Analýza selhání transformátoru H59/H61 a ochranná opatření

1. Příčiny poškození rostlinných transformátorů H59/H61 s olejovým chlazením

1.1 Poškození izolace
Veletržní dodávka elektrické energie často používá smíšený systém 380/220V. V důsledku vysokého podílu jednofázových zatížení transformátory H59/H61 s olejovým chlazením často pracují za výrazné nerovnováhy třífázového zatížení. V mnoha případech stupeň nerovnováhy třífázového zatížení daleko přesahuje limity povolené provozními předpisy, což způsobuje předčasné stárnutí, znehodnocení a nakonec selhání izolace vinutí, což vede k vyhoření.

Když transformátory H59/H61 s olejovým chlazením trpí dlouhodobým přetížením, poruchami na nízko napěťové straně nebo náhlým dramatickým nárůstem zatížení, a pokud nejsou na nízké straně nainstalovány ochranné zařízení – zatímco pádové pojistky na vysoké straně nefungují rychle (nebo vůbec) – transformátory jsou nuceny nést proudy poruchy, které výrazně přesahují jejich nominální proud (někdy několikrát nominální hodnotu) po delší dobu. To způsobuje ostrý nárůst teploty, urychluje stárnutí izolace a nakonec vedou k vyhoření vinutí.

Po dlouhodobé službě těsnicí součásti, jako jsou gumové granuly a prstence v transformátorech H59/H61 s olejovým chlazením, stárnou, praskají a ztrácí svou účinnost. Pokud nejsou včas zjištěny a nahrazeny, to vede k unikání oleje a klesání hladiny oleje. Vláhkost z ovzduší pak vstupuje do izolačního oleje v velkém množství, což drasticky snižuje jeho dielektrickou sílu. V extrémních podmínkách nedostatku oleje může být přepínací zařízení expozováno vzduchu, absorbuje vlhkost a způsobuje výboje nebo krátké spojení, což vede k vyhoření transformátoru.

Nedostatečné výrobní procesy, jako je neúplné impregnovaní lakem mezi vrstvami vinutí (nebo špatná kvalita izolačního laku), nedostatečné sušení nebo nezpůsobilé svařování spojů vinutí, zanechávají skryté defekty izolace v transformátorech H59/H61 s olejovým chlazením. Kromě toho, během spouštění nebo údržby, může být přidán nesprávně kvalitní izolační olej, nebo mohou do oleje proniknout vlhkost a kontaminace, což degraduje kvalitu oleje a snižuje sílu izolace. S časem to může vést k propadnutí izolace a vyhoření transformátoru H59/H61 s olejovým chlazením.

1.2 Přetížení napětím
Odpor zemnícího spojení pro ochranu před bleskem nesplňuje požadavky. I když byl původně kompatibilní při spuštění, korozí, oxidací, zlomením nebo špatným svařováním ocelových částí zemnícího systému se může odpor zemnícího spojení dramaticky zvýšit, což vede k poškození transformátoru při bleskovém úderu.

Nesprávná konfigurace ochrany před bleskem je běžná: mnoho venkovských transformátorů H59/H61 s olejovým chlazením je vybaveno pouze jednou sadou varistorů na vysokonapěťové straně. Protože venkovské elektrické systémy téměř výhradně používají transformátory s připojením Yyn0, bleskové údery mohou indukovat jak přední, tak reverzní transformační přetížení napětím. Bez varistorů na nízké straně tyto přetížení napětím výrazně zvyšují riziko poškození transformátoru.

Venkovský 10kV elektrický systém má relativně vysokou pravděpodobnost feromagnetické rezonance. Během událostí rezonančního přetížení napětím primární proud transformátorů H59/H61 s olejovým chlazením dramaticky stoupá, což může vést k vyhoření vinutí nebo k výboji terminálů – dokonce až k explozi.

1.3 Tvrdé provozní podmínky
Během letních vln vysokých teplot nebo když transformátory H59/H61 s olejovým chlazením pracují dlouhodobě za přetížením, teplota oleje příliš stoupá. To značně narušuje tepelné odvody, urychluje stárnutí, znehodnocení a selhání izolace, a nakonec zkracuje životnost transformátoru.

1.4 Nesprávná práce s přepínačem či špatná kvalita
Venkovské elektrické zatížení je rozprostřeno, silně sezónní, s velkými rozdíly mezi vrcholy a doliny a s dlouhými nízkonapěťovými linkami, což vede k výrazným kolísáním napětí. Jako důsledek toho často ručně upravují elektrikáři přepínače transformátorů H59/H61 s olejovým chlazením. Většina těchto úprav nesleduje předepsané postupy a po úpravě se zřídka měří a porovnávají hodnoty stejnosměrného odporu každé fáze před znovu zavedením napětí. Důsledkem toho mnoho transformátorů trpí nesprávně nastavenými přepínači nebo špatným stykem, což způsobuje ostrý nárůst odpornosti styku a vyhoření přepínače.

