Analise van Diagnostiese Metodes vir Kern-aarding Foute in 35 kV Verteilings-transformers

35 kV Verteiltransformers: Kern-aarding fout analise en diagnostiese metodes

35 kV verdeeltransformateurs is algemene kritieke toerusting in kragstelsels, wat belangrike elektriese energie oordragopdragte dra. Tog, tydens langtermynbedryf het kern-aarding foute 'n groot kwessie geword wat die stabiele bedryf van transformateurs beïnvloed. Kern-aarding foute beïnvloed nie net die energie-effektiwiteit van transformateurs en verhoog stelsel instandhoudingskoste, maar kan ook meer ernstige elektriese foute veroorsaak.

Gee kragtoerusting ouderdom, neem die frekwensie van kern-aarding foute geleidelik toe, wat verbeterde foutdiagnose en behandelinge vereis in die bedryf en instandhouding van kragtoerusting. Alhoewel sekere diagnosemetodes tans bestaan, is daar steeds tegniese bottelpenne soos lae opsporingsdoeltreffendheid en moeilike foutlokalisering. Daar is 'n dringende behoefte om meer presiese, sensitiewe foutdiagnosetegnologieë te ondersoek en toe te pas om die betroubaarheid van toerusting se bedryf te verbeter en die stabiliteit en veiligheid van kragstelsels te verseker.

1 Analise van Oorsake en Karakteristieke van Kern-aarding Foute in 35 kV Verteiltransformers

1.1 Algemene Oorsake van Kern-aarding Foute

In 35 kV verdeeltransformateurs word isolerende materiale tipies tussen kernlamellas gebruik vir isolasie. Tog, tydens langtermynbedryf veroorsaak interne elektriese velde en temperatuur geleidelike veroudering van isolerende materiale, veral onder hoogspannings- en hoëtemperatuur omstandighede waar isolasievermoë vinnig verswak. Soos die veroudering vorder, verminder die isolasieweerstand en kan isolasiefout in gedeeltes multi-punt aarding foute vorm.

Transformateurs ervaar onvermydelik meganiese vibrasie tydens verlengde bedryf. Veral onder omstandighede van beduidende belastingfluktuasies, kan vibrasie relatiewe verskuiwing van die kern en kernklampkomponente veroorsaak. Losse kernklampe of beskadigde isolasie-materiale kan aarding foute veroorsaak. Transformateur kern vervaardigingsfout is ook belangrike oorsake van kern-aarding foute. Tydens vervaardiging, as silikon-staalplaatjies baardharte het, onreëlmatige isolasie-laag, of onvoldoende kernverwerkingsakkuraatheid, kan plaaslike isolasieskade voorkom. Soorte fout is dikwels gekonsentreer in die aarding dele van die transformateur. Wanneer die elektriese velddistribusie in die kern onreëlmatig is, kan deelontlaaiing voorkom.

1.2 Elektriese Karakteristieke en Gevaars van Foute

Die mees direkte elektriese karakteristiek van kern-aarding foute is verhoogde aardingstroom. Na 'n aarding fout, vertoon die aardingstroom tipies stroomfluktuasies met harmoniese komponente, veral in hoogfrekwensieregions bo 50 Hz. Wanneer foute voorkom, is die golfvorm van die aardingstroom dikwels nie-sinusoidaal, met groter amplitudes van harmoniese komponente.

'n Ander tipiese karakteristiek van kern-aarding foute is deelontlaaiing. Na isolasie-materiaalfout, konsentreer die elektriese veld in beskadigde areas, wat korona-ontlaaiing en deelontlaaiingverskynsels veroorsaak. Deelontlaaiing genereer tipies hoëfrekwensiestroomimpulsies met frekwensiegebiede in die algemeen tussen 3-30 MHz. Stroomsignale in hierdie frekwensieband kan met gespesialiseerde hoëfrekwensiestroomtransformateurs (HFCT) gevang en geanaliseer word.

'n Ander elektriese karakteristiek wat deur kern-aarding foute getrig word, is die temperatuurstyg effek. As gevolg van wervelstroomverlies by die foutplek, styg die plaaslike temperatuur. Hierdie temperatuurstyg effek skade nie net isolasie-materiale direk nie, maar kan ook oorgloeiing in gedeeltes van die kern veroorsaak.

