Analyse von vier großen Fällen des Ausfalls von Starkstromtransformatorn

Fallstudie Eins

Am 1. August 2016 spritzte plötzlich ein 50kVA-Verteilungstransformator in einem Stromversorgungsamt während des Betriebs Öl aus, gefolgt vom Verbrennen und Zerstören des Hochspannungssicherungselements. Die Isolationsprüfung ergab null Megohm von der Niederspannungsseite zur Erde. Eine Kernuntersuchung ergab, dass Schäden an der Isolierung der Niederspannungswicklung einen Kurzschluss verursacht hatten. Die Analyse identifizierte mehrere Hauptgründe für diesen Transformatorausfall:

Überlastung: Das Lastmanagement war historisch gesehen ein Schwachpunkt in den lokalen Stromversorgungsämtern. Vor den Reformen des ländlichen Elektrizitätssystems war die Entwicklung weitgehend unplanmäßig. Transformatorausfälle waren häufige Vorkommnisse während des Frühlingsfestes, der Landwirtschaftszeiten und Trockenperioden, wenn Bewässerung erforderlich war. Obwohl Management-Systeme eingeführt wurden, bedarf es einer Verbesserung der Fähigkeiten der ländlichen Elektriker. Ländliche Stromlasten wachsen schnell mit starken saisonalen Mustern und fehlen geplantes Management. Langfristige Überlastung führt zum Verbrennen des Transformers. Darüber hinaus haben die Einkommen der Landwirte erheblich zugenommen, was zu einem raschen Wachstum der Haushaltsgerätebelastung führte, und die Entwicklung von ländlichen Einzelverarbeitungsindustrien, die um Haushalte zentriert sind, hat sich schnell entwickelt, was zu einem erheblichen Wachstum der Stromlast führte. Während Investitionen in Verteilungsausrüstungen beträchtlich sind, bedeutet begrenzte Finanzierung, dass der Austausch von Transformatorn nicht mit dem Lastwachstum Schritt halten kann, was zu Überlastungen und Ausfällen führt.

Darüber hinaus sind ländliche Stromlasten schwierig zu managen, und das Bewusstsein für geplante Stromnutzung ist schwach. Während Spitzenlastzeiten wie Bewässerung, Landwirtschaftszeiten und Abendstunden wird die Konkurrenz um die Stromnutzung problematisch, was zu Transformatorausfällen beiträgt.

Dreiphasen-Lastungleichgewicht: Wenn dreiphasige Lasten ungleich verteilt sind, treten asymmetrische dreiphasige Ströme auf, die Nullfolgenströme in der Neutralleitung erzeugen. Der durch diesen Strom erzeugte Nullfolgenmagnetfluss induziert Nullfolgenpotenziale in den Transformatorenwicklungen, was das Potenzial des Neutralpunktes verschiebt. Die Phase mit höherem Strom wird überlastet, was die Wickelisolation beschädigt, während die Phase mit niedrigerem Strom ihre Nennleistung nicht erreichen kann, was die Transformatorausgabewirkungsgrad reduziert. Mangelhafte Verbindungen an den Niederspannungsklemmen und der Neutralenklemme überladener Transformatorenwicklungen können zu Erwärmung, Alterung und Verformung von Gummidichtungen und Öldichtungen führen, was wiederum zu Ölaustritt und Klemmenschmelzen führt.

Kurzschlussfehler: Ob nun einphasige Erdfehler oder Phasen-zu-Phasen-Kurzschlüsse, die geringe Impedanz der Niederspannungswicklungen von Verteilungstransformatoren erzeugt extrem hohe Kurzschlussströme. Insbesondere bei nahegelegenen Kurzschlüssen können Fehlerströme mehr als 20-mal den Nennstrom des Transformators erreichen. Diese mächtigen Kurzschlussströme erzeugen erhebliche elektromagnetische Stoßkräfte und Wärme, die Verteilungstransformatoren beschädigen, wodurch Kurzschlüsse die am meisten zerstörerischen Ausfallarten für Transformatoren darstellen.

