Термічні та механічні випробування розподільчих перетворювачів: забезпечення надійності та тривалості служби

Вступ

У складному ландшафті розподілу електроенергії, розподільні трансформатори відіграють ключову роль. Ці трансформатори зобов'язані знижувати напругу з рівня первинного розподілу до відповідної використовувальної напруги для кінцевих споживачів. Їх правильне функціонування є важливим для підтримки стабільної і ефективної енергетичної мережі. Ця стаття глибоко розглядає два основні аспекти оцінки розподільних трансформаторів: теплові та механічні випробування, а також досліджує способи запобігання перервам у послугах та управління варіаціями напруги.

Теплове випробування розподільних трансформаторів

Значення термічного обстеження

Розподільні трансформатори генерують тепло під час роботи. Тепло в основному виробляється через втрати в намотках та гістерезис ядра цих трансформаторів. Неконтрольоване накопичення тепла в трансформаторах може призвести до вироблення ізоляції, прискорити процес старіння трансформаторів та створити значний ризик катастрофічних відмов. Регулярне термічне обстеження трансформаторів є надзвичайно важливим. Ці обстеження, які включають моніторинг температури та виявлення гарячих точок в трансформаторах, діють як системи раннього попередження. Швидке виявлення термічних аномалій в трансформаторах дозволяє технікам передупредити аварії та забезпечити безперервну поставку електроенергії через мережу розподілу.

Основні компоненти термічного випробування трансформаторів

Низка тестів становить основу термічних випробувань розподільних трансформаторів:

• Тест на зростання температури: Основне обстеження трансформаторів, який вимірює зростання температури в намотках та маслі трансформаторів при номінальному навантаженні. Відхилення від встановлених стандартів в трансформаторах сигналізують про можливі проблеми, такі як неефективне охолодження або проблеми внутрішнього опору. Такі результати спонукають до більш детального обстеження компонентів, таких як вентилятори охолодження, ребра або рівень охолоджувача в трансформаторах.

• Інфрачервона інспекція: Для цієї незалежної від інвазії методики обстеження трансформаторів використовуються інфрачервоні камери. Вони відображають поверхневі температури трансформаторів, акцентуючи увагу на прихованих гарячих точках, які можуть бути викликані слабкими з'єднаннями або заблокованими каналами всередині трансформаторів. Це дозволяє проводити цілями ремонти трансформаторів до того, як відбудеться пошкодження ізоляції.

• Аналіз температури масла: Зразки та випробування в'язкості та кислотності масла трансформаторів надають інформацію про рівні термічного напруження, які відчувають трансформатори. Підвищена кислотність масла в трансформаторах вказує на надмірне нагрівання, що спричиняє обстеження джерел тепла та механізмів охолодження всередині трансформаторів.

Протоколи та стандарти обстеження трансформаторів

Стандарти, такі як IEEE C57.12.90 та IEC 60076, регламентують систематичні термічні обстеження трансформаторів. Під час випробувань техніки симулюють повні навантаження на трансформатори, при цьому уважно контролюючи градієнти температур. Наприклад, інспекція зростання температури в трансформаторах потребує стабілізації трансформаторів на кілька годин перед записом показників. Детальне документування кожного обстеження трансформаторів, включаючи середовищні умови, тривалість випробувань та термічні профілі, сприяє аналізу трендів трансформаторів з часом.

Частота та адаптивні стратегії обстеження трансформаторів

Частота термічних обстежень трансформаторів залежить від різних факторів, таких як варіюваність навантаження та середовищні умови. Розподільні трансформатори в міських районах з коливальними навантаженнями можуть потребувати щомісячних обстежень, тоді як ті, що знаходяться в сільських районах, можуть вистачити квартальних перевірок. У спекотних кліматичних умовах інтервали між термічними обстеженнями трансформаторів скорочуються для протидії ефектам теплового напруження. Сучасні системи моніторингу тепер дозволяють безперервне термічне обстеження трансформаторів за допомогою вбудованих датчиків, які передають дані в реальному часі з трансформаторів до центрів управління.

Подолання викликів при обстеженні трансформаторів

Термічні обстеження трансформаторів стикаються з певними викликами. Зокрема, хибні позитивні результати можуть виникати через тимчасові пікові навантаження в трансформаторах. Для зменшення цього, техніки кореляціюють термічні дані з електричними параметрами, такими як струм навантаження в трансформаторах. Крім того, доступ до трудно досяжних компонентів, таких як внутрішні намотки в трансформаторах, потребує спеціалізованої експертизи. Деякі обстеження трансформаторів потребують відкачування масла, що вимагає строгого дотримання докладних протоколів безпеки. Регулярна калібрування термічних датчиків в трансформаторах забезпечує точні результати обстеження.

