Аналіз відмов трансформаторів H59/H61 та заходи захисту

1. Причини пошкодження аграрних масляних трансформаторів H59/H61

1.1 Повреждение изоляции
У сільському електропостачанні часто використовуються системи з напругою 380/220 В. Через велику частку однофазних навантажень масляні розподільні трансформатори H59/H61 часто працюють при значному нерівноваженні трьохфазного навантаження. У багатьох випадках ступінь нерівноваження трьохфазного навантаження значно перевищує допустимі межі, що призводить до раннього старіння, погіршення і, нарешті, відмови ізоляції обмоток, що призводить до перегоріння.

При тривалому перенавантаженні масляних розподільних трансформаторів H59/H61, аваріях на стороні низької напруги або несподіваному значному збільшенні навантаження, а також відсутності захисних пристроїв на стороні низької напруги, а дрібні паличкові випадкові автомати на стороні високої напруги не працюють швидко (або взагалі), трансформатори змушені пропускати аварійні струми, які значно перевищують номінальні (иноді в кілька разів). Це призводить до гострого підвищення температури, прискореного старіння ізоляції і, нарешті, перегоріння обмоток.

Після довготривалої експлуатації у масляних розподільних трансформаторах H59/H61 герметичні компоненти, такі як резинові кільця та прокладки, старіють, тріщать і втрачають свою ефективність. Якщо це не виявлено та не замінено вчасно, це призводить до витоку масла і падіння його рівня. З повітря в великій кількості потрапляє волога, що значно знижує диелектричну стійкість масла. У складних умовах дефіциту масла, комутатор напруги може опинитися на повітрі, вберати вологу, що призводить до пробою чи короткого замикання, знищення трансформатора.

Недосконалі технологічні процеси, такі як неповне пропітання лаком між шарами обмоток (або низькоякісний ізоляційний лак), недостатня сушка або ненадійне зварювання з'єднань обмоток, залишають приховані дефекти ізоляції в масляних розподільних трансформаторах H59/H61. Також, при введенні в експлуатацію або під час обслуговування, може бути додано низькоякісне ізоляційне масло, або волога та забруднювачі можуть потрапити в масло, що погіршує якість масла і зменшує стійкість ізоляції. Со временем это может привести к пробою изоляции и выгоранию маслонаполненного распределительного трансформатора H59/H61.

1.2 Перенапруга
Опір заземлення від грозових ударів не відповідає вимогам. Навіть якщо він спочатку був відповідним при введенні в експлуатацію, корозія, окислення, злам або погана зварка сталевих компонентів системи заземлення з часом можуть призвести до значного збільшення опору заземлення, що призводить до пошкодження трансформатора під час грозових ударів.

Неправильна конфігурація захисту від грозових ударів є поширеною: багато сільських масляних розподільних трансформаторів H59/H61 оснащені лише одним набором високонапійних відсувачів на стороні високої напруги. Оскільки сільські електросистеми практично виключно використовують трансформатори з Yyn0-зв'язком, грозові ударі можуть викликати как прямые, так и обратные перенапряжения. Без відсувачів на стороні низької напруги, ці перенапруги значно збільшують ризик пошкодження трансформатора.

Сільська електросистема з напругою 10 кВ має відносно високу ймовірність ферорезонансу. Під час резонансних перенапруг, струм на стороні первинної обмотки масляних розподільних трансформаторів H59/H61 сильно зростає, що може призвести до перегоріння обмоток або вибуху втулок.

1.3 Складні умови експлуатації
У періоди високих температур літом або при тривалому перенавантаженні масляних розподільних трансформаторів H59/H61, температура масла значно зростає. Це сильно порушує теплообмін, прискорює старіння, погіршення і відмову ізоляції, що нарешті скорочує термін служби трансформатора.

1.4 Неправильна робота комутатора напруги або низька якість
Сільські електронавантаження розподілені, високосезонні, з великими коливаннями від піку до долини і довгими лініями низької напруги, що призводить до значних коливань напруги. В результаті, сільські електрики часто вручну регулюють комутатори напруги масляних розподільних трансформаторів H59/H61. Більшість таких регулювань не відповідає встановленим процедурам, і після регулювання рідко вимірюються і порівнюються значення ДС-опору кожного фази перед повторним підключенням. В результаті, багато трансформаторів мають неправильно встановлені комутатори напруги або поганий контакт, що призводить до гострого зростання опору контакту і перегоріння комутатора напруги.

