Quais são os métodos para reduzir a taxa de falhas dos transformadores de corrente ao ar livre?

1. Motivos e Contexto da Pesquisa
1.1 Importância dos Transformadores de Corrente

Os transformadores de corrente desempenham o papel de transformação de corrente e isolamento elétrico. Eles convertem a grande corrente do sistema primário em uma corrente secundária proporcional menor, que é fornecida para instrumentos de medição, proteção por relé e dispositivos automáticos. No sistema de energia, o papel dos transformadores de corrente é insubstituível e desempenha um papel crucial na operação segura e estável da rede elétrica.

1.2 Ambiente de Trabalho Rigoroso dos Transformadores de Corrente Externos

Os transformadores de corrente externos frequentemente suportam ambientes elétricos e naturais anormais, portanto, sua taxa de falhas tende a ser alta. Devido às condições práticas, o controle do ambiente elétrico e natural é limitado. Portanto, é ainda mais necessário garantir a confiabilidade de sua conexão no sistema primário para se adaptar melhor ao ambiente.

1.3 Tecnologia Tradicional Imperfeita dos Transformadores de Corrente Externos

Para a conexão entre o cabeçote do transformador de corrente externo e as barras de cobre, a superfície de contato não é suficiente. Durante a operação externa a longo prazo, se a conexão é boa e confiável afeta diretamente a capacidade de carga da linha. Uma pequena superfície de contato, contato ruim e resistência de contato excessiva podem causar geração de calor. Se não for descoberto e tratado a tempo, isso pode queimar o cabeçote e a barra de cobre conectada. Sobrecarga prolongada e temperaturas excessivamente altas podem até queimar o transformador de corrente externo.

2. Estado de Falhas dos Transformadores de Corrente nas Subestações sob Jurisdição de uma Certa Empresa de Distribuição de Energia

Há um total de cinco subestações externas sob a jurisdição de uma certa empresa de distribuição de energia. Dentre elas, nas linhas de saída de 10kV e no lado de baixa tensão do transformador principal das Subestações 1 e 2 de 35kV, há 33 transformadores de corrente externos do tipo seco do modelo LBZW - 10. Os cabeçotes de conexão são do tipo parafuso, e as barras de alumínio (cobre) conectadas são fixadas nos parafusos através de duas porcas superiores e inferiores. Ocorreram várias falhas como geração de calor nos cabeçotes e nas barras de alumínio (cobre) conectadas, e até mesmo derretimento de barras de alumínio e danos aos transformadores de corrente.

Através da análise estatística das falhas e defeitos do equipamento principal primário da Subestação 1 em 2008, 2009 e 2010: entre os cinco tipos de equipamentos principais primários, ou seja, transformadores de corrente, transformadores principais, disjuntores e transformadores de tensão, a proporção de falhas dos transformadores de corrente é de 28%, sendo a mais alta. Isso mostra que, sob as mesmas condições de operação, os transformadores de corrente são mais propensos a falhas do que outros equipamentos. A análise aprofundada mostra que o número de falhas nesses três anos está diretamente relacionado ao tempo. Os detalhes específicos estão mostrados na tabela a seguir.

Pode-se ver intuitivamente na tabela que as falhas se concentram na estação chuvosa de maio a agosto (especialmente em junho). O número médio mensal de falhas em três anos atinge 1,17 vezes, indicando que quanto maior a carga da linha, mais propensos os transformadores de corrente são a falhas.

A análise aprofundada do número de ocorrências de falhas mostra que os principais fatores de falha são: de 2008 a 2010, 14 falhas foram causadas por falhas nas juntas dos transformadores de corrente, e 2 falhas foram causadas por raios e outros fatores. Exceto pelos dois casos de dano direto por raios em 2008 e 2009, os outros pontos de falha estão nas conexões entre os cabeçotes e as barras de alumínio (cobre).

Os principais métodos de tratamento de falhas são: reapertar parafusos e substituir porcas e arruelas danificadas; substituir barras de alumínio danificadas; substituir o transformador de corrente (quando o cabeçote está danificado e o teste de isolamento falha). No entanto, esses métodos não podem eliminar fundamentalmente tais falhas.

3. Análise das Causas de Falhas dos Transformadores de Corrente e Contramedidas

Através da análise, acredita-se que existem quatro causas principais de falhas nos transformadores de corrente externos de 10kV:

3.1 Razões de Equipamento

A estrutura do próprio transformador de corrente é irracional.

3.2 Razões Humanas

O nível técnico da manutenção por pessoal não é alto, e a manutenção diária não está adequada.

