چگونه می‌توان نرخ خرابی ترانسفورماتورهای جریان بیرون از ساختمان را کاهش داد

1. پژوهش دلایل و زمینه
1.1 اهمیت ترانسفورماتورهای جریان

ترانسفورماتورهای جریان نقش تبدیل جریان و عایق بندی الکتریکی را ایفا می‌کنند. آنها جریان بزرگ سیستم اصلی را به یک جریان ثانویه نسبی کوچک تبدیل می‌کنند که به دستگاه‌های اندازه‌گیری، محافظ‌های رله و دستگاه‌های خودکار تأمین می‌شود. در سیستم برق، نقش ترانسفورماتورهای جریان جایگزین‌ناپذیر است و مستقیماً نقش کلیدی در عملکرد ایمن و پایدار شبکه برق دارد.

1.2 شرایط کاری سخت ترانسفورماتورهای جریان بیرونی

ترانسفورماتورهای جریان بیرونی اغلب با محیط‌های الکتریکی و طبیعی غیرمعمول مقاومت می‌کنند، بنابراین نرخ خرابی آنها معمولاً بالاست. به دلیل شرایط عملی، قابلیت کنترل محیط‌های الکتریکی و طبیعی محدود است. بنابراین، لازم است که قابلیت اطمینان اتصال آنها در سیستم اصلی تضمین شود تا بهتر با محیط سازگار شوند.

1.3 فناوری سنتی ناقص ترانسفورماتورهای جریان بیرونی

برای اتصال بین سر ستون ترانسفورماتورهای جریان بیرونی و میله‌های مس، سطح تماس کافی نیست. در طول عملکرد بلندمدت در بیرون، صحت و قابلیت اطمینان اتصال مستقیماً تأثیرگذار بر ظرفیت خط است. سطح تماس کوچک، تماس ضعیف و مقاومت تماس زیاد می‌تواند منجر به گرم شدن شود. اگر به موقع کشف و رسیدگی نشود، سر ستون و میله مس متصل به آن سوزانده می‌شود. بارگذاری طولانی مدت و دمای بسیار بالا حتی می‌تواند ترانسفورماتور جریان بیرونی را سوزانده شود.

2. وضعیت خرابی ترانسفورماتورهای جریان در زیرстанسیون‌های تحت نظارت یک اداره تامین برق

در مجموع پنج زیرستانسیون بیرونی تحت نظارت یک اداره تامین برق وجود دارد. در میان آنها، در خطوط 10kV خروجی و سمت پایین ولتاژ ترانسفورماتور اصلی زیرستانسیون 35kV شماره 1 و 2، 33 ترانسفورماتور جریان بیرونی خشک نوع LBZW - 10 وجود دارد. سر ستون‌ها از نوع پیچ و میله‌های آلومینیوم (مس) از طریق دو مهره بالا و پایین روی پیچ‌ها ثابت می‌شوند. خرابی‌هایی مانند گرم شدن سر ستون‌ها و میله‌های آلومینیوم (مس) متصل به آن و حتی ذوب میله‌های آلومینیوم و خرابی ترانسفورماتورهای جریان چندین بار رخ داده است.

با تحلیل آماری خرابی‌ها و نقص‌های تجهیزات اصلی زیرستانسیون 1 در سال‌های 2008، 2009 و 2010: در میان پنج نوع تجهیزات اصلی شامل ترانسفورماتورهای جریان، ترانسفورماتورهای اصلی، جداکننده‌ها و ترانسفورماتورهای ولتاژ، نسبت خرابی ترانسفورماتورهای جریان 28٪ است که بالاترین میزان است. این نشان می‌دهد که تحت شرایط عملیاتی یکسان، ترانسفورماتورهای جریان به خرابی بیشتری نسبت به تجهیزات دیگر میل دارند. تحلیل عمیق‌تر نشان می‌دهد که تعداد خرابی‌ها در این سه سال مستقیماً با زمان مرتبط است. جزئیات خاص در جدول زیر نشان داده شده است.

می‌توان از جدول مشاهده کرد که خرابی‌ها در فصل سیلاب (از ماه مه تا اوت، به ویژه در ژوئن) متمرکز هستند. میانگین ماهانه تعداد خرابی‌ها در سه سال 1.17 بار است که نشان می‌دهد هر چه بار خط بیشتر باشد، ترانسفورماتورهای جریان بیشتر میل به خرابی دارند.

تحلیل عمیق‌تر تعداد وقوع خرابی‌ها نشان می‌دهد که عوامل اصلی خرابی: از 2008 تا 2010، 14 خرابی به دلیل نقص در اتصالات ترانسفورماتورهای جریان و 2 خرابی به دلیل ضربات برق و عوامل دیگر است. به جز دو مورد خرابی مستقیم به دلیل ضربات برق در سال‌های 2008 و 2009، نقاط خرابی دیگر در اتصالات بین سر ستون‌ها و میله‌های آلومینیوم (مس) هستند.

روش‌های اصلی رسیدگی به خرابی‌ها عبارتند از: دوباره گرفتن پیچ‌ها و تعویض مهره‌ها و واشرهای خراب؛ تعویض میله‌های آلومینیوم خراب؛ تعویض ترانسفورماتور جریان (وقتی سر ستون خراب شده و آزمون عایق بندی ناموفق است). با این حال، این روش‌ها نمی‌توانند به طور اساسی چنین خرابی‌هایی را حذف کنند.