Інтеграція термічного обстеження з обслуговуванням трансформаторів

Термічні обстеження трансформаторів служать містом між збором даних та діями з обслуговування. Комплексний звіт про обстеження трансформаторів, який позначає гарячі точки, неефективність охолодження або вироблення масла в трансформаторах, керує немедленними втручаннями. Наприклад, якщо інфрачервона інспекція виявляє заблоковане ребро охолодження в трансформаторі, очистка або заміна стають пріоритетом. Вбудовуючи термічні обстеження в графіки профілактичного обслуговування трансформаторів, оператори можуть продовжити термін служби трансформаторів та зменшити вразливості мережі.

Механічне випробування розподільних трансформаторів

Необхідність механічного обстеження трансформаторів

Розподільні трансформатори підвергаються механічним напруженням протягом всього свого життєвого циклу. Електричні зламання можуть генерувати сильні електромагнітні сили, які можуть деформувати намотки трансформаторів. Крім того, сейсмічна активність або грубе обслуговування під час транспортування можуть пошкодити внутрішні компоненти трансформаторів. Регулярні механічні обстеження, починаючи від візуальних перевірок до динамічних випробувань трансформаторів, є необхідними для виявлення прихованих недоліків. Швидке виявлення механічних слабкостей в трансформаторах дозволяє операторам захиститися від раптових відмов, які можуть призвести до перебоїв у поставці електроенергії та загрозити загальній інфраструктурі, яка залежить від цих трансформаторів.

Основні механічні випробування компонентів трансформаторів

Низка тестів є інтегральною частиною механічних випробувань розподільних трансформаторів:

• Випробування на короткозамкнення: Це обстеження моделює умови зламання для оцінки здатності трансформаторів витримувати електромагнітні сили. Відхилення в імпедансі або переміщення намоток в трансформаторах сигналізують про механічне напруження, що спонукає до обстеження стиснучих конструкцій та опорних рам в трансформаторах.

• Інспекція аналізу вібрацій: Датчики використовуються для моніторингу вібрацій під час роботи трансформаторів. Виявлення аномальних частот в трансформаторах вказує на проблеми, такі як вільно згорнуті деталі, невідцентровані ядра або пошкоджені вентилятори охолодження. Цей незалежний від інвазії метод інспекції допомагає технікам точно визначити та виправити механічні проблеми в трансформаторах до того, як вони будуть посилені.

• Механічне випробування на удар: Примінене під час виробничого процесу або після транспортування трансформаторів, це випробування оцінює стійкість трансформаторів до ударів. Тест на падіння або сейсмічні симуляції виявляють вразливості в компонентах, таких як бак, штекери або з'єднання кінцевих контактів трансформаторів, що спонукає до обстеження критичних з'єднань.

Протоколи та стандарти обстеження трансформаторів

Стандарти, такі як IEEE C57.12.90 та IEC 61378, регламентують сурові механічні обстеження трансформаторів. Під час випробувань техніки дотримуються точних процедур. Наприклад, тест на короткозамкнення в трансформаторах потребує контролюваного вводу струму, при цьому уважно контролюючи механічні реакції трансформаторів. Детальне документування кожного обстеження трансформаторів, включаючи параметри випробувань, спостережені деформації та рекомендації щодо ремонту, створює історичний запис для майбутнього аналізу трансформаторів.

Частота та контекстна адаптація обстеження трансформаторів

Частота механічних обстежень трансформаторів змінюється залежно від сценаріїв використання. Розподільні трансформатори в регіонах, підвержених землетрусам, можуть піддаватися квартальним вібраційним обстеженням, тоді як ті, що знаходяться в стабільних середовищах, могли б вистачити річних перевірок. Нові встановлені трансформатори часто отримують негайні обстеження після транспортування, щоб перевірити їх цілісність. Сучасні системи моніторингу тепер дозволяють безперервне механічне обстеження трансформаторів за допомогою вбудованих датчиків деформації та акселерометрів.

Подолання викликів при обстеженні трансформаторів

Механічні обстеження трансформаторів мають свої власні складності. Виявлення внутрішніх пошкоджень без розбору трансформаторів є значним завданням. Деякі обстеження, такі як ультразвукове тестування для виявлення прихованих тріщин в трансформаторах, потребують спеціалізованої експертизи. Крім того, розрізнення нормального витривання від аномального вироблення в трансформаторах вимагає досвіду. Для подолання цих викликів, техніки комбінують кілька методів обстеження, таких як аналіз вібрацій з візуальними інспекціями, та використовують історичні дані для порівняльних оцінок трансформаторів.

