تحلیل خرابی ترانسفورماتور H59/H61 و اقدامات حفاظتی

۱. دلایل آسیب رساندن به ترانسفورماتورهای توزیع غوطه‌ور در روغن مدل H59/H61 کشاورزی

۱.۱ آسیب به عایق
در تأمین برق روستایی اغلب از سیستم ترکیبی ۳۸۰/۲۲۰ ولت استفاده می‌شود. به دلیل نسبت بالای بارهای تک‌فاز، ترانسفورماتورهای توزیع غوطه‌ور در روغن مدل H59/H61 اغلب در شرایط عدم تعادل بار سه‌فاز قابل توجه عمل می‌کنند. در بسیاری از موارد، میزان عدم تعادل بار سه‌فاز بسیار فراتر از حد مجاز قوانین عملیاتی است که منجر به پیری زودرس، تخریب و در نهایت خرابی عایق پیچه‌ها و سوختن آن‌ها می‌شود.

وقتی ترانسفورماتورهای توزیع غوطه‌ور در روغن مدل H59/H61 با بارگذاری زیاد طولانی مدت، خطاهای خط سمت فشار پایین یا افزایش ناگهانی بار بزرگ مواجه می‌شوند و دستگاه‌های محافظ در سمت فشار پایین نصب نشده‌اند—در حالی که فیوزهای سقوط سمت فشار بالا نمی‌توانند به موقع (یا حتی اصلاً) عمل کنند—ترانسفورماتورها مجبور می‌شوند جریان‌های خطا که بسیار فراتر از جریان اسمی (گاهی چند برابر جریان اسمی) هستند را برای مدت طولانی تحمل کنند. این امر منجر به افزایش شدید دما، تسریع در پیری عایق و در نهایت سوختن پیچه‌ها می‌شود.

پس از عملکرد طولانی مدت، اجزای بسته‌سازی مانند حباب‌های لاستیکی و مهره‌های ترانسفورماتورهای توزیع غوطه‌ور در روغن مدل H59/H61 پیر می‌شوند، ترک می‌خورند و اثرگذاری خود را از دست می‌دهند. اگر به موقع شناسایی و تعویض نشوند، این امر منجر به نشت روغن و کاهش سطح روغن می‌شود. رطوبت از هوا به مقدار زیادی وارد روغن عایق می‌شود و قدرت عایقی آن را به شدت کاهش می‌دهد. در شرایط کمبود روغن شدید، ممکن است تغییر دهنده تپ از هوایی شود، رطوبت جذب کند و باعث تخلخل یا کوتاه شدن و سوختن ترانسفورماتور شود.

فرآیندهای ساخت ناقص—مانند ترکیب ناقص رزین بین لایه‌های پیچه (یا رزین عایقی با کیفیت ضعیف)، خشک کردن ناکافی یا جوشکاری نامطمئن اتصالات پیچه—عیوب پنهان عایق در ترانسفورماتورهای توزیع غوطه‌ور در روغن مدل H59/H61 را باقی می‌گذارند. علاوه بر این، در زمان راه‌اندازی یا نگهداری، ممکن است روغن عایقی با کیفیت نامطلوب اضافه شود یا رطوبت و آلاینده‌ها وارد روغن شوند، کیفیت روغن را کاهش دهند و قدرت عایقی را کاهش دهند. با گذشت زمان، این امر می‌تواند منجر به شکست عایق و سوختن ترانسفورماتور توزیع غوطه‌ور در روغن مدل H59/H61 شود.

۱.۲ فشار بیش از حد
مقاومت زمین‌سازی محافظ برق‌آوردی استاندارد مورد نیاز را ندارد. حتی اگر در زمان راه‌اندازی مطابق استاندارد بوده باشد، فرسودگی، اکسیداسیون، شکست یا جوشکاری ضعیف اجزای فولادی سیستم زمین‌سازی با گذر زمان می‌تواند باعث افزایش شدید مقاومت زمین‌سازی شود و در نتیجه ترانسفورماتور در صورت برق‌آوردی آسیب ببیند.

پیکربندی نامناسب محافظ برق‌آوردی معمول است: بسیاری از ترانسفورماتورهای توزیع غوطه‌ور در روغن مدل H59/H61 روستایی فقط یک دستگاه محافظ برق‌آوردی در سمت فشار بالا دارند. از آنجا که سیستم‌های برق روستایی تقریباً به صورت ترانسفورماتورهای متصل شده Yyn0 استفاده می‌کنند، برق‌آوردی می‌تواند هم فشار بیش از حد جلو و هم عقب را القا کند. بدون محافظ برق‌آوردی در سمت فشار پایین، این فشارهای بیش از حد خطر آسیب دیدگی ترانسفورماتور را به شدت افزایش می‌دهند.