Низькоякісні комутатори напруги, з недостатнім контактом між стаціонарними та рухливими контактами, або неправильними зовнішніми показчиками положення відносно фактичного внутрішнього положення, можуть призвести до пробою чи короткого замикання після підключення, що призводить до знищення комутатора напруги або навіть всієї обмотки.

1.5 Проблеми з заземленням серцевини трансформатора
Завдяки власним проблемам якості масляних розподільних трансформаторів H59/H61, ізоляційний лак між пластинами силиконової сталі з часом старіє або погіршується через інші причини, що призводить до багатоточкового заземлення серцевини і, нарешті, до пошкодження.

1.6 Тривала робота при перенавантаженні
З розвитком сільської економіки, потреба в електроенергії значно зросла. Однак, нові масляні розподільні трансформатори H59/H61 не були своєчасно встановлені, а існуючі моделі не були замінені на більш вмісткі. В результаті, поточні трансформатори працюють при хронічному перенавантаженні. Разом з високою часткою однофазних навантажень у сільських районах, що не дозволяє балансувати трьохфазне навантаження, одна фаза часто досить довго перенавантажена, а струм нейтральної лінії значно перевищує дозволені межі. Ці умови нарешті призводять до перегоріння масляних розподільних трансформаторів H59/H61.

2. Захист
Згідно з відповідними регуляторними документами, кожний масляний трансформатор H59/H61 повинен бути оснащений трьома основними захистами: від блискавок, коротких замикань та перегрузок. Для захисту від блискавок на обох сторонах — високовольтній та низьковольтній — необхідно встановлювати грозозахисні пристрої, з перевагою для оксидно-цинкових (ZnO) пристроїв. Захист від коротких замикань та перегрузок повинен розглядатися окремо: високовольтні падаючі запалювачі повинні головним чином захищати від внутрішніх коротких замикань, а перегрузки та короткі замикання на низьковольтній стороні повинні обслуговуватися низьковольтними автоматичними вимикачами або запалювачами, встановленими на низьковольтній стороні.

Під час експлуатації регулярно слід використовувати кліщеві амперметри для виміру струмів навантаження трьох фаз та перевірки, чи залишається розбалансування в межах регуляторних норм. Якщо розбалансування перевищує допустимі значення, відразу ж повинна бути проведена редистрибуція навантаження, щоб повернути його до відповідності.

Рутинні перевірки масляних трансформаторів H59/H61 повинні проводитися згідно з регуляторними документами, перевіряючи колір, рівень та температуру масла на нормальність та наявність витоків масла. Поверхні ізоляторів повинні перевірятися на наявність слідів пробою або розрядів. Будь-які відхилення повинні бути вирішені негайно. Зовнішня поверхня трансформатора, особливо ізолятори, повинна переодично очищатися від бруду та забруднювачів.

Перед початком сезону гроз, грозозахисні пристрої високого та низького напруги, а також земляні провідники, повинні бути тщательно перевірені. Несправні грозозахисні пристрої повинні бути замінені. Земляні провідники не повинні мати порвані дроти, погані сварні з'єднання або тріщини. Не можна використовувати алюмінієвий дріт; замість цього, земляні провідники повинні бути виготовлені з круглої сталі діаметром 10–12 мм або плоскої сталі 30×3 мм.

Опір землі повинен перевірятися щорічно під час сухої зимової погоди (після принаймні тижня безперервної ясної погоди). Несправні системи заземлення повинні бути виправлені. При з'єднанні контактних шпилек трансформатора з надпровідниками високої та низької напруги, повинні використовуватися медно-алюмінієві переходні з'єднувачі або медно-алюмінієві клемні з'єднувачі. Перед з'єднанням, поверхні контактів цих з'єднувачів повинні бути поліровані папір'ям № 0 та покриті відповідною кількістю провідного жиру.

Операції з перемикання кроків напруги на масляних трансформаторах H59/H61 повинні строго дотримуватися регуляторних документів. Після налаштування трансформатор не може бути негайно повторно підключений. Замість цього, до та після операції повинні бути порівняні значення ДС-опору всіх фаз за допомогою місту Вітстоуна. Якщо значущих змін не спостерігається, повинні бути порівняні значення ДС-опору між фазами та лініями після операції: різниця між фазами не повинна перевищувати 4%, а різниця між лініями — менше 2%. Якщо ці критерії не виконуються, причина повинна бути виявлена та виправлена. Лише після виконання цих вимог масляний трансформатор H59/H61 може бути повернутий у службу.