Greining á greiningaraðferðum fyrir jörðslæknisvillur í 35 kV dreifitransformatorum

35 kV Dreifutraf: Greining á kjarna jarðlægingarviðhalds- og greiningaraðferðir

35 kV dreifutraf eru algeng mikilvæg búnaður í raforkukerfum og berja mikilvægt hlutverk í raforkuflutningi. Enn sem komið er geta viðhalds- og greiningarvandamál varðandi jarðlægingu á kjarna orðið aðalvandamál sem hefur áhrif á stöðugleika reksturs traflanna. Jarðlægingarvandamál í kjarna hafa ekki eingöngu áhrif á orkueffektiviteta traflans og eyka viðhaldskostnað kerfisins heldur geta þau einnig valdið alvarlegri rafmagnsvillur.

Eftir sem rafmagnsbúnaður eldar veikja jarðlægingarvillur í kjarnanum sífellt meira og krefjast betri greiningar og viðgerðar í rekstri og viðhaldi rafmagnsbúnaðar. Þótt til séu ákveðnar greiningaraðferðir eru enn tæknibremkur eins og lágt uppgötunarkerfi og erfitt villulag. Það er nauðsynlegt að rannsaka og beita nákvæmari og viðkvæmari greiningartækni til að bæta rekstrartraustan á búnaði og tryggja stöðugleika og öryggi rafkerfisins.

1 Greining á orsökum og einkennum jarðlægingarvilla í kjarna 35 kV dreifutrafa

1.1 Algeng orsök jarðlægingarvilla í kjarna

Í 35 kV dreifutrum eru venjulega notuð innleiðsluefni milli lagana í kjarna til að skilja þá frá hverjum. Enn sem komið er veldur lengdeldri rekstri innra rafsvið og hiti að slökkvun á innleiðsluefnunum, sérstaklega í háþrýstingi og háhitakringumhverfi þar sem innleiðslueiginleikar versnast fljótt. Eftir sem slökkvunin fer áfram minnkar innleiðslumótstaðan og getur brot á innleiðslu á hluta svæðum leitt til margpunktajarðlægingarvilla.

Trafa fá óhjákvæmilega vélarhrörvi við langtímarekstur. Sérstaklega undir ástandi mikilla álagsbreytinga geta hrörvar valdið afstöðuflutningi kjarnans og festingarflokka kjarnans. Lausir kjarnafestingar eða skemmdar skiljunarefni geta valdið jarðlægingarvilla. Framleiðslubroddir í trafakjarna eru einnig mikilvægar orsakir jarðlægingarvilla í kjarna. Við framleiðslu, ef silíkón stálplötur hafa bolla, ójafnt innleiðslubeðling eða léleg vinna á kjarna, getur komið til staðar staðbundið skemmd á innleiðslu. Slíkir broddir eru oft samtalaðir við jarðlægingarsvæði traflans. Þegar rafsviðsdreifingin í kjarna er ójöfn getur komið til blysingu og hlutbundinn niðurgangur.

1.2 Rafmagnseiginleikar og hættur við villur

Beinasti rafmagnseiginleiki jarðlægingarvilla í kjarna er aukin jarðlægingarstraumur. Eftir að jarðlægingarvilla kemur upp birtist jarðlægingarstraumur venjulega sem straumbreytingar með hártonaskipti, sérstaklega í hám tíðni yfir 50 Hz. Þegar villur koma upp er bylgjuform jarðlægingarstraumsins oft ekki sinuslaga með stærri amplitúð á hártonaskiptum.

Annað algengt einkenni jarðlægingarvilla í kjarna er hlutbundinn niðurgangur. Eftir að innleiðsluefni hafa misheppnast miðlast rafsviðið í skemmd svæðum og valdið blysu og hlutbundnum niðurgangi. Hlutbundinn niðurgangur myndar venjulega hám straumpulsa með tíðnisvið sem er yfirleitt á bilinu 3–30 MHz. Straumsmerki í þessu tíðnisviði er hægt að fanga og greina með sérstökum hám straumtransformerum (HFCT).

Annað rafeiginleikaeinkenni sem valdið er af jarðlægingarvilla í kjarna er hitahækkun. Vegna sirkulströms taps á villa stað eykst staðbundinn hiti. Þessi hitahækkun eykur ekki bara skemmd á innleiðsluefnum heldur getur valdið ofhita á hlutum svæðum kjarnans.

