Analýza čtyř hlavních případů shoření velkých transformátorů
Případ jedna
Dne 1. srpna 2016 došlo během provozu k náhlému vystřikování oleje z distribučního transformátoru o výkonu 50 kVA na jedné z elektrických rozvodných stanic, následovanému požárem a poškozením pojistky na straně vysokého napětí. Izolační testy ukázaly nulové megaohmy mezi nízkonapěťovou stranou a zemí. Při prohlídce jádra bylo zjištěno, že poškození izolace vinutí na straně nízkého napětí způsobilo zkrat. Analýza identifikovala několik hlavních příčin poruchy tohoto transformátoru:
Přetížení: Řízení zátěže bylo historicky slabým místem na místních elektrických rozvodných stanicích. Před reformou venkovského elektrického systému probíhal vývoj z velké části bez plánu. Poruchy transformátorů byly běžné jevy během období Velikonoc, zemědělské sezóny a sucha, kdy byla zapotřebí zavlažování. I když byly zavedeny správní systémy, schopnosti venkovských elektrikářů je třeba dále zlepšovat. Zatížení venkovské sítě rychle roste se silnými sezónními výkyvy a bez plánovaného řízení. Dlouhodobé přetížení způsobuje vypálení transformátorů. Navíc, s výrazným nárůstem příjmů farmářů, rychle rostou spotřebiče v domácnostech a rychle se rozvíjejí individuální zpracovatelské odvětví orientované na domácnosti, což má za následek významný nárůst zatížení sítě. Ačkoli investice do distribučních zařízení jsou významné, omezené finanční prostředky znamenají, že nahrazení transformátorů nestačí tempu růstu zatížení, což způsobuje jejich vypálení při přetížení.
Kromě toho je obtížné řídit zatížení elektrické sítě na vesnicích a chybí povědomí o plánovaném využití elektřiny. Během špičkových období, jako je zavlažování, zemědělská sezóna nebo večerní hodiny, dochází ke konkurenci o spotřebu elektřiny, což přispívá k vypálení transformátorů.
Nesouměrnost zatížení třífázové sítě: Pokud jsou zatížení třífázové sítě nesouměrná, vznikají nesymetrické třífázové proudy, které v neutrálním vodiči vytvářejí proud nulové posloupnosti. Magnetický tok nulové posloupnosti vyvolaný tímto proudem indukuje napětí nulové posloupnosti ve vinutích transformátoru, což posouvá potenciál neutrálního bodu. Fáze s vyšším proudem se přetíží, což poškozuje izolaci vinutí, zatímco fáze s nižším proudem nedosáhne jmenovité kapacity, čímž se snižuje účinnost výstupu transformátoru. Špatné spoje na nízkonapěťových svorkách a na neutrální svorce přetížených vinutí transformátoru mohou způsobit ohřev, stárnutí a deformaci pryžových těsnění a olejových podložek, což vede k úniku oleje a poškození svorek.
Poruchy zkratem: Bez ohledu na jednofázové uzemnění nebo mezi-fázové zkraty, malá impedance nízkonapěťových vinutí distribučního transformátoru produkuje extrémně vysoké zkratové proudy. Zejména u blízkých zkratů mohou poruchové proudy dosáhnout více než 20násobku jmenovitého proudu transformátoru. Tyto silné zkratové proudy generují významné elektromagnetické rázy a teplo, které poškozují distribuční transformátory, a proto jsou zkraty nejdestruktivnějším režimem poruch transformátorů.
Hlavní aktuální příčiny poruch zkratem zahrnují:
Špatný odstup nízkonapěťových rozvodných vedení, kde pád stromů nebo vozidla narážející na sloupy způsobují zkraty
Nesprávná instalace, provoz nebo údržba nízkonapěťových jističů, což způsobuje zkraty na svorkách jističe
Špatná instalace nebo nedostatečná údržba nízkonapěťových měřicích skříní namontovaných na transformátorech, což způsobuje blízké zkraty
Protiklad:
Správně dimenzovat nízkonapěťové pojistky tak, aby se přepálily, pokud proud na straně nízkého napětí překročí jmenovitý proud transformátoru, čímž se chrání transformátor. Nízkonapěťové pojistky by měly být dimenzovány na 1,5násobek výkonu transformátoru.
Měřit zatížení transformátorů během období s vysokou poptávkou a včas nahradit přetížené transformátory.
Posílit provoz a údržbu výměnou prasklých izolátorů, vyklizením trasy vedení a prevencí mezi-fázových zkratů k ochraně transformátorů.
Případ dva
V roce 2015 zažil jeden energetický úřad 32 poruch transformátorů. Většina z nich byla vyrobena jediným výrobcem. Po důkladných prohlídkách jádra a odběru vzorků oleje bylo zjištěno, že 80 % vzorků transformátorového oleje obsahovalo vodu. Další analýza odhalila, že trubky pro doplňování oleje na konzervátorech těchto transformátorů měly špatné těsnění. Během deště se ve trubkách hromadila voda po delší dobu a postupně prosakovala do transformátorů. Postupně se tak obsah vody v transformátorovém oleji neustále zvyšoval, čímž se snižovaly jeho izolační vlastnosti a způsobovaly selhání transformátorů.
Protiklad:
Namontovat kovové nádoby nad trubky pro doplňování oleje, aby byly izolovány od přímého kontaktu s vodou. Po instalaci těchto nádob na všechny transformátory tohoto typu se počet poruch výrazně snížil.