Інтеграція механічного обстеження з обслуговуванням трансформаторів

Механічні обстеження трансформаторів служать важливим зв'язком між діагностикою та діями. Комплексний звіт про обстеження трансформаторів, який позначає проблеми, такі як вільні болти, деформовані намотки або пошкоджені опори, диктує термінові ремонти або заміну компонентів. Наприклад, якщо інспекція вібрацій виявляє невідцентроване ядро в трансформаторі, реалізація та повторне затягування стають пріоритетом. Вбудовуючи механічні обстеження в графіки профілактичного обслуговування трансформаторів, оператори можуть продовжити термін служби трансформаторів та посилити стійкість мережі.

Запобігання перерві постачання електроенергії в розподільних трансформаторах

Як працюють трансформатори, вторинні об'єднання та запобіжники

Розподільні трансформатори знижують напругу з напруги розподілу або первинного підведення до використовувальної напруги. Вони підключені до первинного підведення, підпідведення та бічних віток через первинні запобіжники або запобіжники з відключувачами. Первінний запобіжник відключає свій асоційований розподільний трансформатор від первинного підведення, коли відбувається зламання трансформатора або низькоімпедансне зламання вторинної схеми. Запобіжники з відключувачами, які зазвичай закриті, надають зручний спосіб відключення маленьких розподільних трансформаторів для інспекції та обслуговування.

Задовільна захиста від перенавантаження розподільного трансформатора не може бути досягнута лише за допомогою первинного запобіжника. Це пов'язано з різницею форми його кривої струм-час і безпечного кривої струм-час розподільного трансформатора. Якщо використовується достатньо малий запобіжник, щоб забезпечити повний захист від перенавантаження для трансформатора, велика частина цінної вмістовості трансформатора до перенавантаження втрачається, оскільки запобіжник відключається занадто рано. Такий малий запобіжник також часто відключається неправильно на супутних струмах. Тому первинний запобіжник повинен бути вибраний з метою забезпечення лише захисту від короткого замкнення, з його мінімальним струмом відключення, який зазвичай перевищує 200% повного струму навантаження його асоційованого трансформатора.

Розподільні трансформатори, підключені до надголовних відкритих провідних підведень, часто піддаються суттєвим відбурям. Для мінімізації вироблення ізоляції та відмов трансформаторів від відбуря, зазвичай використовуються грозозахисні пристрої разом з цими трансформаторами.

Вторинні провідники розподільного трансформатора зазвичай твердо з'єднані з радіальними вторинними схемами, з яких отримуються послуги споживачів. Це означає, що трансформатор не має захисту від перенавантаження та високоімпедансних зламань на його вторинних схемах. Відносно мало розподільних трансформаторів вигорає від перенавантаження, головним чином тому, що вони часто не використовуються повністю до своєї вмістовості до перенавантаження. Іншим фактором, що сприяє низькій кількості відмов, пов'язаних з перенавантаженням, є часті перевірки навантаження та відповідні корективні заходи, проведені до того, як відбудуться небезпечні перенавантаження. Однак, високоімпедансні зламання на вторинних схемах, ймовірно, призводять до більшої кількості відмов розподільних трансформаторів, ніж перенавантаження, особливо в районах з поганими умовами дерев.

Запобіжники в вторинних провідниках розподільних трансформаторів мало ефективні в запобіганні вигорання трансформаторів, з подібних причин. Правильний спосіб отримання задовільного захисту розподільного трансформатора від перенавантаження та високоімпедансних зламань полягає у встановленні автоматичного вимикача в вторинних провідниках трансформатора. Крива відключення цього автоматичного вимикача повинна бути правильно координована з безпечним кривою струм-час трансформатора. Первінний запобіжник також повинен бути координований з вторинним вимикачем, щоб вимикач відключався на будь-якому струмі, який може пройти через нього, до того, як запобіжник буде пошкоджений.

Зламання на послуговому з'єднанні споживача від вторинної схеми до вимикача послуги є надзвичайно рідкісними. Тому використання вторинного запобіжника в точці, де послугове з'єднання підключається до вторинної схеми, не є економічно обґрунтованим, за винятком необычних випадків, таких як великі послуги з підземних вторинних схем.

Розгляд варіацій напруги

Припустимо, що максимальна варіація напруги на будь-якому вимикачу послуг споживача становить приблизно 10%, розподіл цього спаду між різними частинами системи, при повному навантаженні, може бути приблизно таким:

• 2% варіації напруги в первинному підведення між першим і останнім трансформаторами

• 2,5% варіації напруги в розподільному трансформаторі

• 3% в