1.3 Áhrif villa á rekstur trafla

Jarðlægingarvillur í kjarna leiða til aukins jarðlægingarstraums sem aftur leyfir auknum tapum í trafakjarna. Kjarnatap samanstendur aðallega af sirkulströms- og hysteresistapum. Þegar jarðlægingarvillur koma upp eykst markvirkt sirkulströmstap í sumum svæðum vegna ójafnræðis í segulsviðsdreifingu inni í trafanum. Þetta minnkar ekki bara orkueffektivitet traflans heldur getur jafnvel aukið rekstrarkostnað verulega. Aukin kjarnatap eykja ofhitun traflans og hafa þannig áhrif á langtíma stöðugleika reksturs.

Hlutbundinn niðurgangur og hitahækkun sem valdir eru af jarðlægingarvilla í kjarna bregða aldursför innleiðsluefna inni í tröfum. Meðan innleiðsla eldar minnkar viðnámshlutfall innleiðslulaga og geta elektrisk skilun fellst niður. Þegar innleiðsla missist alveg getur það valdið staðbundnum stuttum tengingum eða alvarlegri fullri stutt-tengingarolyckju.

Jarðlægingarvillur í kjarna hafa ekki eingöngu áhrif á raffræðilega afköst heldur líka á efnauppsetningu trafoolíunnar. Þegar kjarninn er jarðlægður valda hlutbundinni niðurgöng og ofhitun að auki hita inni í olíunni sem leiðir til breytinga á lausgasasameindum í olíunni, sérstaklega óeðlilegri aukningu á metan (CH4) og etylen (C2H4) magni.

2 Greiningaraðferðir og tækniberaðanir fyrir jarðlægingarvilla í kjarna

2.1 Heiðkjarnalegar greiningaraðferðir

DC-mótstaðan aðferðin er ein af heiðkjarnalegum greiningaraðferðum fyrir jarðlægingarvilla í kjarna og felst í að meta tilveru villu með mælingu á innleiðslumótstaðan milli kjarna og jarðar. Þessi aðferð beitir DC-spennu og mælir hlutfallið milli straums og spennu til að reikna út innleiðslumótstaðan. Iðallega ætti innleiðslumótstaðan á kjarna að vera við háan gildi; ef mótstaðan fellur undir ákveðið þrep getur það bent til jarðlægingarvilla. 

Hins vegna getur DC viðmótshlutverkamáta ekki nákvæmt ákvarða vandamál. Mælingarnar sýna aðeins meðal dreifivirkni alls kjarnans og geta ekki ákveðið tiltekinn vandaða svæði. Þessi aðferð hefur einnig ákveðinn bakhækk, sérstaklega þegar dreifivirkni aldast ekki enn hafa valdið merkilegum breytingum á viðmótshlutverki, sem gert vana áfangar ofanvarandi. Auk þess getur DC viðmótshlutverkamáti ekki veitt upplýsingar um gerð vanda, og ekki er hægt að draga úr mælingargögnum víðfeðgasta eiginleika vanda.

Olkromatografsk greining flettir upp á breytingar í dreiftum gasskomponentum í umframlagavi til að leita að gerð vanda. Þessi dreifu gassar eru venjulega framleiðir þegar afrek, ofurmikil hiti eða önnur raforkufylkin komu fyrir innan umframlags. Almennir gasskomponentar í umframlagavi eru metan (CH4), etilen (C2H4), etan (C2H6) o.fl. Breytingar á gasssamsetningu geta mynduð af staðgengi umframlags.

Með samanburði á dreifu gassasamsetningar í olíu við gerð vanda, er hægt að byrja á að ákvarða hvort kjarngjöldsvandamál hafi komið fyrir í umframlagi. Olkromatografsk greining hefur að hluta til síðan svarað; eftir að vandamál kemur fyrir, tekur tími að dreifu gassar samanstundu, sem takmarkar tímabundið svar við vandamál. Auk þess getur olkromatografsk greining ekki veitt nákvæma staðsetningu vanda né víðfeðgasta eiginleika, aðeins tiltekið vandamál með breytingum á gassasamsetningu. Fyrir lítla eða brottna vanda getur olkromatografsk greining verið síðan svarað og ekki haldið samræmi við vandamál.