3. تحلیل دلایل خرابی ترانسفورماتورهای جریان و راهکارها

با تحلیل، معتقدیم که چهار دلیل اصلی خرابی ترانسفورماتورهای جریان 10kV بیرونی وجود دارد:

3.1 دلایل تجهیزات

ساختار خود ترانسفورماتور جریان منطقی نیست.

3.2 دلایل انسانی

سطح تکنیکی نگهداری توسط کارکنان بالا نیست و نگهداری روزانه کامل نیست.

3.3 مشکلات روش

حل خرابی‌ها بر اساس تجربه و بدون روش‌های هدفمند.

3.4 عوامل پیوندی

ترانسفورماتورهای جریان برای مدت طولانی تحت بار بالا عمل می‌کنند و زیرستانسیون در منطقه کوهستانی مرطوب قرار دارد، بنابراین اتصالات آسیب‌پذیر به خوردگی و اکسیداسیون هستند.

تأیید شده است که دلیل اصلی ساختار نامناسب خود ترانسفورماتور جریان است. سطح تماس بین سر ستون پیچی و میله مس بسیار کوچک است که این دلیل اصلی ذوب میله آلومینیوم و خرابی حرارتی ترانسفورماتور جریان است. بهبود شرایط اتصال بین سر ستون ترانسفورماتور جریان بیرونی و میله مس، افزایش سطح تماس و کاهش مقاومت تماس به عنوان جهت‌های بهبود تعیین شده‌اند. ابتدا برنامه‌ریزی شده است که یک کلمه‌بند برای اتصال طراحی شود.

4. اجرای مخصوص
4.1 تعیین مشخصات کلمه‌بند

بر اساس قطر خارجی پیچ (12mm، پیچ درشت) سر ستون ترانسفورماتور جریان 10kV بیرونی زیرستانسیون 1، یک کلمه‌بند دو سوراخ از سازنده سفارش داده شد با مدل M - 12.

4.2 نصب آزمایشی و تأیید

کلمه‌بند بهبود یافته که به استاندارد GB - 2314 - 2008 مطابقت دارد را در منطقه آزمایشی بخش روی ترانسفورماتور جریان آزمایشی نصب کرد. مشاهده شد که می‌تواند با سر ستون تماس تنگاتنگ داشته باشد و سطح تماس را گسترش دهد.

4.3 آزمایش کامل زیرستانسیون

کلمه‌بند مس دو سوراخ را به پیچ ترانسفورماتور جریان پیچید و پیچ ثابت‌ساز را گرفت تا سطح تماس و استحکام اتصال تضمین شود و مقاومت تماس کاهش یابد. آزمایش کامل زیرستانسیون 1 را انجام داد تا شرایط اتصال بین سر ستون ترانسفورماتور جریان بیرونی و میله مس بهبود یابد.

5. بررسی اثر

پس از نیم سال عملکرد واقعی و مشاهده و تحلیل نصب کلمه‌بند دو سوراخ بر سر ستون‌های ترانسفورماتورهای جریان 10kV بیرونی کل زیرستانسیون 1، نتایج زیر به دست آمد:

5.1 بهبود سطح تماس

قبل از بهبود، سطح تماس بین سر ستون و میله مس 2.26cm² بود. بعد از بهبود، 15cm² است و نسبت گسترش 563.7٪ است.

5.2 کاهش مقاومت تماس

با استفاده از دستگاه اندازه‌گیری مقاومت حلقه، مقاومت تماس وقتی سر ستون مستقیماً میله آلومینیوم را ثابت می‌کند قبل از بهبود 608μΩ است. بعد از بهبود (ثابت شده با کلمه‌بند مس دو سوراخ)، 460μΩ است و نسبت کاهش 24.3٪ است.

5.3 کاهش دما

در بار یکسان (150A)، مقدار اندازه‌گیری دما با تصویربرداری مادون قرمز قبل از بهبود 52°C و بعد از بهبود 46°C است و نرخ کاهش دما 11.5٪ است.

5.4 کاهش نرخ خرابی

تعقیب و بررسی ترانسفورماتورهای جریان بهبود یافته. آمار خرابی‌ها در فصل سیلاب (مه تا اوت) نشان می‌دهد که: تعداد کل خرابی‌ها قبل از بهبود 14 بار (میانگین 3.67 بار در ماه) و تعداد کل خرابی‌ها بعد از بهبود 1 بار (به دلیل ضربه برق در ژوئن) است. تعداد خرابی‌ها در فصل سیلاب از نزدیک به 1.17 بار در ماه به 0.25 بار در ماه کاهش یافته است.

بعد از تغییر، به جز خرابی ناشی از ضربه برق، هیچ خرابی‌ای مانند گرم شدن و سوزاندن رخ نداده است. نسبت تعداد خرابی‌های ترانسفورماتورهای جریان از میان تجهیزات اصلی کمتر از 15٪ شده است. نصب کلمه‌بند مس دو سوراخ بهبود یافته بر سر ستون‌های ترانسفورماتورهای جریان 10kV بیرونی کل زیرستانسیون 1 سطح تماس را افزایش داد، مقاومت تماس را کاهش داد و به موفقیت کاهش نرخ خرابی ترانسفورماتورهای جریان بیرونی انجامید.با توجه به اینکه خط 10kV برای 12 ساعت بدون برق بود، جریان 200A و قیمت برق 0.5 یوان، هر کاهش یک قطع برق می‌تواند مبلغ حدود 20,000 یوان افزایش دهد. ده بار می‌تواند به بیش از 200,000 یوان برسد، که نه تنها قابلیت اطمینان تامین برق را بهبود می‌بخشد بلکه سود اقتصادی عظیمی نیز برای شرکت ایجاد می‌کند.