3.3 Problemas de Método

Resolver falhas com base na experiência, faltando métodos direcionados.

3.4 Fatores de Ligação

Os transformadores de corrente operam sob carga alta por um longo período, e a subestação está localizada em uma área montanhosa úmida, portanto, as juntas são propensas à corrosão e oxidação.

É confirmado que a causa principal é a estrutura irracional do próprio transformador de corrente. A superfície de contato entre o cabeçote de conexão do tipo parafuso e a barra de cobre é muito pequena, o que é a principal razão para o derretimento da barra de alumínio e o dano térmico do transformador de corrente. Melhorar a condição de conexão entre o cabeçote do transformador de corrente externo e a barra de cobre, aumentar a área de contato e reduzir a resistência de contato tornaram-se as direções de melhoria. Inicialmente, é previsto projetar um terminal de ligação para alcançar isso.

4. Implementação Específica
4.1 Determinar a Especificação do Terminal de Ligação

De acordo com o diâmetro externo do parafuso (12mm, rosca grossa) do cabeçote do transformador de corrente externo de 10kV na Subestação 1, encomendar um terminal de ligação de duplo orifício de polia do fabricante, com o modelo M - 12.

4.2 Instalação Experimental e Verificação

Instalar o terminal de ligação aprimorado que atende ao padrão GB - 2314 - 2008 na área de teste do departamento no transformador de corrente de teste. Descobriu-se que pode estar em contato íntimo com o cabeçote e expandir a área de contato.

4.3 Aplicação de Teste em Toda a Subestação

Parafuse o terminal de ligação de duplo orifício de polia de cobre no parafuso do transformador de corrente, e aperte o parafuso de fixação para garantir a área de contato e a firmeza da conexão, e reduzir a resistência de contato. Realize um teste em toda a subestação na Subestação 1 para melhorar a condição de conexão entre o cabeçote do transformador de corrente externo e a barra de cobre.

5. Inspeção de Eficácia

Após meio ano de operação real e observação e análise da instalação do terminal de ligação de duplo orifício de polia nos cabeçotes dos transformadores de corrente externos de 10kV em toda a Subestação 1, foram tiradas as seguintes conclusões:

5.1 Melhoria da Área de Contato

Antes da melhoria, a área de contato entre o cabeçote e a barra de cobre era de 2,26cm². Após a melhoria, é de 15cm², e a taxa de expansão alcança 563,7%.

5.2 Redução da Resistência de Contato

Medido com um instrumento de medição de resistência de circuito, a resistência de contato quando o cabeçote fixava diretamente a barra de alumínio antes da melhoria era de 608µΩ. Após a melhoria (fixado com um terminal de ligação de duplo orifício de polia de cobre), é de 460µΩ, e a taxa de redução alcança 24,3%.

5.3 Redução de Temperatura

Sob a mesma carga (150A), o valor de medição de temperatura por imagem infravermelha antes da melhoria era de 52°C, e após a melhoria, é de 46°C, e a taxa de redução de temperatura é de 11,5%.

5.4 Redução da Taxa de Falhas

Rastrear e investigar os transformadores de corrente aprimorados. As estatísticas de falhas durante a estação chuvosa (de maio a agosto) mostram que: o número total de falhas antes da melhoria foi de 14 vezes (uma média de 3,67 vezes por mês), e o número total de falhas após a melhoria foi de 1 vez (causada por um raio em junho). O número de falhas durante a estação chuvosa diminuiu de cerca de 1,17 vezes por mês para 0,25 vezes por mês.

Após a transformação, exceto pela falha causada pelo raio, não ocorreram falhas como geração de calor e queima. A proporção do número de falhas dos transformadores de corrente entre o equipamento principal primário diminuiu para menos de 15%. Instalar o terminal de ligação de duplo orifício de polia de cobre aprimorado nos cabeçotes dos transformadores de corrente externos de 10kV em toda a Subestação 1 aumenta a área de contato, reduz a resistência de contato e reduz com sucesso a taxa de falhas dos transformadores de corrente externos.Com base em uma linha de 10kV sem energia por 12 horas, uma corrente de 200A e um preço de eletricidade de 0,5 yuan, cada redução de uma interrupção de energia pode aumentar a tarifa de eletricidade em mais de 20.000 yuan. Dez vezes pode chegar a mais de 200.000 yuan, o que não apenas melhora a confiabilidade do fornecimento de energia, mas também traz enormes benefícios econômicos para a empresa.