Provádět každoroční odběry vzorků oleje u distribučních transformátorů a včas vyměňovat olej, pokud jsou výsledky testů neuspokojivé.
Případ tři
V roce 2018 shořel transformátor na jedné ze zásobovacích stanic uprostřed jasného slunného dne, kdy zatížení nebylo vysoké. Při prohlídce jádra byly na cívce vysokého napětí zřetelné obloukové body způsobené zkratem, který byl důsledkem špatné izolace.
Analýza: Tento typ selhání transformátoru nemá zřetelné externí faktory, což komplikuje identifikaci příčiny bez kontroly jádra. Většina těchto selhání nastává kvůli postupnému degradaci izolačních vlastností transformátoru po dlouhodobém provozu a nedostatečných opatřeních. Nakonec izolace nesplňuje provozní požadavky, což vedет к выгоранию трансформатора.
Opatření:
Provádějte každoroční testy odporu izolace distribučních transformátorů, udržujte záznamy a analyzujte trendy. Včas nahrazujte transformátory, když hodnoty izolace klesnou pod požadované limity, aby se zabránilo vyhoření.
Pravidelně sledujte izolaci transformátorů umístěných v oblastech s častými blesky, aby se zabránilo selháním způsobeným degradací izolace.
Případ čtyři
6. července 2017 během bouře došlo k hoření vysokovoltové pojistky a tryskání oleje na transformátoru umístěném na vrcholu hory v elektrárni. Test izolace ukázal nulové megaomy mezi vysokým napětím a zemí, což naznačovalo poškození transformátoru.
Analýza: Příčinou tohoto selhání transformátoru bylo přepětí způsobené bleskem, které způsobilo průběh transformátoru a krátké spojení.
Opatření:
Zlepšete odpor zazemlení ochranných svorků transformátoru, aby zůstaly v rozumných mezích.
Provádějte každoroční testy izolace vysokovoltových a nízkovoltových ochranných svorků distribučních transformátorů a včas nahrádejte ty, které nesplňují standardy.
Posílení správy personálu pro prevenci nehod
Stav distribučních transformátorů je neoddělitelně spojen s kvalitou správy. S pečlivou správou lze efektivně prevénovat incidenty vyhoření transformátoru.
Porozumět stavu zatížení každé transformátorové oblasti: Personál správy energie by měl pravidelně hodnotit zatížení uživatelů, sledovat jak zvýšení domácích spotřebičů u rezidentních uživatelů, tak i rozšíření továren a dolů, dodatečné stroje a zvýšení topných/chladicích zařízení. Tyto informace lze shromažďovat prostřednictvím čtení měřidel a pravidelných terénních návštěv, aby se udržela přesná povědomí.
Souhrn minulých zkušeností a lekcí: Porozumět vzorům, jak sezónní klimatické změny ovlivňují zařízení. Posílit a zlepšit slabá místa a potenciální rizika odhalená během katastrof a implementovat cílená preventivní opatření, jako je úprava ochrany přetížení transformátoru podle skutečných podmínek, aby se zlepšila odolnost zařízení proti přírodním katastrofám.
Proaktivní analýza a prognóza zatížení: Pomocí první ruky dat z předchozích dvou bodů vedecky provádějte prognózu zatížení a implementujte vhodné modernizace, včetně úprav linek, redistribuce zatížení a zvýšení kapacity transformátoru. Posilujte kontrolu zařízení během větrných, sněhových, ledových katastrof a extrémně chladných období, aby se zabránilo selháním a zlepšila spolehlivost zařízení, zatímco se snižuje počet vyhoření transformátorů.
Důraz na odpovědnost zaměstnanců: Zaprvé, založte silnou služební vědomost zaměřenou na službu uživatelů a zajištění kvalitativně stabilního napětí. Personál by měl být schopen identifikovat potenciální rizika a naslouchat zpětné vazbě uživatelů, řešit problémy včas a bez prodlení. Zařízení by nikdy nemělo fungovat s známými vadami nebo ignorováním problémů. Správa by měla přejít od pasivní reakce na proaktivní realizaci a od rutinní realizace na kreativní implementaci. Zadruhé, musí být uplatňována odpovědnost. Bez mechanismů odpovědnosti se pracovní povinnosti a předpisy stávají zbytečnými. Musí být uplatňována přísná odpovědnost pro zaměstnance, kteří nedbalí povinností, zneužívají pravomoci pro osobní zisk, provádějí povrchní práci nebo neefektivně implementují opatření, což vede k nevyřešeným problémům uživatelů, nerozřešeným rizikům nebo poškození zařízení. Pouze integrováním plnění povinností s přísnými mechanismy odpovědnosti lze posílit odpovědnost za práci, zvýšit efektivitu provozu, zlepšit efektivitu implementace, lépe obsluhovat potřeby uživatelů, prevénovat lidsky způsobené elektřinové incidenty a udržovat integritu provozu zařízení.
Závěr
V závěru lze říci, že distribuční transformátory mohou selhat z mnoha důvodů během provozu, ale s posílenou správou a údržbou lze významně snížit selhání způsobená lidskými faktory. To zlepší spolehlivost dodávky elektřiny a sníží náklady na údržbu pro energetické společnosti, což přinese výhody jak podnikům, tak uživatelům. To ukazuje na významnou praktickou důležitost analýzy selhání transformátorů a implementace vhodných opatření.
