تحلیل چهار مورد اصلی سوختن ترانسفورماتور برق

مورد اول

در تاریخ ۱ اوت ۲۰۱۶، یک ترانسفورماتور توزیع ۵۰ کیلووات در یک ایستگاه تأمین برق ناگهان در حین عملکرد روغن پاشید و سپس فیوز بالا ولتاژ آن سوخت و تخریب شد. آزمون عایق‌بندی نشان داد که مقاومت مگاهم از طرف پایین ولتاژ به زمین صفر است. بررسی هسته ترانسفورماتور نشان داد که خرابی عایق‌بندی پیچه پایین ولتاژ باعث کوتاه شدن آن شده است. تحلیل نشان داد که چند دلیل اصلی برای خرابی این ترانسفورماتور وجود دارد:

افزایش بار: مدیریت بار تا کنون نقطه ضعف ایستگاه‌های تأمین برق پایه بوده است. قبل از اصلاحات سیستم برق روستایی، توسعه بی‌پلان بود. خروج از کار ترانسفورماتورها در طول جشن سال نو، فصول کشاورزی و دوره‌های خشکسالی که نیاز به آبیاری وجود داشته، رخدادهای معمولی بود. اگرچه سیستم‌های مدیریتی اعمال شده‌اند، اما توانایی مدیریت برق‌دانان روستایی نیاز به بهبود دارد. بار برق روستایی با الگوهای فصلی قوی و بدون مدیریت برنامه‌ریزی شده رشد می‌کند. افزایش بلندمدت بار باعث خروج از کار ترانسفورماتورها می‌شود. علاوه بر این، با افزایش درآمدهای کشاورزان، بارهای وسایل خانگی به سرعت رشد کرده و صنایع فردی روستایی متمرکز بر خانوار به سرعت توسعه یافته‌اند که منجر به رشد قابل توجه بار برق شده است. در حالی که سرمایه‌گذاری در تجهیزات توزیع قابل توجه است، اما محدودیت بودجه باعث می‌شود که تعویض ترانسفورماتورها با رشد بار همزمان نباشد، که باعث خروج از کار ترانسفورماتورها به دلیل افزایش بار می‌شود.

به علاوه، مدیریت بار برق روستایی دشوار است و آگاهی از استفاده برنامه‌ریزی شده از برق ضعیف است. در طول دوره‌های بار بالا مانند آبیاری، فصول کشاورزی و ساعات شب، رقابت برای استفاده از برق مشکل می‌شود که باعث خروج از کار ترانسفورماتورها می‌شود.

عدم توازن بار سه فاز: وقتی بار سه فاز نامتوازن است، جریان‌های سه فاز نامتقارن ایجاد می‌شود که جریان صفر را در خط میانی ایجاد می‌کند. جریان صفر مغناطیسی تولید شده توسط این جریان، پتانسیل صفر را در پیچه‌های ترانسفورماتور القاء می‌کند که منجر به جابجایی پتانسیل نقطه میانی می‌شود. فاز با جریان بالاتر اشباع می‌شود و عایق‌بندی پیچه را خراب می‌کند، در حالی که فاز با جریان کمتر نمی‌تواند ظرفیت اسمی خود را برساند و کارایی خروجی ترانسفورماتور کاهش می‌یابد. اتصالات ضعیف در انتهای پایین ولتاژ و نقطه میانی پیچه‌های ترانسفورماتورهای اشباع شده می‌تواند باعث گرم شدن، پیری و تغییر شکل مهره‌های لاستیکی و پیچه‌های روغنی شود که منجر به تеч در روغن و سوختن انتهای پیچه می‌شود.

عیب کوتاه شدن: چه کوتاه شدن تک فاز با زمین یا کوتاه شدن فاز به فاز، مقاومت کم پیچه‌های پایین ولتاژ ترانسفورماتورهای توزیع باعث ایجاد جریان‌های کوتاه شدن بسیار بالا می‌شود. به ویژه در مواقعی که کوتاه شدن نزدیک است، جریان‌های عیب می‌توانند بیش از ۲۰ برابر جریان اسمی ترانسفورماتور شوند. این جریان‌های کوتاه شدن قدرتمند نیروهای ضربه‌ای الکترومغناطیسی و گرما قابل توجهی تولید می‌کنند که ترانسفورماتورهای توزیع را خراب می‌کنند و کوتاه شدن، شیوه خرابی تخریبی‌ترین برای ترانسفورماتورها است.

