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

1. پژوهش دلایل و پیشینه
1.1 اهمیت ترانسفورماتورهای جریان

ترانسفورماتورهای جریان نقش تبدیل جریان و جدا سازی الکتریکی را ایفا می‌کنند. آنها جریان بزرگ سیستم اصلی را به جریان ثانویه نسبی کوچکتری تبدیل می‌کنند که به دستگاه‌های اندازه‌گیری، حفاظت رله‌ای 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 محیط کار سخت ترانسفورماتورهای جریان خارجی

ترانسفورماتورهای جریان خارجی اغلب در شرایط الکتریکی و طبیعی غیرعادی مقاومت می‌کنند، بنابراین نرخ خرابی آنها معمولاً بالاست. به دلیل شرایط عملی، کنترل پذیری محیط‌های الکتریکی و طبیعی محدود است. بنابراین، ضروری‌تر است که قابلیت اطمینان اتصال آنها در سیستم اصلی تضمین شود تا بهتر با محیط تطبیق یابد.

1.3 فناوری سنتی ناقص ترانسفورماتورهای جریان خارجی

برای اتصال بین سر ستون ترانسفورماتورهای جریان خارجی و نوارهای مسی، سطح تماس کافی نیست. در طول عملکرد بلندمدت در فضای باز، صحت و قابلیت اطمینان اتصال مستقیماً بر ظرفیت خط تأثیر می‌گذارد. سطح تماس کوچک، تماس ضعیف و مقاومت تماس زیاد می‌تواند منجر به تولید گرما شود. اگر به موقع کشف و رسیدگی نشود، می‌تواند سر ستون و نوار مسی متصل شده را سوزانده و بسوزاند. بارگذاری طولانی مدت و دمای بسیار بالا حتی می‌تواند ترانسفورماتور جریان خارجی را نیز سوزانده و بسوزاند.

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

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

با تحلیل آماری خرابی‌ها و عیوب 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 در شرایط عملیاتی یکسان، ترانسفورماتورهای جریان بیشترین میزان خرابی را نسبت به تجهیزات دیگر دارند. تحلیل عمیق‌تر نشان می‌دهد که تعداد خرابی‌ها در این سه سال مستقیماً با زمان مرتبط است. جزئیات دقیق در جدول زیر نمایش داده شده است.

می‌توان به طور واضح از جدول مشاهده کرد که خرابی‌ها در فصل سیلابی از ماه مه تا اوت (به ویژه در ماه ژوئن) متمرکز شده‌اند. میانگین ماهانه تعداد خرابی‌ها در سه سال 1.17 بار است که نشان می‌دهد هرچه بار خط بیشتر باشد، ترانسفورماتورهای جریان بیشتر آسیب‌پذیر خواهند بود.

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

روش‌های اصلی رسیدگی به خرابی‌ها عبارتند از: دوباره تنظیم پیچ‌ها و تعویض مهره‌ها و لایه‌های خراب؛ تعویض نوارهای آلومینیوم خراب؛ تعویض ترانسفورماتور جریان (وقتی سر ستون خراب شده و آزمون عایق‌سازی ناموفق است). اما این روش‌ها نمی‌توانند این نوع خرابی‌ها را اساساً حذف کنند.

3. تحلیل دلایل خرابی ترانسفورماتورهای جریان و راهکارها

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

3.1 دلایل تجهیزات

ساختار خود ترانسفورماتور جریان غیرمنطقی است.

3.2 دلایل انسانی

سطح تکنیکی نگهداری توسط کارکنان بالا نیست و نگهداری روزمره کافی نیست.

3.3 مشکلات روش

حل خرابی‌ها بر اساس تجربه و بدون روش‌های هدفمند.