2.2 Nútímalegar tæknir til skráningar

Greining á hlutdrift mátti byggja á hugsun hágfrekara straumatrianga (HFCT), sem fletir upp og greinir aflfluttarpuls frá kjarngjöldsvandamálum til að greina vanda. Þegar kjarngjöldsvandamál koma fyrir, mynda hlutdrift hágfreka straumpuls á dreifivirknisbrotunarsvæðum. Þessir straumsignalar birtast oft sem hágfrekt brúðuljós eða pulsmerki, sem hafa frekastig milli 3-30 MHz.

Með uppsetningu hágfreka straumsensara á jörðstraumalinu umframlags, er hægt að fletta upp á hlutdriftsignali í rauntíma. Þessi tækni getur hæfilega ákvarðað stað hlutvanda, hefur hátt viðmót og getur flett upp á vanda í fyrstu stigi. Greining á hlutdrift getur huggsiðlega ákvarðað litla vanda sem orsaka dreifivirknisaldun eða verkavarka, sem veitir nákvæmar upplýsingar um vandamál. Með greiningu á hlutdriftsignali, er hægt að meta alvarleika og stefnu vanda, sem leyfir viðeigandi viðhald eða varnarmæri.

Hitaskoðun með infraröðu notar infraröðu skoðara til að fletta upp á lokahiti svæði í kjarnanum til að ákvarða hvort kjarngjöldsvandamál séu til staðar. Eftir að kjarngjöldsvandamál koma fyrir í umframlagu, valda óreglulegir straumtapar lokahiti, sérstaklega marktæk lokahiti í grennd við vandamál. Hitaskoðun með infraröðu getur sótt rauntímaupplýsingar um hitadreifingu yfir kjarnasyrfa og ákvarðað vandamál gegnum hitadreifingu. Venjulega þegar hitamismunur fer yfir 10°C, er nauðsynlegt að skoða þetta svæði nánar. Fræði þessa tækni liggur í möguleika til að fletta upp á hitabreytingar án snertis, með flott mælingartempo, sem gerir hana viðeigandi fyrir hratt á staðnum skráningu.

Hágfrekar straumskráningar aðferð notar Rogowski spennu til að mæla hágfreka straumbreytingar í jörðstraumalinum, venjulega í frekastigi 500 kHz til 2 MHz. Þessir hágfrekir straumar eru framleiðir af aflfluttsferli sem orsaka kjarngjöldsvandamál. Með skráningu á straumsignalum í þessu frekastigi, er hægt að huggsiðlega ákvarða vandamál. Samanborðað við greiningu á hlutdrift, hefur hágfrekar straumskráningar aðferð hærri viðmót og getur flett upp á mjög veika vandasignali. Með notkun Rogowski spenna til ósnertis skráningu, er ekki aðeins einfaldari að setja upp en auðveldara að bæta mælingarnar. Þessi tækni er sérstaklega viðeigandi fyrir svæði sem eru erfitt að ná að og getur framkvæmt á neti skráningu án að skemma tæki.

3. Bæting á vandamálasagnakerfi og dæmi um greiningu

3.1 Tillögur fyrir bætt sagnakerfi

Þegar kjarngjöldsvandamál eru greind, ætti fyrsta skrefið að vera fyrsta skoðun með hitaskoðun með infraröðu. Infraröðu skoðara geta flott sótt hitadreifingarmyndir af umframlagsyfirborði, sem hjálpar sagnakerfum til að finna mögulega óvenjuleg hitastig. Þegar fyrsta skoðun hefur farið fram og móttekn möguleg vandamál, ætti næsta skref að vera að sameina hágfrekar straumskráningar og greiningu á hlutdrift fyrir nákvæma próf.

Aðferð hágfrekar straumskráningar flettir upp á breytingar í jörðstraumi í frekastigi 500 kHz til 2 MHz með Rogowski spenna, sem huggsiðlega ákvarða kjarngjöldsvandamál. Greining á hlutdrift fylgir aflfluttpulsmeð HFCT sensarum í rauntíma, greinir aflfluttar freki og sterkleika til að endilega staðfesta vandamál.