1.3 Impak van Foute op Transformateur Bedryf

Kern-aarding foute lei tot verhoogde aardingstroom, wat op sy beurt addisionele verliese in die transformateur kern veroorsaak. Kernverliese bestaan hoofsaaklik uit wervelstroomverlies en hysterese verlies. Wanneer aarding foute voorkom, verhoog die onreëlmatige magneetvloed distribusie binne die transformateur wervelstroomverlies in sekere areas aansienlik. Dit verlaag nie net die energie-effektiwiteit van die transformateur nie, maar kan ook beduidend die bedryfskoste verhoog. Die verhoogde kernverliese vererger oorgloeiing van die transformateur, wat die langtermyn stabiele bedryf verder beïnvloed.

Deelontlaaiing en temperatuurstyg effekte veroorsaak deur kern-aarding foute versnel die veroudering van interne isolasie-materiale in transformateurs. Tydens isolasieveroudering, verminder die weerstand van isolasie-lae geleidelik, en die elektriese isolasievermoë misluk geleidelik. Wanneer isolasie volledig misluk, kan dit plaaslike kortsluiting of meer ernstige volledige kortsluitongelukke veroorsaak.

Kern-aarding foute lei nie net tot vermindering van elektriese prestasie nie, maar beïnvloed ook die chemiese samestelling van transformateur olie. Wanneer die kern aard, veroorsaak deelontlaaiing en oorgloeiing die interne oljetemperatuur te styg, wat lei tot veranderinge in die opgeloste gas komponente in die olie, veral abnormaliteitsverhoging in methaan (CH4) en eteen (C2H4) inhoud.

2 Diagnosemetodes en Tegniese Vergelyking vir Kern-aarding Foute

2.1 Tradisionele Diagnosemetodes

Die DC-weerstand metode is een van die tradisionele diagnosemetodes vir kern-aarding foute, wat hoofsaaklik foutbestaan beoordeel deur die isolasieweerstand tussen die kern en aarde te meet. Hierdie metode pas DC-spanning toe en meet die verhouding van stroom tot spanning om isolasieweerstand te bereken. Ideaal gesproke, moet die kern se isolasieweerstand op 'n hoë waarde bly; as weerstand onder 'n sekere drempel daal, kan dit 'n aarding fout dui.

Die DC-weerstandmetode kan egter nie foutpunte akkuraat lokaliseer nie. Die metingresultate kan slegs die gemiddelde isolasievermoë van die hele kern weerspieël en kan spesifieke foute gebiede nie bepaal nie. Hierdie metode het ook 'n sekere vertragings, veral wanneer isolasie-oudertyd nog nie beduidende weerstandveranderinge veroorsaak het nie, wat vroeë foutopsporing ondoeltreffend maak. Buite dié kan die DC-weerstandmetode geen inligting oor fouttipes verskaf nie, en gedetailleerde foutkenmerke kan nie effektief uit metingdata geëkstraheer word nie.

Olië-kromatografiese analise ontdek veranderinge in opgeloste gaskomponente in transformatorolie om fouttipes af te lei. Hierdie opgeloste gase word tipies geproduseer wanneer ontlading, oorgloei of ander elektriese foute binne die transformator voorkom. Gewone gaskomponente in transformatorolie sluit metaan (CH4), eteen (C2H4), etaan (C2H6), ens. Veranderinge in gasgehaltes kan die operasionele status van die transformator weerspieël. 

Deur die opgeloste gasgehaltes in olie met fouttipes te vergelyk, is dit moontlik om voorlopig te bepaal of 'n kern-aardingfout in die transformator voorgekom het. Olië-kromatografiese analise het 'n relatief vertraagde reaksie; na 'n fout het dit tyd nodig vir opgeloste gase om te akkumuleer, wat die tydigheid van foutdiagnose beperk. Buite dié kan olië-kromatografiese analise geen akkurate foutposisies of spesifieke kenmerke verskaf nie, maar dui net foute deur gasgehalteveranderinge aan. Vir min of intermitterende foute kan olië-kromatografiese analise diagnose vertraag wees en nie vinnig op foutvoorkoms reageer nie.

2.2 Moderne Instrument Opsporingstegnologieë

Gedeeltelike ontladingsopsporingstegnologie is gebaseer op die beginsel van hoëfrekwensiestroomtransformateurs (HFCT), wat ontladingspulsse as gevolg van kern-aarding opvang en analiseer om foute te diagnoseer. Wanneer kern-aardingfoute voorkom, genereer gedeeltelike ontlading hoëfrekwensiestroompulsse by isolasieskade-punte. Hierdie stroomseine manifesteer tipies as hoëfrekwensie-geluid of pulsse met frekwensiebereik gewoonlik tussen 3-30 MHz. 