3.4 عوامل پیوند

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

تعیین شده است که دلیل اصلی ساختار غیرمنطقی خود ترانسفورماتور جریان است. سطح تماس بین سر ستون پیچ و نوار مسی خیلی کوچک است که این دلیل اصلی ذوب نوار آلومینیوم و خرابی حرارتی ترانسفورماتور جریان است. بهبود شرایط اتصال بین سر ستون ترانسفورماتور جریان خارجی و نوار مسی، افزایش سطح تماس و کاهش مقاومت تماس به عنوان جهت‌های بهبود در نظر گرفته شده‌اند. در ابتدا، طراحی یک گیره سیم برای دستیابی به این هدف در نظر گرفته شده است.

4. اجرای ویژه
4.1 تعیین مشخصات گیره سیم

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

4.2 نصب آزمایشی و تأیید

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

4.3 آزمایش کامل زیرستانسیون

گیره سیم دو سوراخ مسی را به پیچ ترانسفورماتور جریان پیچید و پیچ ثابت‌کننده را گرفت تا سطح تماس و استحکام اتصال تضمین شود و مقاومت تماس کاهش یابد. آزمایش کامل زیرستانسیون 1 برای بهبود شرایط اتصال بین سر ستون ترانسفورماتور جریان خارجی و نوار مسی انجام شد.

5. بررسی اثر

پس از نیم سال عملکرد واقعی و مشاهده و تحلیل نصب گیره سیم دو سوراخ روی سر ستون‌های ترانسفورماتورهای جریان 10kV خارجی در کل زیرستانسیون 1، نتایج زیر به دست آمد:

5.1 بهبود سطح تماس

قبل از بهبود، سطح تماس بین سر ستون و نوار مسی 2.26cm² بود. پس از بهبود، 15cm² شد و نسبت گسترش 563.7٪ است.

5.2 کاهش مقاومت تماس

با استفاده از دستگاه اندازه‌گیری مقاومت حلقه، مقاومت تماس وقتی سر ستون به طور مستقیم نوار آلومینیوم را ثابت می‌کرد قبل از بهبود 608μΩ بود. پس از بهبود (ثابت شده با گیره سیم دو سوراخ مسی)، 460μΩ شد و نسبت کاهش 24.3٪ است.

5.3 کاهش دمای

در همان بار (150A)، مقدار اندازه‌گیری دمای تصویربرداری فروسرخ قبل از بهبود 52°C بود و پس از بهبود 46°C شد و نرخ کاهش دما 11.5٪ است.

5.4 کاهش نرخ خرابی

پیگیری و بررسی ترانسفورماتورهای جریان بهبود یافته. آمار خرابی‌ها در طول 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 پس از بهبود 1 بار (به دلیل ضربه برق در ژوئن) است. تعداد خرابی‌ها در طول فصل سیلاب از حدود 1.17 بار در ماه به 0.25 بار در ماه کاهش یافته است.

پس از تغییر، به جز خرابی ناشی از ضربه برق، هیچ خرابی مانند گرم شدن و سوزاندن رخ نداده است. نسبت تعداد خرابی‌های ترانسفورماتورهای جریان در میان تجهیزات اصلی به کمتر از 15٪ کاهش یافته است. نصب گیره سیم دو سوراخ مسی بهبود یافته روی سر ستون‌های ترانسفورماتورهای جریان 10kV خارجی در کل زیرستانسیون 1 سطح تماس را افزایش داد، مقاومت تماس را کاهش داد و موفق به کاهش نرخ خرابی ترانسفورماتورهای جریان خارجی شد.بر اساس یک خط 10kV که 12 ساعت بدون برق می‌ماند، جریان 200A و قیمت برق 0.5 یوان، هر کاهش یک بار بی‌برقی می‌تواند مبلغ برق را حدود 20000 یوان افزایش دهد. ده بار می‌تواند به بیش از 200000 یوان برسد، که نه تنها قابلیت اطمینان تأمین برق را بهبود می‌بخشد بلکه سود اقتصادی عظیمی برای شرکت ایجاد می‌کند.