Ανάλυση Αποτυχίας και Μέτρα Προστασίας για τον Μετατροπέα H59/H61
1. Αιτίες Βλάβης των Γεωργικών Μετασχηματιστών Διανομής Εμβαπτισμένων σε Λάδι H59/H61
1.1 Βλάβη Μόνωσης
Η αγροτική παροχή ρεύματος χρησιμοποιεί συνήθως ένα μεικτό σύστημα 380/220V. Λόγω του υψηλού ποσοστού μονοφασικών φορτίων, οι μετασχηματιστές διανομής εμβαπτισμένοι σε λάδι H59/H61 λειτουργούν συχνά υπό σημαντική ανισορροπία τριφασικού φορτίου. Σε πολλές περιπτώσεις, ο βαθμός ανισορροπίας τριφασικού φορτίου υπερβαίνει κατά πολύ τα όρια που επιτρέπονται από τους κανονισμούς λειτουργίας, προκαλώντας πρόωρη γήρανση, υποβάθμιση και τελικά αποτυχία της μόνωσης των τυλιγμάτων, με αποτέλεσμα την καύση.
Όταν οι μετασχηματιστές διανομής εμβαπτισμένοι σε λάδι H59/H61 υποστούν μακροχρόνια υπερφόρτωση, βλάβες στη γραμμή της χαμηλής τάσης ή αιφνίδιες μεγάλες αυξήσεις φορτίου, και δεν είναι εγκατεστημένες προστατευτικές συσκευές στην πλευρά χαμηλής τάσης—ενώ οι ασφάλειες πτώσης στην πλευρά υψηλής τάσης δεν λειτουργούν άμεσα (ή καθόλου)—οι μετασχηματιστές αναγκάζονται να μεταφέρουν ρεύματα βλάβης πολύ υψηλότερα από το ονομαστικό ρεύμα τους (μερικές φορές αρκετές φορές την ονομαστική τιμή) για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια απότομη αύξηση της θερμοκρασίας, επιταχύνοντας τη γήρανση της μόνωσης και τελικά καίγοντας τα τυλίγματα.
Μετά από μακροχρόνια λειτουργία, εξαρτήματα σφράγισης όπως λαστιχένιες σταγόνες και παρεμβύσματα στους μετασχηματιστές διανομής εμβαπτισμένους σε λάδι H59/H61 γερνούν, ραγίζουν και χάνουν την αποτελεσματικότητά τους. Αν δεν εντοπιστούν και αντικατασταθούν εγκαίρως, αυτό οδηγεί σε διαρροή λαδιού και πτώση της στάθμης του λαδιού. Η υγρασία από τον αέρα στη συνέχεια εισέρχεται σε μεγάλες ποσότητες στο μονωτικό λάδι, μείωση της διηλεκτρικής αντοχής του κατά πολύ. Σε σοβαρές περιπτώσεις έλλειψης λαδιού, ο διακόπτης τάσης μπορεί να εκτεθεί στον αέρα, να απορροφήσει υγρασία και να προκαλέσει εκκενώσεις ή βραχυκυκλώματα, καίγοντας τον μετασχηματιστή.
Ανεπαρκείς διαδικασίες κατασκευής—όπως ατελής βαφή μεταξύ των στρωμάτων των τυλιγμάτων (ή βαφή χαμηλής ποιότητας), ανεπαρκής ξήρανση ή αναξιόπιστη συγκόλληση των συνδέσεων των τυλιγμάτων—αφήνουν κρυφά ελαττώματα μόνωσης στους μετασχηματιστές διανομής εμβαπτισμένους σε λάδι H59/H61. Επιπλέον, κατά τη θέση σε λειτουργία ή συντήρηση, μπορεί να προστεθεί λάδι κατώτερης ποιότητας, ή να εισέλθει υγρασία και ρύποι στο λάδι, υποβαθμίζοντας την ποιότητα του λαδιού και μειώνοντας την αντοχή μόνωσης. Με την πάροδο του χρόνου, αυτό μπορεί να οδηγήσει σε διάσπαση της μόνωσης και καύση του μετασχηματιστή διανομής εμβαπτισμένου σε λάδι H59/H61.
