuiten

• 0,5% spänningsvariation i konsumentens tjänstanslutning

Faktum att spänningen vid primären av den första distributionsomvandlaren vanligtvis inte kan hållas exakt förklarar de andra 2%.

Dessa siffror är typiska för öppenvirade system som levererar till bostadsområden. Dock kan de förväntas skilja sig signifikant i underjordiska system där kabellösningar och stora distributionsomvandlare används, eller när industriella och kommersiella belastningar levereras.

Den ekonomiska storleken på distributionsomvandlaren och sekundärcirkuitkombinationen för en godtycklig belastningstäthet och typ av konstruktion, vid specifika marknadspriser, kan enkelt fastställas när den totala tillåtna spänningsfallningen i dessa två delar av systemet är etablerad. Om omvandlaren är för stor, kommer sekundärcirkuitkostnaden och totalkostnaden att vara för höga. Om omvandlaren är för liten, kommer omvandlarkostnaden och totalkostnaden att vara för höga.

Hantering av belastningsändringar i omvandlare

Som i alla andra delar av distributionsystemet, måste belastningsändringar eller belastningsväxt beaktas och planeras för i distributionsomvandlare och sekundärcirkuit. Distributionsomvandlare och sekundärcirkuit installeras inte bara för att servera belastningarna som existerar vid installationen, utan också för att akkommodera vissa framtida belastningar. Det är dock inte ekonomiskt att göra alltför stor tillåtelse för tillväxt.

När en distributionsomvandlare blir farligt överbelastad, kan den ersättas av en av nästa större storlek om strömförmågan i sekundärcirkuiten och det övergripande spänningsregleringen tillåter. Om inte, kan en annan omvandlare av ungefär samma storlek installeras mellan den överbelastade omvandlaren och den intilliggande. Detta innebär att ta bort belastning från den överbelastade omvandlaren genom att ansluta en del av dess sekundärcirkuit och associerad belastning till den nya omvandlaren. Detta minskar också belastningen på den sekundära cirkuiten för den överbelastade omvandlaren och förbättrar det övergripande spänningsregleringen. I områden med rimligt jämn belastning kan omvandlare behöva installeras på båda sidor av den överbelastade omvandlaren relativt snabbt för att bibehålla tillfredsställande spänningsvillkor och förhindra överbelastning av delar av sekundärcirkuiten. Samma resultat kan också uppnås genom att installera en ny omvandlare och flytta den överbelastade omvandlaren så att den matar in i mitten av sin förkortade sekundärcirkuit.

Omvandlarbankning för serviceförbättring

Med distributionsomvandlare och sekundärcirkuit arrangerade som i den typiska radiella konfigurationen, levereras en enskild belastning endast genom en omvandlare och i en enda riktning över sekundärcirkuiten. På grund av detta kan en plötsligt tillämpad belastning, såsom vid start av en motor, på en konsuments tjänst orsaka ogilltig ljusblinkning på andra konsumenters tjänster som matas från samma omvandlare. Ökade användandet av motorstyrd apparatur i bostadsområden resulterar i en betydande mängd ljusblinkningsklagomål. I vissa områden kan ljusblinkning, snarare än spänningsreglering, vara den avgörande faktorn i storlek och arrangemang av omvandlare och sekundärcirkuit.

Bankning av distributionsomvandlare är vanligtvis det bästa och mest ekonomiska sättet att förbättra eller eliminera ljusblinkning. Bankning av omvandlare innebär parallellkoppling på sekundärsidan av ett antal omvandlare, alla anslutna till samma primära circuit. Sekundärcirkuitarrangementet i en bankad omvandlarlayout kan ta olika former, som loopar eller nät liknande de som används i ett sekundärt nätverksystem. Bankade omvandlare, som är anslutna till och matas över en enda radiell primärmatning, är dock en form av radiellt distributionsystem, i motsats till ett sekundärt nätverksloop eller nät som matas över två eller flera primära matningar och erbjuder mycket större servicehållbarhet.

Konverteringen från det vanliga radiella sekundärcirkuitarrangementet till det bankade omvandlararrangementet kan vanligtvis göras enkelt och billigt genom att stänga gapet mellan de radiella sekundärerna av ett antal omvandlare som är associerade med samma primärmatning och installera de lämpliga primära och sekundära sikringarna.

Skydd vid omvandlarbankning

Två huvudformer av skydd har använts vid bankning av distributionsomvandlare. Det första arrangemanget, som troligen är det äldsta och mest vanliga, innebär att ansluta distributionsomvandlarna till den primära matningen genom primära sikringar eller sikringskopplare. Dessa sikringar bör bara släcka på ett fel i den associerade omvandlaren. Alla omvandlare är anslutna till det gemensamma sekundärcirkuitet genom sekundära sikringar, vars syfte är att koppla bort en defekt omvandlare från sekundärcirkuiten. Storleken på den sekundära sikringen måste vara sådan att den släcker på ett primärt fel mellan dess omvandlare och den associerade primära sikringen. Fel på sekundärcirkuiten förväntas normalt brinna bort själva. För att förhindra frekventa släckningar av sekundära sikringar vid sekundärcirkuitfel, bör dessa sikringar ha relativt långa släckningstider för alla felströmmar, men inte så långa att de misslyckas med att erbjuda något skydd för omvandlarna mot sekundärfel som inte rensar snabbt.

Användning av en sekundär strömbrytare med lämpliga ström-tidsegenskaper är föredragbart framför sekundära sikringar vid bankning av omvandlare, eftersom det erbjuder större skydd för omvandlaren mot överbelastningar och högimpedansfel. Sekundära sikringar eller strömbrytare bör öppna snabbare än de primära sikringarna vid alla möjliga strömmar för att förhindra att de primära sikringarna släcks på ett sekundärt fel.

Ett omvandlarsfel rensas av omvandlarens primära och sekundära sikringar utan att avbryta service. De flesta sekundärfel rensar snabbt, men när ett sekundärfel består, kan flera eller alla sekundära sikringar släcka och vissa omvandlare kan brinna upp. Erfarenheten visar att med noggrann studie av förväntade felströmmar och korrekt val av primära och sekundära sik