¿Cuáles son los métodos para reducir la tasa de fallos de los transformadores de corriente al aire libre?

1. Investigación de las Razones y el Antecedente
1.1 Importancia de los Transformadores de Corriente

Los transformadores de corriente desempeñan un papel de transformación de corriente y aislamiento eléctrico. Convierten la gran corriente del sistema primario en una corriente secundaria proporcional más pequeña, que se suministra a instrumentos de medición, protección por relés y dispositivos automáticos. En el sistema de energía, el papel de los transformadores de corriente es insustituible y juega un papel clave en la operación segura y estable de la red eléctrica.

1.2 Entorno de Trabajo Adverso de los Transformadores de Corriente Externos

Los transformadores de corriente externos a menudo soportan entornos eléctricos y naturales anormales, por lo que su tasa de fallas tiende a ser alta. Debido a las condiciones prácticas, el control del entorno eléctrico y natural es limitado. Por lo tanto, es aún más necesario asegurar la confiabilidad de su conexión en el sistema primario para adaptarse mejor al entorno.

1.3 Tecnología Tradicional Imperfecta de los Transformadores de Corriente Externos

Para la conexión entre el cabezal de pila de los transformadores de corriente externos y las barras de cobre, la superficie de contacto no es suficiente. Durante la operación externa a largo plazo, si la conexión es buena y confiable afecta directamente la capacidad de carga de la línea. Una superficie de contacto pequeña, un mal contacto y una resistencia de contacto excesiva pueden causar generación de calor. Si no se descubre y maneja a tiempo, puede quemar el cabezal de pila y la barra de cobre conectada. La sobrecarga a largo plazo y temperaturas extremadamente altas incluso pueden quemar el transformador de corriente externo.

2. Estado de Fallas de los Transformadores de Corriente en Subestaciones Bajo la Jurisdicción de una Cierta Oficina de Suministro de Energía

Hay un total de cinco subestaciones externas bajo la jurisdicción de una cierta oficina de suministro de energía. Entre ellas, en las líneas de salida de 10kV y el lado de baja tensión del transformador principal de las Subestaciones 1 y 2 de 35kV, hay 33 transformadores de corriente post-type secos al aire libre del modelo LBZW - 10. Los cabezales de conexión son de tipo tornillo, y las barras de aluminio (cobre) conectadas se fijan en los tornillos mediante dos tuercas superiores e inferiores. Se han producido múltiples fallas como generación de calor en los cabezales de pila y las barras de aluminio (cobre) conectadas, e incluso fusión de barras de aluminio y daño a los transformadores de corriente.

A través del análisis estadístico de las fallas y defectos del equipo principal de la Subestación 1 en 2008, 2009 y 2010: entre los cinco tipos de equipos principales, es decir, transformadores de corriente, transformadores principales, interruptores de seccionamiento y transformadores de voltaje, la proporción de fallas de los transformadores de corriente es del 28%, lo que es la más alta. Esto muestra que, bajo las mismas condiciones de operación, los transformadores de corriente son más propensos a fallas que otros equipos. El análisis en profundidad muestra que el número de fallas en estos tres años está directamente relacionado con el tiempo. Los detalles específicos se muestran en la siguiente tabla.

Se puede ver intuitivamente en la tabla que las fallas se concentran en la temporada de lluvias de mayo a agosto (especialmente en junio). El promedio mensual de fallas en tres años alcanza 1.17 veces, lo que indica que cuanto mayor sea la carga de la línea, más propensos serán los transformadores de corriente a fallas.

El análisis en profundidad del número de ocurrencias de fallas muestra que los factores de falla principales son: desde 2008 hasta 2010, 14 fallas fueron causadas por fallos en las uniones de los transformadores de corriente, y 2 fallas fueron causadas por rayos y otros factores. Excepto por los dos casos de daño directo por rayos en 2008 y 2009, los otros puntos de falla están en las conexiones entre los cabezales de pila y las barras de aluminio (cobre).

Los principales métodos de manejo de fallas son: reapretar tornillos y reemplazar tuercas y arandelas dañadas; reemplazar barras de aluminio dañadas; reemplazar el transformador de corriente (cuando el cabezal de pila está dañado y la prueba de aislamiento falla). Sin embargo, estos métodos no pueden eliminar fundamentalmente tales fallas.

3. Análisis de las Causas de las Fallas de los Transformadores de Corriente y Contramedidas

A través del análisis, se cree que hay cuatro causas principales de las fallas en los transformadores de corriente externos de 10kV:

3.1 Razones de Equipo

La estructura del propio transformador de corriente es irrazonable.

3.2 Razones Humanas

El nivel técnico del personal de mantenimiento no es alto, y el mantenimiento diario no está en su lugar.