1.2 Υπερτάσεις
Η αντίσταση γείωσης προστασίας από κεραυνούς δεν πληροί τα απαιτούμενα πρότυπα. Ακόμη κι αν αρχικά ήταν σύμφωνη κατά τη θέση σε λειτουργία, η διάβρωση, η οξείδωση, η σπάσιμο ή η κακή συγκόλληση των χαλύβδινων εξαρτημάτων του συστήματος γείωσης με την πάροδο του χρόνου μπορεί να προκαλέσει απότομη αύξηση της αντίστασης γείωσης, με αποτέλεσμα τη βλάβη του μετασχηματιστή κατά τη διάρκεια κεραυνικών εκκενώσεων.
Η ακατάλληλη διαμόρφωση προστασίας από κεραυνούς είναι συνηθισμένη: πολλοί αγροτικοί μετασχηματιστές διανομής εμβαπτισμένοι σε λάδι H59/H61 είναι εξοπλισμένοι μόνο με ένα σύνολο αλεξικέραυνων υψηλής τάσης στην πλευρά υψηλής τάσης. Δεδομένου ότι τα αγροτικά συστήματα ρεύματος χρησιμοποιούν σχεδόν αποκλειστικά μετασχηματιστές συνδεδεμένους Yyn0, οι κεραυνοί μπορούν να επάγουν υπερτάσεις με ευθεία και αντίστροφη μετασχηματιστή. Χωρίς αλεξικέραυνα στην πλευρά χαμηλής τάσης, αυτές οι υπερτάσεις αυξάνουν σημαντικά τον κίνδυνο βλάβης του μετασχηματιστή.
Το αγροτικό δίκτυο 10kV έχει σχετικά υψηλή πιθανότητα σιδηροσυντονισμού. Κατά τα γεγονότα υπερτάσεων συντονισμού, το ρεύμα πρωτεύοντος των μετασχηματιστών διανομής εμβαπτισμένων σε λάδι H59/H61 αυξάνεται απότομα, με κίνδυνο καύσης των τυλιγμάτων ή εκφόρτισης των μονωτήρων—ακόμη και έκρηξης.
1.3 Ακραίες Συνθήκες Λειτουργίας
Κατά τη διάρκεια των περιόδων υψηλής θερμοκρασίας του καλοκαιριού ή όταν οι μετασχηματιστές διανομής εμβαπτισμένοι σε λάδι H59/H61 λειτουργούν συνεχώς υπό υπερφόρτωση, η θερμοκρασία του λαδιού αυξάνεται υπερβολικά. Αυτό επηρεάζει σοβαρά την απαγωγή θερμότητας, επιταχύνει τη γήρανση, την υποβάθμιση και την αποτυχία της μόνωσης και τελικά μειώνει τη διάρκεια ζωής του μετασχηματιστή.
1.4 Ακατάλληλη Λειτουργία ή Κακή Ποιότητα Διακόπτη Τάσης
Τα αγροτικά ηλεκτρικά φορτία είναι διάσπαρτα, εξαιρετικά εποχιακά, με μεγάλες διαφορές μεταξύ αιχμής και βάθους και μεγάλες γραμμές χαμηλής τάσης, με αποτέλεσμα σημαντικές διακυμάνσεις τάσης. Ως αποτέλεσμα, οι αγροτικοί ηλεκτρολόγοι ρυθμίζουν συχνά χειροκίνητα τους διακόπτες τάσης των μετασχηματιστών διανομής εμβαπτισμένων σε λάδι H59/H61. Οι περισσότερες από αυτές τις ρυθμίσεις δεν ακολουθούν τις προβλεπόμενες διαδικασίες, και μετά τη ρύθμιση, σπάνια μετριούνται και συγκρίνονται οι τιμές αντίστασης συνεχούς ρεύματος κάθε φάσης πριν την επαναφόρτιση. Ως εκ τούτου, πολλοί μετασχηματιστές υφίστανται ακατάλληλη θέση διακόπτη τάσης ή κακή επαφή, προκαλώντας απότομη αύξηση της αντίστασης επαφής και καίγοντας τον διακόπτη τάσης.
