Анализ неисправностей трансформаторов H59/H61 и меры защиты

1. Причины повреждения масляных распределительных трансформаторов H59/H61 в сельском хозяйстве

1.1 Повреждение изоляции
В сельском электроснабжении часто используется система напряжением 380/220 В. Из-за высокой доли однофазных нагрузок масляные распределительные трансформаторы H59/H61 часто работают при значительном дисбалансе трехфазной нагрузки. Во многих случаях степень дисбаланса трехфазной нагрузки значительно превышает допустимые пределы, установленные правилами эксплуатации, что приводит к преждевременному старению, ухудшению и, в конечном итоге, отказу изоляции обмоток, вызывая их перегорание.

При длительной перегрузке, коротких замыканиях на стороне низкого напряжения или внезапном увеличении нагрузки, а также отсутствии защитных устройств на стороне низкого напряжения—при этом плавкие предохранители на стороне высокого напряжения не срабатывают своевременно (или вообще не срабатывают)—трансформаторы вынуждены пропускать токи, значительно превышающие номинальный (иногда в несколько раз), в течение длительного времени. Это приводит к резкому повышению температуры, ускоряющему старение изоляции и, в конечном итоге, приводящему к перегоранию обмоток.

После длительной эксплуатации уплотнительные элементы, такие как резиновые шарики и прокладки, в масляных распределительных трансформаторах H59/H61 стареют, трескаются и теряют свою эффективность. Если это не обнаружено и не исправлено вовремя, это приводит к утечкам масла и снижению уровня масла. Влага из воздуха затем попадает в изоляционное масло в больших количествах, резко снижая его диэлектрическую прочность. В условиях серьезного недостатка масла переключатель отпайки может оказаться под воздействием воздуха, впитать влагу и вызвать разряды или короткие замыкания, приводящие к перегоранию трансформатора.

Недостаточные производственные процессы, такие как неполное пропитывание лаком между слоями обмоток (или использование некачественного изоляционного лака), недостаточная сушка или ненадежная сварка соединений обмоток, оставляют скрытые дефекты изоляции в масляных распределительных трансформаторах H59/H61. Кроме того, при вводе в эксплуатацию или техническом обслуживании может быть добавлено некачественное изоляционное масло, или в него могут попасть влага и загрязнения, что ухудшает качество масла и снижает прочность изоляции. Со временем это может привести к пробою изоляции и перегоранию масляного распределительного трансформатора H59/H61.

1.2 Перенапряжение
Сопротивление заземления молниезащиты не соответствует требуемым стандартам. Даже если оно было соответствующим при вводе в эксплуатацию, коррозия, окисление, разрушение или плохая сварка стальных элементов системы заземления со временем могут привести к значительному увеличению сопротивления заземления, что приводит к повреждению трансформатора при ударе молнии.

Неправильная конфигурация молниезащиты является распространенной проблемой: многие сельские масляные распределительные трансформаторы H59/H61 оснащены только одним комплектом высоковольтных ограничителей перенапряжения на стороне высокого напряжения. Поскольку сельские системы электроснабжения почти исключительно используют трансформаторы с соединением Yyn0, удары молнии могут вызывать как прямые, так и обратные преобразовательные перенапряжения. Без ограничителей перенапряжения на стороне низкого напряжения эти перенапряжения значительно увеличивают риск повреждения трансформатора.

В сельской системе электроснабжения 10 кВ существует относительно высокая вероятность феррорезонанса. Во время резонансных перенапряжений ток на стороне первичной обмотки масляных распределительных трансформаторов H59/H61 резко возрастает, что может привести к перегоранию обмоток или пробою изоляторов, а иногда и к взрыву.

1.3 Тяжелые условия эксплуатации
В периоды летней жары или при длительной работе масляных распределительных трансформаторов H59/H61 под перегрузкой, температура масла сильно повышается. Это существенно ухудшает теплоотдачу, ускоряет старение, ухудшение и отказ изоляции, что в конечном итоге сокращает срок службы трансформатора.

1.4 Неправильная работа или низкое качество переключателя отпайки
Электрические нагрузки в сельской местности рассредоточены, имеют высокую сезонность, с большими колебаниями между пиками и спадами, а также длинными линиями низкого напряжения, что приводит к значительным колебаниям напряжения. В результате сельские электрики часто вручную регулируют переключатели отпайки масляных распределительных трансформаторов H59/H61. Большинство этих регулировок не следуют установленным процедурам, и после регулировки редко измеряются и сравниваются значения постоянного сопротивления каждой фазы перед повторным включением. В результате многие трансформаторы страдают от неправильно установленных переключателей отпайки или плохого контакта, что приводит к резкому увеличению контактного сопротивления и перегоранию переключателя отпайки.