Eftir að hafa framkvæmt hágfrekar straumskráningar og greiningu á hlutdrift, ætti síðasta skrefið að vera að staðfesta og greina alvarleika vanda með olkromatografsk greiningu. Með skráningu á dreifu gassum í umframlagavi, sérstaklega breytingar á samsetningu metans (CH4), etilens (C2H4) og annarra gassa, er hægt að endilega staðfesta gerð vanda. Fyrir mikil kjarngjöldsvandamál, mun olkromatografsk greining sýna óvenjulega hækkt gasskomponenta. Með sameiningu olkromatografskra og annarra skráningargagna, er hægt að fullkomlega meta áhrif vanda og veita grunn fyrir eftirfarandi viðhaldsarstarf.

3.2 Dæmi um typísku greiningu

Á meðan viðhaldspersónur voru að vinna á undirstöðu, komu þeir á því að jörðstraumur í 35 kV dreifiumframlagi hafði óvenjulega hækkt, langt yfir venjuleg gildi. Skráningargögn sýndu að jörðstraumurinn hafði nálgast 5 A, en venjulega ætti hann að vera lægri en 100 mA. Vandræðið var að þó jörðstraumurinn hafði óvenjulega hækkt, voru engin augljós utanverð fysisk vandamál. Venjulegar raforkugreinar aðferðir eins og DC viðmótshlutverkamáti og olkromatografsk greiningur fengu ekki sjálfgefna upplýsingar um staðsetningu vanda.

Til að leysa þetta vandamál við jörð tengsl tranformer kjarnans, notuðu viðhaldspersónur nokkrar nýlegar greiningartechnologíur. Fyrst notuðu þeir FLIR T640 hittara fyrir upphaflega skrifi, finnuðu fljótlega hitastigi í kjarnanum og tengdum hlutum. Síðan notuðu þeir PD-Tech HFCT háfrekastreymi sensora til að skoða jörð streymi. Að lokum notuðu þeir PD-Tech hlutdrifandi greiningargæi til að prófa og greina drifsignali, finnuðu vandamálastað. Prófunarsult er sýnt í töflu 1.

Töfla 1. Greiningarresultat af transformer vandamálum

Byggt á niðurstöðum hittunarsýnis með geislarhita var hitamismunin nálægt kjarnafestiefnum 12°C, sem er of hátt og yfir venjulega spönn, sem bendir á mögulega ofhiti í þessari svæði. Rauntíma sýning með hágildishraða straumsensorum sýndi jörðstraum af 5 A, sem er marktæklega hærri en venjulegi gildi af 100 mA, sem bendir á að villu hafi orðið innan transformatorins. Nánar skoðun á hlutverkahlutfallssýningu sýndi sterka fluttur í hágildishraða straumsignali innan frekvensspansins 4,5-18 MHz, með stækkandi aflsýningu, sem bendir á að villuspánninn væri staðsettur við kjarnafestiþyngdina og að villan væri verðið verst.

Endilega staðfesting á villuspáninum kom fram að vera á röskulind kjarnafestiefnanna. Röskumaterygðin hafði eldat vegna langvarðandi keyrslu, sem valdi lítilli röskuskyldu sem kveiktí viltu jörðvilluna. Aðgerðir til að meðhöndla villuna inntóku að skipta út röskulindinni, og seinna próf sýndu að jörðstraumurinn hafi komið aftur til venjulegs, sem tók bort villuna og endurheimtist örugg og stöðug keyrsla tækjans.

Þetta tilfelli sýnir að samsetning geislarhitasýningartækni, hlutverkahlutfallsprófunartækni og hágildishraða straumsýningartækni geti áhriflega bætt við upplýsingagildi og réttleika villudagnings kjarnajörðvillna. Í rauntíma og viðhalda ferli ætti starfsmenn að reglulega nota þessar teknologíur fyrir sameiningar dagnings til að tryggja örugga og stöðug keyrslu transformatora.

4 Samanstilling

Í dagningu kjarnajörðvillna getur samsetning fleiri nútímameta dagningsmetna getið marktæklega bætt við réttleika villustöðu og dagningsgildi. Með samstarfi hágildishraða straumsýninga, hlutverkahlutfalls greiningar og geislarhitasýningartækni geta potensíala tækjavélar verið skráðar á fyrstu stigi, og villukildur skilgreindar nákvæmlega, sem minnkar tækjastöðu og lengir líftíma transformatora.

Í framtíðinni, með óbundið þróun og notkun nýrra sýningartækni, verður dagninging og viðhald kjarnajörðvillna að vera enn efsta og nákvæmara, sem tryggir stöðugleika og öryggis raforkukerfa.