Διακόπτες τάσης χαμηλής ποιότητας—με ανεπαρκή επαφή μεταξύ στατικών και κινούμενων επαφών, ή αντιστοιχία των εξωτερικών δεικτών θέσης με τις πραγματικές εσωτερικές θέσεις—μπορούν να προκαλέσουν εκκενώσεις ή βραχυκυκλώματα μετά την ενεργοποίηση, οδηγώντας στην καταστροφή του διακόπτη τάσης ή ακόμη και ολόκληρου του τυλίγματος.
1.5 Προβλήματα Γείωσης Πυρήνα Μετασχηματιστή
Λόγω ενσωματωμένων προβλημάτων ποιότητας στους μετασχηματιστές διανομής εμβαπτισμένους σε λάδι H59/H61, η μονωτική βαφή μεταξύ των ελάσεων από πυριτιούχο χάλυβα γερνάει με την πάροδο του χρόνου ή υποβαθμίζεται πρόωρα για άλλους λόγους, προκαλώντας πολυσημείο γείωσης του πυρήνα και οδηγώντας σε βλάβη.
1.6 Μακροχρόνια Λειτουργία Υπό Υπερφόρτωση
Με την ανάπτυξη της αγροτικής οικονομίας, η ζήτηση ηλεκτρικού ρεύματος έχει αυξηθεί δραματικά. Ωστόσο, νέοι μετασχηματιστές διανομής εμβαπτισμένοι σε λάδι H59/H61 δεν έχουν εγκατασταθεί έγκαιρα, ούτε έχουν αντικατασταθεί οι υπάρχοντες με μοντέλα υψηλότερης ισχύος. Ως αποτέλεσμα, οι τρέχοντες μετασχηματιστές λειτουργούν υπό χρόνια υπερφόρτωση. Σε συνδυασμό με το υψηλό ποσοστό μονοφασικών φορτίων στις αγροτικές περιοχές—που καθιστά αδύνατη την ισορροπία τριφασικού φορτίου—μία φάση συχνά υφίσταται σοβαρή μακροχρόνια υπερφόρτωση, και το ρεύμα του ουδέτερου αγωγού υπερβαίνει σημαντικά τα επιτρεπόμενα όρια. Αυτές οι συνθήκες οδηγούν τελικά στην καύση του μετασχηματιστή διανομής εμβαπτισμένου σε λάδι H59/H61.
2. Μέτρα αντιμετώπισης
Σύμφωνα με τους σχετικούς κανονισμούς, κάθε μετατροχός κατανομής H59/H61 που είναι βυθισμένος σε λάδι πρέπει να είναι εξοπλισμένος με τρία βασικά προστατικά μέτρα: προστασία από τον κεραυνό, προστασία από σύντομο κύκλωμα και προστασία από υπερφόρτιση. Η προστασία από τον κεραυνό απαιτεί την εγκατάσταση προστατευτών κεραυνού στην πλευρά υψηλής και χαμηλής τάσης, με προτίμηση για προστατευτές οξειδίου ζινκίου (ZnO). Τα μέτρα προστασίας από σύντομο κύκλωμα και υπερφόρτιση πρέπει να εξεταστούν ξεχωριστά: Οι φουζάρες πτώσης υψηλής τάσης πρέπει να προστατεύουν κυρίως από εσωτερικά σύντομα κύκλωμα, ενώ η υπερφόρτιση και τα σύντομα κύκλωμα στην πλευρά χαμηλής τάσης πρέπει να αντιμετωπίζονται με την εγκατάσταση φουζάρων ή διασπαστών στην πλευρά χαμηλής τάσης.
Κατά τη διάρκεια της λειτουργίας, πρέπει να χρησιμοποιούνται συχνά κλειδωτοί αμπερομέτρες για τη μέτρηση των τριφασικών ρευστών φορτίου και για τον έλεγχο αν η ανισορροπία παραμένει εντός των κανονικών ορίων. Εάν η ανισορροπία υπερβαίνει τις επιτρεπτές τιμές, πρέπει να πραγματοποιηθεί άμεση ανανεοδομή του φορτίου ώστε να επιστρέψει στα κανονικά όρια.