3.3 Problemas de Método

Resolver fallas basándose en la experiencia, careciendo de métodos dirigidos.

3.4 Factores de Enlace

Los transformadores de corriente operan bajo alta carga durante mucho tiempo, y la subestación está ubicada en una zona montañosa húmeda, por lo que las uniones son propensas a la corrosión y oxidación.

Se confirma que la causa principal es la estructura irrazonable del propio transformador de corriente. La superficie de contacto entre el cabezal de pila de tipo tornillo y la barra de cobre es demasiado pequeña, lo que es la razón principal para la fusión de la barra de aluminio y el daño térmico del transformador de corriente. Mejorar la condición de conexión entre el cabezal de pila del transformador de corriente externo y la barra de cobre, aumentar el área de contacto y reducir la resistencia de contacto se han convertido en las direcciones de mejora. Inicialmente, se prevé diseñar un abrazadera de conexión para lograr esto.

4. Implementación Específica
4.1 Determinar la Especificación de la Abrazadera de Conexión

De acuerdo con el diámetro exterior del tornillo (12mm, rosca gruesa) del cabezal de pila del transformador de corriente externo de 10kV en la Subestación 1, se personaliza una abrazadera de conexión de doble orificio de poste de cobre del fabricante, con el modelo M - 12.

4.2 Instalación y Verificación de Prueba

Instalar la abrazadera de conexión mejorada que cumple con la norma GB - 2314 - 2008 en el área de prueba del departamento en el transformador de corriente de prueba. Se encuentra que puede estar en contacto estrecho con el cabezal de pila y expandir el área de contacto.

4.3 Aplicación de Prueba en Toda la Subestación

Atornillar la abrazadera de conexión de doble orificio de poste de cobre al tornillo del transformador de corriente, y apretar el tornillo de fijación para asegurar el área de contacto y la firmeza de la conexión, y reducir la resistencia de contacto. Realizar una prueba en toda la subestación en la Subestación 1 para mejorar la condición de conexión entre el cabezal de pila del transformador de corriente externo y la barra de cobre.

5. Inspección de Efectividad

Después de medio año de operación real y observación y análisis de la instalación de la abrazadera de conexión de doble orificio de poste de cobre en los cabezales de pila de los transformadores de corriente externos de 10kV en toda la Subestación 1, se llegan a las siguientes conclusiones:

5.1 Mejora del Área de Contacto

Antes de la mejora, el área de contacto entre el cabezal de pila y la barra de cobre era de 2.26cm². Después de la mejora, es de 15cm², y la tasa de expansión alcanza el 563.7%.

5.2 Reducción de la Resistencia de Contacto

Medido con un instrumento de medición de resistencia de bucle, la resistencia de contacto cuando el cabezal de pila fija directamente la barra de aluminio antes de la mejora es de 608µΩ. Después de la mejora (fijado con una abrazadera de conexión de doble orificio de poste de cobre), es de 460µΩ, y la tasa de reducción alcanza el 24.3%.

5.3 Reducción de Temperatura

Bajo la misma carga (150A), el valor de medición de temperatura por imagen infrarroja antes de la mejora es de 52°C, y después de la mejora, es de 46°C, y la tasa de reducción de temperatura es del 11.5%.

5.4 Reducción de la Tasa de Fallas

Seguimiento e investigación de los transformadores de corriente mejorados. Las estadísticas de fallas durante la temporada de lluvias (de mayo a agosto) muestran que: el número total de fallas antes de la mejora es de 14 veces (un promedio de 3.67 veces por mes), y el número total de fallas después de la mejora es de 1 vez (causada por un rayo en junio). El número de fallas durante la temporada de lluvias ha disminuido de casi 1.17 veces por mes a 0.25 veces por mes.

Después de la transformación, excepto por la falla causada por un rayo, no se han producido fallas como generación de calor y quema. La proporción del número de fallas de los transformadores de corriente entre el equipo principal ha disminuido a menos del 15%.La instalación de la abrazadera de conexión de doble orificio de poste de cobre mejorada en los cabezales de pila de los transformadores de corriente externos de 10kV en toda la Subestación 1 aumenta el área de contacto, reduce la resistencia de contacto y reduce exitosamente la tasa de fallas de los transformadores de corriente externos.

Calculado basado en una línea de 10kV sin energía durante 12 horas, una corriente de 200A, y un precio de electricidad de 0.5 yuan, cada reducción de un corte de energía puede aumentar la tarifa de electricidad en aproximadamente más de 20,000 yuan. Diez veces puede alcanzar más de 200,000 yuan, lo que no solo mejora la confiabilidad del suministro de energía, sino que también aporta enormes beneficios económicos a la empresa.