احتمال فرورنگی فرومغناطیسی در سیستم برق ۱۰ کیلوولت روستایی نسبتاً بالا است. در زمان وقوع فشار بیش از حد رزونانسی، جریان سمت فشار اولیه ترانسفورماتورهای توزیع غوطه‌ور در روغن مدل H59/H61 به شدت افزایش می‌یابد که ممکن است منجر به سوختن پیچه‌ها یا فلاش‌بری کلاف‌ها—حتی انفجار شود.

۱.۳ شرایط عملیاتی سخت
در دوره‌های دما بالا در تابستان یا هنگامی که ترانسفورماتورهای توزیع غوطه‌ور در روغن مدل H59/H61 تحت بارگذاری زیاد طولانی مدت عمل می‌کنند، دمای روغن به شدت افزایش می‌یابد. این امر به شدت عملکرد تبدیل حرارتی را کاهش می‌دهد، پیری و تخریب عایق را تسریع می‌کند و در نهایت عمر مفید ترانسفورماتور را کوتاه می‌کند.

۱.۴ عملکرد نادرست تغییر دهنده تپ یا کیفیت ضعیف
بارهای برق روستایی پراکنده، فصلی و با تفاوت‌های بزرگ بین ذروه و دره و خطوط فشار پایین طولانی است که منجر به نوسانات قابل توجه ولتاژ می‌شود. به عنوان نتیجه، برق‌کاران روستایی غالباً تغییر دهنده تپ ترانسفورماتورهای توزیع غوطه‌ور در روغن مدل H59/H61 را به صورت دستی تنظیم می‌کنند. بیشتر این تنظیمات از روی روش‌های مقرر انجام نمی‌شوند و پس از تنظیم، مقادیر مقاومت مستقیم هر فاز به ندرت اندازه‌گیری و مقایسه می‌شوند قبل از دوباره برق‌رسانی. بنابراین، بسیاری از ترانسفورماتورها با تغییر دهنده تپ تنظیم نادرست یا تماس ضعیف مواجه می‌شوند که منجر به افزایش شدید مقاومت تماس و سوختن تغییر دهنده تپ می‌شود.

تغییر دهنده‌های تپ با کیفیت ضعیف—با تماس ناکافی بین تماس‌های ثابت و متحرک یا نشان‌دهنده‌های موقعیت خارجی که با موقعیت‌های داخلی مطابقت ندارند—می‌توانند پس از برق‌رسانی باعث تخلخل یا کوتاه شدن شوند و منجر به تخریب تغییر دهنده تپ یا حتی کل پیچه شوند.

۱.۵ مشکلات زمین‌سازی هسته ترانسفورماتور
به دلیل مشکلات ذاتی کیفیت در ترانسفورماتورهای توزیع غوطه‌ور در روغن مدل H59/H61، رزین عایق بین لایه‌های فولاد سیلیکونی با گذشت زمان یا به دلایل دیگر پیر می‌شود یا تخریب می‌یابد، که منجر به زمین‌سازی چند نقطه‌ای هسته و در نتیجه آسیب می‌شود.

۱.۶ عملیات بارگذاری زیاد طولانی مدت
با توسعه اقتصاد روستایی، تقاضای برق به شدت افزایش یافته است. با این حال، ترانسفورماتورهای توزیع غوطه‌ور در روغن مدل H59/H61 جدید به موقع نصب نشده‌اند و واحد‌های موجود با مدل‌های ظرفیت بالاتر جایگزین نشده‌اند. در نتیجه، ترانسفورماتورهای فعلی تحت بارگذاری زیاد طولانی مدت عمل می‌کنند. به اضافه نسبت بالای بارهای تک‌فاز در مناطق روستایی که از تعادل بار سه‌فاز جلوگیری می‌کند، یک فاز اغلب تحت بارگذاری زیاد طولانی مدت قرار می‌گیرد و جریان خط میانی به شدت فراتر از حد مجاز می‌رود. این شرایط در نهایت منجر به سوختن ترانسفورماتور توزیع غوطه‌ور در روغن مدل H59/H61 می‌شود.