Οι τυπικοί έλεγχοι των μετατροχών κατανομής H59/H61 που είναι βυθισμένοι σε λάδι πρέπει να πραγματοποιούνται σύμφωνα με τους κανονισμούς, ελέγχοντας την χρώμα, το επίπεδο και τη θερμοκρασία του λαδιού για την κανονικότητα και εξετάζοντας για διαρροές λαδιού. Οι επιφάνειες των αστραγάλων πρέπει να εξετάζονται για σημάδια αποφώσης ή διακοπής. Οποιεσδήποτε ανωμαλίες πρέπει να αντιμετωπίζονται άμεσα. Η εξωτερική επιφάνεια του μετατροχού, ειδικά οι αστραγάλοι, πρέπει να καθαρίζονται συστηματικά για την αφαίρεση βρωμιών και ρυπαντών.
Πριν από την ετήσια σταυροφωτισμιαία περίοδο, οι προστατευτές κεραυνού υψηλής και χαμηλής τάσης καθώς και οι γεωμαγνητικές αγωγοί πρέπει να υποστούν εξαντλητικό έλεγχο. Οι μη συμβατοί προστατευτές πρέπει να αντικατασταθούν. Οι γεωμαγνητικές αγωγοί δεν πρέπει να έχουν σπασμένα στεφάνια, κακά συνδεδεμένες συνδέσεις ή σπάσιμα. Δεν πρέπει να χρησιμοποιείται αλουμινί, αλλά οι γεωμαγνητικές αγωγοί πρέπει να είναι από στεγνό χάλυβα με διάμετρο 10-12 mm ή από πλακόχαλυβα 30×3 mm.
Η αντίσταση γής πρέπει να ελέγχεται ετησίως κατά την ξηρή περίοδο του χειμώνα (μετά από τουλάχιστον μία εβδομάδα συνεχούς ξεκαθαρινής). Οι μη συμβατές συστήματες γής πρέπει να διορθωθούν. Κατά τη σύνδεση των κατωτέρω σταυροφωτισμιαίων αγωγών στην πλευρά υψηλής και χαμηλής τάσης, πρέπει να χρησιμοποιούνται μεταβατικά συνδετήρες ή συνδετήρες αλουμινίου-χαλκού. Πριν από τη σύνδεση, οι επαφικές επιφάνειες αυτών των συνδετήρων πρέπει να παραχαράζονται με χαρτί Νο 0 και να καλύπτονται με κατάλληλη ποσότητα συνδετικού λιπού.
Οι λειτουργίες των σταθμοτόμων στους μετατροχούς κατανομής H59/H61 που είναι βυθισμένοι σε λάδι πρέπει να ακολουθούν αυστηρά τους κανονισμούς. Μετά την προσαρμογή, ο μετατροχός δεν πρέπει να επανενεργοποιηθεί άμεσα. Αντίθετα, πρέπει να συγκρίνονται τα μέτρηματα της άμεσης αντίστασης όλων των φάσεων πριν και μετά τη λειτουργία με χρήση ποντογράμματος Wheatstone. Εάν δεν παρατηρηθεί σημαντική αλλαγή, πρέπει να συγκρίνονται τα μέτρηματα της άμεσης αντίστασης φάσης-φάσης και γραμμής-γραμμής: οι διαφορές φάσης δεν πρέπει να υπερβαίνουν το 4% και οι διαφορές γραμμής πρέπει να είναι λιγότερες από το 2%. Εάν αυτά τα κριτήρια δεν εκπληρώνονται, πρέπει να αναζητηθεί η αιτία και να διορθωθεί. Μόνο μετά από την πλήρη εκπλήρωση αυτών των απαιτήσεων, ο μετατροχός H59/H61 που είναι βυθισμένος σε λάδι μπορεί να επιστρέψει στη λειτουργία.