Deur hoëfrekwensiestroom-sensore op die transformator se aardlyn te installeer, kan gedeeltelike ontladingsiene in real-time opgevang word. Hierdie tegnologie kan doeltreffend gedeeltelike foutpunte lokalisering, het hoë sensitiviteit, en kan foute in vroeë stadiums opspoor. Gedeeltelike ontladingsopsporing kan effektief klein foute as gevolg van isolasie-oudertyd of meganiese skade identifiseer, wat akkurate foutdiagnose-inligting verskaf. Deur gedeeltelike ontladingsiene te analiseer, kan die erns en ontwikkelingstrend van foute beoordeel word, wat toelaat dat ooreenkomstige onderhoud of voorkomende maatreëls geneem word.

Infrarood termiese afbeeldingstegnologie ontdek lokale temperatuurstyggebiede in die kern deur gebruik te maak van infrarood termiese kamer om te bepaal of aardingfoute bestaan. Nadat aardingfoute in transformators voorkom, veroorsaak eddy-stroom-verliese in lokale areas temperatuurstyging, veral beduidende temperatuurstyging rondom foutpunte. Infrarood termiese afbeeldingstegnologie kan real-time temperatuurverspreiding op die kernoppervlak verkry en foutbestaan deur temperatuurverskille bepaal. Tipies, wanneer temperatuurverskille 10°C oorskry, moet daardie area gefokus ondersoek word. Die voordeel van hierdie tegnologie lê in die vermoë om temperatuurveranderinge sonder kontak te meet, met 'n snelle metingspoed, wat dit geskik maak vir vinnige ter plaatse opsporing.

Hoëfrekwensiestroomopsporingstegnologie gebruik Rogowski spoels om hoëfrekwensiestroomveranderinge in aardlyne te meet, tipies in die frekwensiebereik van 500 kHz tot 2 MHz. Hierdie hoëfrekwensiestrome word gegenereer deur ontladingsprosesse as gevolg van kern-aardingfoute. Deur stroomseine in hierdie frekwensiebereik te ontdek, kan foutbestaan effektief geïdentifiseer word. In vergelyking met gedeeltelike ontladingsopsporingstegnologie, het hoëfrekwensiestroomopsporing hoër sensitiviteit en kan baie swak foutseine opvang. Deur Rogowski spoels vir sonderkontakmeting te gebruik, word insallasie nie alleen vereenvoudig nie, maar ook metingsakkuraatheid verbeter. Hierdie tegnologie is veral geskik vir areas wat direk moeilik bereikbaar is en kan online opsporing doen sonder dat toerusting beskadig word.

3 Optimering van Foutdiagnoseproses en Gevallestudie

3.1 Aanbevelings vir Optimaliseerde Diagnostiese Proses

Wanneer kern-aardingfoute gediagnostiseer word, moet die eerste stap voorlopige skerming deur middel van infrarood termiese afbeeldingstegnologie wees. Infrarood termiese kamers kan vinnig temperatuurverspreidingskaarte van die transformatoroppervlak verkry, wat diagnostiese personeel help om moontlike abnormal temperatuurstyggebiede te identifiseer. Een die voorlopige skerming moontlike foutareas geïdentifiseer het, moet die volgende stap hoëfrekwensiestroomopsporing en gedeeltelike ontladingsopsporingstegnologieë kombineer vir presiese toetsing.

Die hoëfrekwensiestroomopsporingstegnologie vang aardingstroomveranderinge in die 500 kHz tot 2 MHz frekwensieband deur gebruik te maak van Rogowski spoels, wat effektief kern-aardingfoutareas identifiseer. Gedeeltelike ontladingsopsporingstegnologie moniteer ontladingspulsse in real-time deur gebruik te maak van HFCT-sensore, wat ontladingsfrekwensie en -intensiteit analiseer om verdere bevestiging van foutpuntlokalisering te gee.

Na hoëfrekwensiestroom en gedeeltelike ontladingsopsporing, is die laaste stap om fouterns en -analise deur middel van olië-kromatografiese analise te verifieer. Deur opgeloste gase in transformatorolie te ontdek, veral veranderinge in metaan (CH4), eteen (C2H4) en ander gasse, kan die aard van die fout verdere bevestiging word. Vir ernstige kern-aardingfoute sal olië-kromatografie abnormaal verhoogde gaskomponente wys. Deur olië-kromatografiese data met ander opsporingresultate te kombineer, kan die foutimpak alomvattend geassesseer word en 'n basis vir latere herstelwerk verskaf.