دلایل اصلی فعلی کوتاه شدن شامل موارد زیر است:

• فضای کافی برای خطوط توزیع پایین ولتاژ نداشتن، که در آن سقوط درختان یا برخورد ماشین‌ها با ستون‌ها باعث کوتاه شدن می‌شود

• نصب، عملکرد یا نگهداری نامناسب کلیدهای کلی پایین ولتاژ، که باعث کوتاه شدن در انتهای کلید می‌شود

• نصب نامناسب یا نگهداری ناکافی جعبه‌های اندازه‌گیری پایین ولتاژ که روی ترانسفورماتور نصب شده‌اند، که باعث کوتاه شدن نزدیک می‌شود

راه‌حل‌ها:

• پیکربندی صحیح فیوزهای پایین ولتاژ برای ذوب شدن وقتی جریان پایین ولتاژ از جریان اسمی ترانسفورماتور فراتر رود، ترانسفورماتور را محافظت می‌کند. فیوزهای پایین ولتاژ باید ۱.۵ برابر ظرفیت ترانسفورماتور باشند.

• اندازه‌گیری بارهای ترانسفورماتور در دوره‌های تقاضای بالا و جایگزینی ترانسفورماتورهای اشباع شده به موقع.

• تقویت عملیات و نگهداری با جایگزینی عایق‌های شکسته، تمیز کردن مسیر خطوط و جلوگیری از کوتاه شدن فاز به فاز برای محافظت از ترانسفورماتورها.

مورد دوم

در سال ۲۰۱۵، یک دفتر برق ۳۲ ترانسفورماتور خروج از کار داشت. بیشتر آنها توسط یک تولیدکننده واحد تولید شده بودند. پس از بررسی‌های گسترده هسته و نمونه‌برداری از روغن، مشخص شد که ۸۰٪ نمونه‌های روغن ترانسفورماتور حاوی آب بود. تحلیل بیشتر نشان داد که لوله‌های پرکننده روغن در محافظ‌های این ترانسفورماتورها ختم شدن نامناسب داشتند. در طول باران، آب در لوله‌ها برای مدت طولانی تجمع می‌کرد و به تدریج به داخل ترانسفورماتورها نفوذ می‌کرد. با گذشت زمان، محتوای آب در روغن ترانسفورماتور به طور مداوم افزایش یافت و خصوصیات عایق‌بندی آن را کاهش داد و باعث خروج از کار ترانسفورماتورها شد.

راه‌حل‌ها:

• نصب جام‌های فلزی بر روی لوله‌های پرکننده روغن برای جدا کردن آنها از تماس مستقیم با آب. پس از نصب این جام‌ها در تمام ترانسفورماتورهای این نوع، تعداد خروج از کار به طور قابل توجهی کاهش یافت.

• انجام تست‌های نمونه‌برداری روغن سالانه از ترانسفورماتورهای توزیع و جایگزینی به موقع روغن ترانسفورماتور وقتی نتایج تست قابل قبول نباشد.

مورد سوم

در سال ۲۰۱۸، یک ترانسفورماتور توزیع در یک ایستگاه تأمین برق در یک روز آفتابی و بدون بار سنگین خروج از کار داشت. بررسی هسته نشان داد که نقاط واضح کمان‌سازی کوتاه شدن در پیچه بالا ولتاژ وجود داشت که به دلیل عایق‌بندی ضعیف باعث کوتاه شدن شده بود.

تحلیل: این نوع خرابی ترانسفورماتور عوامل خارجی آشکاری ندارد که باعث شناسایی دلیل آن بدون بررسی هسته ترانسفورماتور سخت می‌شود. بیشتر این نوع خرابی‌ها به دلیل کاهش عملکرد عایق ترانسفورماتور در طول زمان و عدم اتخاذ تدابیر به موقع رخ می‌دهند. در نهایت، عایق قادر به برآوردن نیازهای عملیاتی نمی‌شود و ترانسفورماتور سوزانده می‌شود.

تدابیر:

• بررسی مقاومت عایق ترانسفورماتورهای توزیع سالانه، حفظ رکوردها و تحلیل روندها. جایگزینی ترانسفورماتورهایی که مقادیر عایق آنها زیر حد مورد نیاز قرار می‌گیرد تا جلوی سوختن آنها گرفته شود.

• نظارت منظم بر عایق ترانسفورماتورهایی که در مناطق پررنگ برق قرار دارند تا خرابی‌های ناشی از کاهش عایق جلوگیری شود.

مورد چهارم

در تاریخ ۶ ژوئیه ۲۰۱۷، در طول یک طوفان رعد و برق، ترانسفورماتوری که در قله کوه در یک ایستگاه تأمین برق قرار داشت، فیوز فشار بالا آن سوزانده شد و روغن از آن پخش شد. تست عایق نشان داد که مقاومت مگاهم بین فشار بالا و زمین صفر است که نشان‌دهنده خرابی ترانسفورماتور است.

تحلیل: علت خرابی این ترانسفورماتور برق رعدی بود که باعث شکست عایق ترانسفورماتور شد و منجر به کوتاه شدن مدار شد.