Die aktuellen Hauptgründe für Kurzschlussfehler sind:

• Unzureichende Freihöhen für Niederspannungsverteilungsleitungen, wobei gefallene Bäume oder Fahrzeuge, die Masten treffen, Kurzschlüsse verursachen

• Fehlende Installation, Bedienung oder Wartung von Niederspannungssicherungen, die Kurzschlüsse an den Sicherungsklemmen verursachen

• Mangelhafte Installation oder unzureichende Wartung von Niederspannungsmesskästen, die an Transformatoren angebracht sind, und die nahegelegene Kurzschlüsse verursachen

Gegenmaßnahmen:

• Richtig dimensionierte Niederspannungssicherungen sollten so konfiguriert werden, dass sie schmelzen, wenn der Niederspannungsstrom den Nennstrom des Transformators überschreitet, um den Transformator zu schützen. Niederspannungssicherungen sollten 1,5-mal die Transformatorleistung betragen.

• Messung der Transformatorlasten während Spitzenlastzeiten und zeitgerechter Austausch überladener Transformatoren.

• Stärkung der Betriebs- und Wartungstätigkeiten durch den Austausch gerissener Isolatoren, Freimachen von Leitungskorridoren und Verhinderung von Phasen-zu-Phasen-Kurzschlüssen, um Transformatoren zu schützen.

Fallstudie Zwei

Im Jahr 2015 erlebte ein Stromversorgungsamt 32 Transformatorausfälle. Die meisten wurden von einem einzigen Hersteller produziert. Nach umfangreichen Kernuntersuchungen und Ölproben wurde festgestellt, dass 80 % der Transformatorölproben Wasser enthielten. Weitere Analysen zeigten, dass die Ölfüllrohre der Kondensatoren dieser Transformatoren eine schlechte Abdichtung aufwiesen. Bei Regen staut sich Wasser über längere Zeiträume in den Rohren an und sickert allmählich in die Transformatoren ein. Im Laufe der Zeit erhöht sich der Wassergehalt im Transformatoröl ständig, was seine Isolierungseigenschaften reduziert und zu Transformatorausfällen führt.

Gegenmaßnahmen:

• Installieren Sie Metallbecher über die Ölfüllrohre, um sie vor direktem Kontakt mit Wasser zu isolieren. Nach der Installation dieser Becher an allen Transformatoren dieses Typs sank die Anzahl der Ausfälle erheblich.

• Durchführen Sie jährliche Ölprobenuntersuchungen an Verteilungstransformatoren und ersetzen Sie das Transformatoröl, wenn die Prüfergebnisse unbefriedigend sind.

Fallstudie Drei

Im Jahr 2018 brannte ein Stromtransformator an einem klaren, sonnigen Tag ohne hohe Last aus. Eine Kernuntersuchung ergab deutliche Kurzschlussbogenpunkte an der Hochspannungsspule, die durch mangelnde Isolierung verursacht wurden und zu einem Kurzschluss führten.

Analyse: Bei diesem Typ von Transformatorausfall fehlen offensichtliche externe Faktoren, was die Identifizierung der Ursache ohne Kernprüfung erschwert. Die meisten dieser Ausfälle treten auf, weil sich die Isolierleistung des Transformators im Laufe der langjährigen Betriebszeit verschlechtert, und rechtzeitig keine Maßnahmen ergriffen werden. Letztendlich kann die Isolierung nicht mehr den Anforderungen des Betriebs gerecht werden, was zu einem Ausbrennen des Transformators führt.

Gegenmaßnahmen:

• Durchführen jährlicher Isolationswiderstandstests an Verteilungstransformatoren, Aufrechterhaltung von Aufzeichnungen und Analyse von Trends. Ersatz der Transformatoren, wenn die Isolationswerte unter den Anforderungen liegen, um Ausbrennungen zu vermeiden.

• Regelmäßige Überwachung der Isolation von Transformatoren, die häufig in Blitzschlaggefährdete Gebiete platziert sind, um Versagen aufgrund verschlechterter Isolation zu verhindern.

Fall vier

Am 6. Juli 2017 brannte während eines Gewitters eine Hochspannungssicherung und es kam zu Ölversprühung an einem Transformator, der auf einem Hügel einer Stromversorgungsstation stand. Die Isolationsprüfung zeigte null Megohm von Hochspannung zu Erdung, was auf einen Transformatorschaden hinweist.

Analyse: Die Ursache für diesen Transformatorausfall war ein durch Blitzschlag verursachtes Überspannung, das die Isolation des Transformators durchbrach und zu einem Kurzschluss führte.

Gegenmaßnahmen:

• Verbessern des Erdwiderstands der Transformatorblitzableiter, um sicherzustellen, dass die Werte innerhalb vernünftiger Grenzen bleiben.