3.2 Tipiese Gevallestudie

Tydens operasie by 'n onderstasjon het onderhoudpersoneel 'n beduidend toename in aardingstroom in 'n 35 kV verdeeltransformator opgemerk, wat ver oor normale waardes gestyg het. Monitoringsdata het getoon dat die aardingstroom 5 A bereik het, terwyl onder normale omstandighede die aardingstroom minder as 100 mA behoort te wees. Die uitdaging was dat, alhoewel die aardingstroom abnormal toengeneem het, daar geen duidelike buitengewone fisiese foutindikasies was nie. Tradisionele elektriese diagnostiese metodes soos DC-weerstandtoetsing en olië-kromatografiese analise kon nie duidelike foutlokalisasie-inligting verskaf nie.

Om hierdie transformator kern-aarding foute probleem op te los, het onderhoudspersoneel verskeie moderne diagnostiese tegnologieë gebruik. Eerstens het hulle 'n FLIR T640 infrarood termiese afbeeldingsapparaat gebruik vir voorlopige skerming, en het vinnig temperatuurstyggebiede in die kern en verwante komponente gelokaliseer. Daarna het hulle PD-Tech HFCT hoëfrequensie stroomsensor gebruik om die aardingstroom te moniteer. Laastens het hulle PD-Tech deelslagdetektors gebruik om slagsignale te toets en analiseer, en die foutpunt te lokaliseer. Die toetsergebnisse word in Tabel 1 getoon.

Tabel 1. Deteksie-ergebnisse van transformator foutprobleme

Gebaseer op die resultate van infrarood termiese kamera-opname, het die temperatuurverskil naby die kernklemkomponente 12°C bereik, wat oor die normale reeks strek, en dit wys op moontlike oormatige verhitting in hierdie area. Realtime opname met hoëfrekwensiestroomsensor het 'n grondstroom van 5 A aangetoon, wat beduidend oor die normale waarde van 100 mA strek, wat dui dat 'n fout binne die transformator ontwikkel het. Verdere gedeeltelike ontladingopname het sterk fluktuasies in hoëfrekwensiestroomseine in die frekwensiebereik van 4,5-18 MHz getoon, met 'n geleidelike toename in ontladingsintensiteit, wat dui dat die foutplek by die kernklemkomponente is en dat die fout erger word.

Die uiteindelike bevestiging van die foutplek was by die isolerende kussing van die kernklemkomponente. Die isolasie materiaal het as gevolg van langtermynbedryf verouder, wat tot 'n klein isolasie skade gelei het wat die grondfout veroorsaak het. Foutverhelpingsmaatreëls het die vervanging van die isolerende kussing ingesluit, en verdere toetsing het bevestig dat die grondstroom na normaal teruggekeer het, die fout uitgeskakel is en die stabiliteit van die toerusting herstel is.

Hierdie geval demonstreer dat die kombinasie van infrarood termiese afbeeldingstegnologie, gedeeltelike ontladingopsporingstegnologie en hoëfrekwensiestroomopsporingstegnologie effektief kan bydra tot die verbetering van die doeltreffendheid en akkuraatheid van kerngrondfoutdiagnose. In werklike operasie- en onderhoudsprosesse moet personeel gereeld hierdie tegnologieë gebruik vir gesamentlike diagnose om die veilige en stabiele werking van transformatore te verseker.

4 Gevolgtrekking

In die diagnose van kerngrondfoute kan die gekombineerde toepassing van verskeie moderne diagnostiese tegnologieë die akkuraatheid van foutlokalisering en diagnose-doeltreffendheid beduidend verbeter. Deur die sinergistiese effekte van hoëfrekwensiestroomopsporing, gedeeltelike ontladingsanalise en infrarood termiese afbeeldingstegnologie kan potensiële toerustingrisiko's vroeg tydens opgespoor word, en foutbronne presies geïdentifiseer word, wat toerustingdowntime verminder en die leeftyd van transformatore verleng.

In die toekoms, met die voortdurende ontwikkeling en toepassing van nuwe opsporingstegnologieë, sal die diagnose en onderhoud van kerngrondfoute meer doeltreffend en akkuraat word, wat die stabiliteit en sekuriteit van kragstelsels beskerm.