۲. اقدامات مقابله‌ای
بر اساس مقررات مرتبط، هر ترانسفورماتور توزیع نیم‌رسانا نوع H59/H61 باید با سه حفاظت اساسی مجهز شود: در برابر صاعقه، کوتاه‌شدن و بیش‌باری. حفاظت در برابر صاعقه نیازمند نصب محافظ‌های ضدصاعقه در دو طرف ولتاژ بالا و پایین است و محافظ‌های اکسید روی (ZnO) ترجیح داده می‌شوند. حفاظت‌های کوتاه‌شدن و بیش‌باری باید به طور جداگانه در نظر گرفته شوند: فیوز‌های رهاشوی ولتاژ بالا باید عمدتاً برای محافظت در برابر کوتاه‌شدن داخلی و بیش‌باری و کوتاه‌شدن خطوط ولتاژ پایین با استفاده از شیرآلات برش ولتاژ پایین یا فیوز‌های نصب شده در طرف ولتاژ پایین عمل کنند.

در زمان عملکرد، باید از آمپرمترهای کلیپی برای اندازه‌گیری جریان‌های بار سه‌فاز به طور منظم استفاده شود و بررسی شود که عدم تعادل در حد مجاز باقی بماند. اگر عدم تعادل از حد مجاز بیشتر شود، باید بلافاصله توزیع مجدد بار انجام شود تا به حالت مجاز برگردد.

باید بر اساس مقررات، بازرسی‌های معمولی ترانسفورماتورهای توزیع نیم‌رسانا نوع H59/H61 انجام شود، شامل بررسی رنگ روغن، سطح روغن و دمای روغن برای وضعیت عادی و بررسی رسوخ روغن. سطح خازنه‌ها باید برای نشانه‌های فلاشر یا خروجی بررسی شود. هر گونه ناهماهنگی باید بلافاصله برطرف شود. باید به طور دوره‌ای ظاهر خارجی ترانسفورماتور، به ویژه خازنه‌ها، تمیز شود تا آلودگی‌ها و آلاینده‌ها حذف شوند.

قبل از فصل صاعقه‌های سالانه، محافظ‌های ضدصاعقه ولتاژ بالا و پایین و هادی‌های زمینی باید به طور کامل بررسی شوند. محافظ‌های غیرمطابق باید جایگزین شوند. هادی‌های زمینی نباید سیمهای شکسته، جوش‌های ضعیف یا شکاف‌هایی داشته باشند. نباید از سیم آلومینیوم استفاده شود؛ بلکه هادی‌های زمینی باید از فولاد گرد قطر ۱۰-۱۲ میلی‌متر یا فولاد مسطح ۳۰×۳ میلی‌متر ساخته شوند.

مقاومت زمین باید در طول فصل خشک زمستان (بعد از حداقل یک هفته آب و هوای پاک مداوم) هر ساله تست شود. سیستم‌های زمینی غیرمطابق باید اصلاح شوند. در زمان اتصال پین‌های انتهایی ترانسفورماتور به رسانه‌های هوایی در طرف ولتاژ بالا و پایین، باید از اتصال‌دهنده‌های گذار مس-آلومینیوم یا گیره‌های تجهیزات مس-آلومینیوم استفاده شود. قبل از اتصال، سطوح تماس این اتصال‌دهنده‌ها باید با کاغذ شن شماره ۰ صیقل شده و با مقدار مناسبی چربی رسانا پوشش داده شوند.

عملیات تغییر تنظیم ترانسفورماتورهای توزیع نیم‌رسانا نوع H59/H61 باید به طور دقیق مطابق مقررات انجام شود. بعد از تنظیم، نباید ترانسفورماتور بلافاصله دوباره برق داده شود. باید مقاومت‌های مستقیم تمام فازها قبل و بعد از عملیات با استفاده از پل ویتستن استون بررسی شوند. اگر تغییر قابل توجهی مشاهده نشود، مقادیر مقاومت مستقیم فاز به فاز و خط به خط پس از عملیات باید مقایسه شوند: اختلاف فازی نباید بیش از ۴٪ و اختلاف خطی نباید کمتر از ۲٪ باشد. اگر این معیارها برقرار نباشند، باید دلیل آن شناسایی و اصلاح شود. فقط پس از برقراری این شرایط، ترانسفورماتور توزیع نیم‌رسانا نوع H59/H61 می‌تواند به خدمت بازگردد.