• Jährliches Durchführen von Isolationsprüfungen sowohl der Hoch- als auch der Niederspannungsblitzableiter an Verteilungstransformatoren, sofortiger Ersatz aller, die den Standards nicht entsprechen.

Stärkung der Personalführung zur Verhinderung von Unfällen

Der Betriebszustand von Verteilungstransformatoren ist unverzichtbar mit der Qualität der Verwaltung verbunden. Mit sorgfältiger Verwaltung können Transformatorausfälle wirksam verhindert werden.

• Verständnis der Lastbedingungen für jede Transformatorzone: Energieverwaltungsmitarbeiter sollten regelmäßig die Nutzerlasten bewerten, sowohl den Anstieg von Haushaltsgeräten bei privaten Nutzern als auch die Erweiterung von Fabriken und Minen, zusätzliche Maschinen und erhöhte Heiz- und Kühlgeräte. Diese Informationen können durch Zählerablesungen und regelmäßige Feldbesuche gesammelt werden, um eine genaue Kenntnis zu erhalten.

• Zusammenfassung vergangener Erfahrungen und Lektionen: Verständnis der Muster, wie saisonale Klimaveränderungen die Ausrüstung beeinflussen. Stärken und verbessern Sie Schwachstellen und potentielle Gefahren, die während Katastrophen offenbar werden, und implementieren Sie gezielte Präventivmaßnahmen, wie die Anpassung des Transformatorüberlastschutzes basierend auf tatsächlichen Bedingungen, um die Belastbarkeit der Ausrüstung gegenüber Naturkatastrophen zu verbessern.

• Durchführung proaktiver Lastanalyse und -prognose: Mit den ersten Handdaten, die aus den beiden vorherigen Punkten gewonnen wurden, wissenschaftlich Lastprognosen erstellen und entsprechende Upgrades durchführen, einschließlich Leitungsmodifikationen, Lastverteilung und Erhöhung der Transformatorkapazität. Stärken Sie die Ausrüstungsinspektionen während Wind-, Schnee-, Eisregen-Katastrophen und extrem kalter Perioden, um Versagen zu verhindern und die Zuverlässigkeit der Ausrüstung zu verbessern, während die Ausbrennungen von Transformatoren reduziert werden.

• Betonung der Mitarbeiterverantwortung: Erstens muss ein starkes Servicebewusstsein etabliert werden, das sich auf den Kundenservice und die Gewährleistung qualitativ hochwertiger, stabiler Spannung konzentriert. Mitarbeiter sollten fähig sein, potentielle Gefahren zu erkennen und auf Benutzerfeedback zu hören, Probleme sofort und ohne Verzug anzugehen. Ausrüstung sollte niemals mit bekannten Fehlern oder ignorierten Problemen betrieben werden. Die Verwaltung muss von passiver Reaktion auf proaktive Umsetzung und von routinemäßiger Umsetzung auf kreative Implementierung wechseln. Zweitens muss Verantwortlichkeit durchgesetzt werden. Ohne Verantwortlichkeitsmechanismen werden Arbeitsverantwortlichkeiten und Vorschriften bedeutungslos. Für Mitarbeiter, die ihre Pflichten vernachlässigen, Befugnisse missbrauchen, nachlässig arbeiten oder Maßnahmen nicht effektiv umsetzen, was zu ungelösten Benutzerproblemen, unbehandelten Gefahren oder Ausrüstungsschäden führt, muss strenge Verantwortlichkeit durchgesetzt werden. Nur durch die Integration von Verantwortungserfüllung und strengen Verantwortlichkeitsmechanismen kann die Verantwortung gestärkt, die operativen Effizienz verbessert, die Implementierungseffektivität erhöht, die Bedürfnisse der Benutzer besser bedient, menschengemachte Stromvorfälle verhindert und die Betriebsintegrität der Ausrüstung aufrechterhalten werden.

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Netzbetriebs-Transformatoren aus vielen Gründen während des Betriebs ausfallen können, aber mit stärkerer Verwaltung und Wartung können menschengemachte Transformatorausfälle signifikant reduziert werden. Dies verbessert die Zuverlässigkeit der Stromversorgung und reduziert die Wartungskosten für Energieunternehmen, was sowohl Unternehmen als auch Benutzer zugutekommt. Dies zeigt die große praktische Bedeutung der Analyse von Transformatorausfällen und der Implementierung geeigneter Gegenmaßnahmen.