Přepínače špatné kvality, s nedostatečným stykem mezi pevnými a pohyblivými styky, nebo s neshodou externích ukazatelů polohy s reálnými interními polohami, mohou po zavedení napětí způsobit výboje nebo krátké spojení, což vede k zničení přepínače nebo dokonce celého vinutí.

1.5 Problémy s zemnícím spojením jádra transformátoru
V důsledku vlastních problémů s kvalitou transformátorů H59/H61 s olejovým chlazením, izolační lak mezi listy silikonové oceli stárne s časem nebo předčasně znehodnocuje z jiných důvodů, což vede k vícebodovému zemnícímu spojení jádra a k poškození.

1.6  Dlouhodobý provoz za přetížením
S rozvojem venkovské ekonomiky dramaticky vzrostla poptávka po elektrické energii. Nicméně, nové transformátory H59/H61 s olejovým chlazením nebyly včas instalovány, ani existující jednotky nebyly nahrazeny modely s vyšší kapacitou. V důsledku toho momentálně pracují transformátory v chronickém přetížení. Spolu s vysokým podílem jednofázových zatížení na venkově, které brání vyváženému třífázovému zatížení, jedna fáze často trpí výrazným dlouhodobým přetížením a proud neutrální linky výrazně přesahuje povolené limity. Tyto podmínky nakonec vedou k vyhoření transformátoru H59/H61 s olejovým chlazením.

2. Opotavné opatření
Podle příslušných předpisů musí každý mazaný distribuční transformátor H59/H61 být vybaven třemi základními ochrannými zařízeními: proti blesku, přetížení a krátkému spoji. Ochrana proti blesku vyžaduje napěťové hřebíky na vysoké i nízké straně, s preference pro oxid cinkový (ZnO) hřebík. Krátké spoje a přetížení by měly být brány do úvahy odděleně: padací pojistky na vysoké straně by měly hlavně chránit před vnitřními krátkými spoji, zatímco přetížení a krátké spoje na nízké straně by měly být řešeny pomocí nízkonapěťových vypínačů nebo pojistek nainstalovaných na nízké straně.

Během provozu by měly být pravidelně používány kleště ampermetrické k měření proudů třífázového zatížení a kontrole, zda zůstává nerovnováha v rámci regulačních limitů. Pokud přesahuje povolené hodnoty, musí být okamžitě provedena redistribuce zatížení, aby bylo znovu v souladu s požadavky.

Pravidelné kontroly mazaných distribučních transformátorů H59/H61 musí být prováděny podle předpisů, kontrola barvy, hladiny a teploty oleje na normálnost a hledání úniku oleje. Povrchy izolátorů by měly být prozkoumány na přítomnost stop po probíjení nebo výbojích. Jakékoli nepravidelnosti musí být okamžitě odstraněny. Externí část transformátoru, zejména izolátory, by měla být pravidelně čištěna, aby se odstranily saz a kontaminace.

Před roční bouřkovou sezónou musí projít důkladnou kontrolou napěťové hřebíky a vedlejší zemnice na vysoké i nízké straně. Nepodlehlé hřebíky musí být nahrazeny. Vedlejší zemnice nesmějí mít žádné přerušené dráty, špatné svary nebo trhliny. Není možné použít hliníkový drát; místo toho by měly být zemnice vyrobeny z kulaté oceli o průměru 10–12 mm nebo ploché oceli o rozměrech 30×3 mm.

Odpornost zemnice by měla být testována každoročně za suchého zimního počasí (po alespoň jednu týden nepřetržitého jasného počasí). Nepodlehlé zemnicové systémy musí být opraveny. Při připojování terminálů transformátoru k vedením na vysoké a nízké straně musí být použity měděno-hliníkové přechodové konektory nebo měděno-hliníkové převodní klíče. Před připojením musí být kontaktní plochy těchto konektorů leštěny papírem lištičkou č. 0 a potaženy vhodným množstvím vodičné masti.

Operace s přepínacími pákami u mazaných distribučních transformátorů H59/H61 musí přísně dodržovat předpisy. Po nastavení nesmí být transformátor okamžitě znovu zapojen. Místo toho je třeba porovnat naměřené hodnoty stejnosměrného odporu všech fází před a po operaci pomocí Wheatstoneova mostu. Pokud není pozorována žádná významná změna, musí být porovnány hodnoty stejnosměrného odporu mezi fázemi a mezi linkami po operaci: rozdíly mezi fázemi nesmějí přesáhnout 4 % a rozdíly mezi linkami musí být menší než 2 %. Pokud tyto kritéria nejsou splněna, je třeba identifikovat a odstranit příčinu. Pouze po splnění těchto požadavků může být mazaný distribuční transformátor H59/H61 vrácen do provozu.