تحلیل چهار مورد اصلی سوختن ترانسفورماتور برق
مورد اول
در تاریخ ۱ آگوست ۲۰۱۶، یک ترانسفورماتور توزیع ۵۰ کیلوولتآمپری در یک ایستگاه تامین برق ناگهان در حین کار روغن خود را پاشید و سپس فیوز فشار قوی دچار آتشسوزی و از بین رفت. آزمون عایقبندی نشان داد که مقاومت اهمی از سمت ولتاژ پایین به زمین صفر مگااهم است. بازرسی هسته مشخص کرد که آسیب به عایق سیمپیچ ولتاژ پایین منجر به ایجاد اتصال کوتاه شده است. تحلیل، چندین علت اصلی برای این خرابی ترانسفورماتور شناسایی کرد:
بارزیادی: مدیریت بار در طول تاریخ نقطه ضعف ایستگاههای تامین برق در سطح پایه بوده است. قبل از اصلاحات سیستم برق روستایی، توسعه عمدتاً بدون برنامهریزی بود. سوختن ترانسفورماتورها در جشنهای نوروز، فصول کشاورزی و دورههای خشکسالی که آبیاری مورد نیاز بود، اتفاقات رایجی بود. هرچند سیستمهای مدیریت اعمال شدهاند، اما توانایی مدیریت مهندسان برق روستایی نیاز به بهبود دارد. بارهای برق روستایی به سرعت با الگوهای فصلی قوی رشد میکنند و فاقد مدیریت برنامهریزی شده هستند. بارزیادی بلندمدت منجر به سوختن ترانسفورماتور میشود. علاوه بر این، با افزایش قابل توجه درآمد کشاورزان، بار لوازم خانگی به سرعت افزایش یافته و صنایع فرآوری فردی روستایی متمرکز بر خانوارها به سرعت توسعه یافتهاند که منجر به رشد قابل توجه بار برق شده است. هرچند سرمایهگذاری در تجهیزات توزیع قابل توجه است، اما بودجه محدود باعث میشود تعویض ترانسفورماتور با رشد بار همگام نباشد و ترانسفورماتورها از طریق بارزیادی میسوزند.
علاوه بر این، بارهای برق روستایی کنترل کردن آنها دشوار است و آگاهی از مصرف برنامهریزی شده برق ضعیف است. در دورههای پیک بار مانند آبیاری، فصول کشاورزی و ساعات عصر، رقابت برای استفاده از برق مشکلساز میشود و به سوختن ترانسفورماتور کمک میکند.
عدم تعادل بار سهفاز: هنگامی که بارهای سهفاز نامتقارن باشند، جریانهای سهفاز نامتقارن ایجاد میشوند و جریان توالی صفر را در خط خنثی ایجاد میکنند. شار مغناطیسی توالی صفر ایجاد شده توسط این جریان، ولتاژ توالی صفر را در سیمپیچهای ترانسفورماتور القا میکند و پتانسیل نقطه خنثی را جابجا میکند. فازی که جریان بالاتری دارد دچار بارزیادی شده و عایق سیمپیچ آسیب میبیند، در حالی که فازی که جریان پایینتری دارد نمیتواند به ظرفیت نامی خود برسد و بازده خروجی ترانسفورماتور را کاهش میدهد. اتصالات ضعیف در ترمینالهای ولتاژ پایین و ترمینال خنثی سیمپیچهای تحت بارزیادی میتواند باعث گرمایش، پیری و تغییر شکل آببندهای لاستیکی و واشرهای روغن شود و منجر به نشتی روغن و سوختن ترمینالها شود.
اتصاال کوتاه: چه اتصال کوتاه تکفاز به زمین و چه اتصال کوتاه فاز به فاز، امپدانس کم سیمپیچ ولتاژ پایین ترانسفورماتور توزیع، جریان اتصال کوتاه بسیار بالایی تولید میکند. به ویژه در موارد اتصال کوتاه نزدیک، جریان خطا میتواند بیش از ۲۰ برابر جریان نامی ترانسفورماتور برسد. این جریانهای قوی اتصال کوتاه، نیروی ضربه الکترومغناطیسی و حرارت زیادی تولید میکنند که به ترانسفورماتورهای توزیع آسیب میزنند و اتصال کوتاه مخربترین حالت خرابی برای ترانسفورماتورها محسوب میشود.
علل اصلی فعلی اتصال کوتاه شامل موارد زیر است:
فاصله نامناسب خطوط توزیع ولتاژ پایین، که در آن درختان سقوط کرده یا وسایل نقلیه به دکلها برخورد میکنند و باعث اتصال کوتاه میشوند
نصب، عملکرد یا نگهداری نادرست کلیدهای مدار ولتاژ پایین، که باعث ایجاد اتصال کوتاه در ترمینال کلید میشود
نصب ضعیف یا نگهداری ناکافی جعبههای اندازهگیری ولتاژ پایین که روی ترانسفورماتورها نصب شدهاند و باعث ایجاد اتصال کوتاه نزدیک میشوند
راهکارها:
تنظیم صحیح فیوزهای ولتاژ پایین به گونهای که هنگامی که جریان ولتاژ پایین از جریان نامی ترانسفورماتور بیشتر شود ذوب شوند و ترانسفورماتور را محافظت کنند. فیوزهای ولتاژ پایین باید ۱٫۵ برابر ظرفیت ترانسفورماتور انتخاب شوند.
اندازهگیری بار ترانسفورماتور در دورههای تقاضای بالا و تعویض به موقع ترانسفورماتورهای تحت بارزیادی.