تدابیر:

• بهبود مقاومت زمینی محافظ‌های ترانسفورماتور برای اطمینان از حفظ مقادیر در حد مناسب.

• بررسی سالانه عایق محافظ‌های فشار بالا و پایین ترانسفورماتورهای توزیع و جایگزینی آنهایی که به استانداردها نمی‌رسند.

تقویت مدیریت کارکنان برای جلوگیری از حوادث

شرایط عملیاتی ترانسفورماتورهای توزیع به کیفیت مدیریت متصل است. با مدیریت دقیق، حوادث سوختن ترانسفورماتور می‌تواند مؤثر جلوگیری شود.

• فهمیدن شرایط بار در هر منطقه ترانسفورماتور: کارکنان مدیریت برق باید بار کاربران را به صورت منظم ارزیابی کنند، همچنین افزایش وسایل خانگی برای کاربران مسکونی و گسترش کارخانجات و معادن، ماشین‌آلات اضافی و تجهیزات گرمایش/سرما را نظارت کنند. این اطلاعات می‌تواند از طریق خواندن میزان و بازدیدهای میدانی منظم جمع‌آوری شود.

• خلاصه‌ای از تجربیات و درس‌های گذشته: درک الگوهای تأثیر تغییرات فصلی آب و هوایی بر تجهیزات. تقویت و بهبود نقاط ضعف و خطرات بالقوه کشف شده در طی بلایای طبیعی، اعمال تدابیر پیشگیرانه مانند تنظیم محافظ بارگیری ترانسفورماتور بر اساس شرایط واقعی برای بهبود مقاومت تجهیزات در برابر بلایای طبیعی.

• تحلیل و پیش‌بینی بار فعال: با استفاده از داده‌های اولیه جمع‌آوری شده از دو نقطه قبلی، به صورت علمی پیش‌بینی بار انجام داده و به‌روزرسانی‌های مناسب اعم از تغییرات خط، توزیع مجدد بار و افزایش ظرفیت ترانسفورماتور انجام دهد. تقویت بازرسی‌های تجهیزات در طی بلایای باد، برف، یخ زدن و دوره‌های سرما شدید برای جلوگیری از خرابی‌ها و بهبود قابلیت اطمینان تجهیزات و کاهش سوختن ترانسفورماتور.

• تکیه بر مسئولیت کارکنان: اولاً، ایجاد آگاهی خدماتی قوی متمرکز بر خدمات کاربر و تضمین ولتاژ پایدار و با کیفیت. کارکنان باید ماهر به شناسایی خطرات بالقوه و گوش دادن به بازخوردهای کاربر باشند و مشکلات را بدون تأخیر حل کنند. تجهیزات نباید با وجود مشکلات یا یکسانی‌ها کار کنند. مدیریت باید از پاسخگویی غیرفعال به اجرای فعال و از اجرای معمولی به اجرای خلاق تغییر کند. ثانیاً، تعهد مسئولیت باید اعمال شود. بدون مکانیسم‌های تعهد، مسئولیت‌ها و مقررات کاری بی‌معنا می‌شوند. تعهد مسئولیت باید برای کارکنانی که وظایف خود را نادیده می‌گیرند، از اختیارات خود سوء استفاده می‌کنند، کارهای سطحی انجام می‌دهند یا تدابیر را موثر اجرا نمی‌کنند - که منجر به عدم حل مشکلات کاربر، عدم رفع خطرات یا خرابی تجهیزات می‌شود - اعمال شود. فقط با ادغام ایفای نقش مسئولیت با مکانیزم‌های تعهد مسئولیتی محکم، تعهد مسئولیت کاری تقویت می‌شود، کارایی عملیاتی افزایش می‌یابد، اثربخشی اجرایی بهبود می‌یابد، نیازهای کاربر بهتر برآورده می‌شود، حوادث برق ناشی از انسان جلوگیری می‌شود و تمامیت عملیاتی تجهیزات حفظ می‌شود.

نتیجه‌گیری

به طور خلاصه، ترانسفورماتورهای برق می‌توانند به دلایل مختلفی در طول عملیات خراب شوند، اما با تقویت مدیریت و نگهداری، خرابی‌های ترانسفورماتور ناشی از انسان می‌تواند به طور قابل توجهی کاهش یابد. این امر باعث بهبود قابلیت اطمینان تأمین برق و کاهش هزینه‌های نگهداری برای شرکت‌های برق می‌شود و به همراه آن به هم‌زمان بهره‌وری شرکت‌ها و کاربران افزایش می‌یابد. این نشان‌دهنده اهمیت عملی قابل توجه تحلیل خرابی‌های ترانسفورماتور و اجرای تدابیر مناسب است.