Низкокачественные переключатели отпайки, с недостаточным контактом между неподвижными и подвижными контактами, или несоответствием внешних индикаторов положения фактическим внутренним положениям, могут вызывать разряды или короткие замыкания после включения, что приводит к разрушению переключателя отпайки или даже всей обмотки.

1.5 Проблемы заземления сердечника трансформатора
Из-за врожденных проблем качества масляных распределительных трансформаторов H59/H61, изоляционный лак между пластинами из электротехнической стали со временем стареет или преждевременно ухудшается по другим причинам, что приводит к многоточечному заземлению сердечника и, в конечном итоге, к повреждению.

1.6 Длительная работа под перегрузкой
С развитием сельской экономики потребность в электроэнергии значительно возросла. Однако новые масляные распределительные трансформаторы H59/H61 не были своевременно установлены, и существующие единицы не были заменены на модели с большей мощностью. В результате текущие трансформаторы работают под хронической перегрузкой. В сочетании с высокой долей однофазных нагрузок в сельской местности, что препятствует сбалансированной трехфазной нагрузке, одна фаза часто подвергается серьезному долгосрочному перегрузке, а ток нулевой линии значительно превышает допустимые пределы. Эти условия в конечном итоге приводят к перегоранию масляного распределительного трансформатора H59/H61.

2. Меры предосторожности
Согласно соответствующим нормативам, каждый масляный распределительный трансформатор типа H59/H61 должен быть оснащен тремя основными защитами: от грозовых разрядов, коротких замыканий и перегрузок. Защита от грозовых разрядов требует установки ограничителей перенапряжения на высоковольтной и низковольтной сторонах, при этом предпочтительно использовать оксид-цинковые (ZnO) ограничители. Защиту от коротких замыканий и перегрузок следует рассматривать отдельно: высоковольтные падающие предохранители должны в основном защищать от внутренних коротких замыканий, а перегрузки и короткие замыкания на низковольтной стороне должны обрабатываться низковольтными автоматическими выключателями или предохранителями, установленными на низковольтной стороне.

Во время эксплуатации следует регулярно использовать клещи-амперметры для измерения трехфазных нагрузочных токов и проверки, находится ли дисбаланс в пределах нормативных значений. Если дисбаланс превышает допустимые значения, необходимо немедленно выполнить перераспределение нагрузки, чтобы привести его в соответствие с требованиями.

Регламентированные технические осмотры масляных распределительных трансформаторов типа H59/H61 должны проводиться в соответствии с нормативами, проверяя цвет, уровень и температуру масла на предмет их нормальности, а также наличие утечек масла. Поверхности изоляторов должны проверяться на наличие следов пробоя или разрядов. Любые аномалии должны быть немедленно устранены. Внешняя поверхность трансформатора, особенно изоляторы, должна периодически очищаться от загрязнений и посторонних веществ.

Перед началом сезона гроз ежегодно необходимо провести тщательную проверку высоковольтных и низковольтных ограничителей перенапряжения и заземляющих спусковых проводников. Несоответствующие ограничители должны быть заменены. Заземляющие спусковые проводники не должны иметь оборванных жил, некачественных сварных швов или трещин. Алюминиевые провода не должны использоваться; вместо этого заземляющие проводники должны быть изготовлены из круглой стали диаметром 10–12 мм или плоской стали размером 30×3 мм.

Сопротивление заземления должно проверяться ежегодно в сухую зимнюю погоду (после как минимум одной недели ясной погоды). Несоответствующие системы заземления должны быть исправлены. При подключении контактных болтов трансформатора к воздушным линиям на высоковольтной и низковольтной сторонах необходимо использовать медно-алюминиевые переходные соединители или медно-алюминиевые зажимы. Перед подключением контактные поверхности этих соединителей должны быть отшлифованы нулевой наждачной бумагой и покрыты соответствующим количеством контактной смазки.

Операции с переключателем ответвлений на масляных распределительных трансформаторах типа H59/H61 должны строго соблюдаться в соответствии с нормативами. После регулировки трансформатор не должен немедленно включаться в работу. Вместо этого необходимо сравнить сопротивление постоянному току всех фаз до и после операции с помощью моста Уитстона. Если значительных изменений не наблюдается, необходимо сравнить значения сопротивления между фазами и между линиями после операции: разница между фазами не должна превышать 4%, а между линиями — менее 2%. Если эти критерии не выполняются, причина должна быть выявлена и устранена. Только после выполнения этих требований масляный распределительный трансформатор типа H59/H61 может быть возвращен в эксплуатацию.