تقویت عملیات و نگهداری با تعویض عایقهای ترکخورده، تمیز کردن مسیر خطوط و جلوگیری از اتصال کوتاه فاز به فاز برای محافظت از ترانسفورماتور.
مورد دوم
در سال ۲۰۱۵، یک اداره برق ۳۲ مورد سوختن ترانسفورماتور را تجربه کرد. بیشتر آنها توسط یک تولیدکننده واحد تولید شده بودند. پس از بازرسی گسترده هسته و نمونهبرداری از روغن، مشخص شد که ۸۰٪ از نمونههای روغن ترانسفورماتور حاوی آب بودند. تجزیه و تحلیل بیشتر نشان داد که لولههای پرکردن روغن در مخازن این ترانسفورماتورها درزگیری ضعیفی داشتند. در طول بارندگی، آب برای مدت طولانی در لولهها تجمع مییافت و به تدریج به داخل ترانسفورماتور نفوذ میکرد. در طول زمان، محتوای آب در روغن ترانسفورماتور به طور مداوم افزایش یافت، خاصیت عایقی آن کاهش یافت و باعث خرابی ترانسفورماتور شد.
راهکارها:
نصب کاسههای فلزی روی لولههای پرکردن روغن تا از تماس مستقیم با آب جلوگیری شود. پس از نصب این کاسهها روی تمام ترانسفورماتورهای این نوع، تعداد سوختنها به طور قابل توجهی کاهش یافت.
انجام آزمون نمونهبرداری از روغن ترانسفورماتورهای توزیع به صورت سالانه و تعویض به موقع روغن ترانسفورماتور در صورت عدم رضایت بخش بودن نتایج آزمون.
مورد سوم
در سال ۲۰۱۸، یک ترانسفورماتور برق در یک ایستگاه تامین، در یک روز آفتابی و بدون بار سنگین، سوخت. بازرسی هسته نقاط قوس اتصال کوتاه واضحی را روی سیمپیچ فشار قوی نشان داد که توسط عایقبندی ضعیف و ایجاد اتصال کوتاه ایجاد شده بود.
تحلیل: این نوع خرابی ترانسفورماتور فاقد عوامل خارجی آشکار است و شناسایی علت بدون بازرسی هسته دشوار میباشد. اکثر این موارد خرابی به این دلیل رخ میدهد که عملکرد عایقی ترانسفورماتور در طول کارکرد بلندمدت تضعیف شده و اقدامات بهموقع انجام نشده است. در نهایت، عایقبندی دیگر نمیتواند الزامات عملیاتی را برآورده کند و منجر به سوختن ترانسفورماتور میشود.
راهکارها:
انجام سالانه آزمون مقاومت عایقی ترانسفورماتورهای توزیع، نگهداری سوابق و تحلیل روندها. در صورت کاهش مقادیر عایقی زیر حد مطلوب، بلافاصله ترانسفورماتورها را تعویض کنید تا از سوختن جلوگیری شود.
نظارت منظم بر عایقبندی ترانسفورماتورهایی که اغلب در مناطق مستعد رعد و برق قرار دارند تا از خرابی ناشی از تخریب عایق جلوگیری شود.
مورد چهارم
در ۶ ژوئیه ۲۰۱۷، حین طوفان رعد و برق، یک ترانسفورماتور قرارگرفته بر روی قله کوه در یک ایستگاه تأمین برق، دچار سوختن فیوز ولتاژ بالا و پاشش روغن شد. آزمون عایقبندی نشاندهنده صفر مگااهم از ولتاژ بالا به زمین بود که بیانگر آسیب دیدگی ترانسفورماتور بود.
تحلیل: علت خرابی این ترانسفورماتور، ولتاژ زیاد ناشی از رعد و برق بود که باعث شکست عایق ترانسفورماتور و ایجاد اتصال کوتاه شد.
راهکارها:
بهبود مقاومت زمین کلاهکهای حفاظتی ترانسفورماتورها به منظور اطمینان از اینکه مقادیر در محدوده معقولی باقی بمانند.
انجام آزمون سالانه عایقبندی کلاهکهای حفاظتی ولتاژ بالا و پایین در ترانسفورماتورهای توزیع و تعویض فوری هر کدام که استانداردها را رعایت نکنند.
تقویت مدیریت پرسنل برای جلوگیری از حوادث
وضعیت عملیاتی ترانسفورماتورهای توزیع با کیفیت مدیریت ارتباط تنگاتنگی دارد. با مدیریت دقیق، میتوان حوادث سوختن ترانسفورماتور را بهطور مؤثری پیشگیری کرد.
درک وضعیت بار برای هر منطقه ترانسفورماتور: کارکنان مدیریت برق باید بهطور منظم بار کاربران را ارزیابی کنند و هم افزایش لوازم خانگی برای کاربران مسکونی و هم گسترش کارخانهها و معادن، ماشینآلات اضافی و تجهیزات گرمایشی/سرمایشی بیشتر را پایش کنند. این اطلاعات را میتوان از طریق خواندن کنتور و بازدیدهای منظم میدانی جمعآوری کرد تا آگاهی دقیقی حفظ شود.
جمعبندی تجربیات و دروس گذشته: درک الگوهای تأثیر تغییرات فصلی و اقلیمی بر تجهیزات. نقاط ضعف و خطرات بالقوه آشکار شده در بلایا را تقویت و بهبود بخشیده و اقدامات پیشگیرانه هدفمندی مانند تنظیم حفاظت اضافه بار ترانسفورماتور بر اساس شرایط واقعی اجرا کنید تا مقاومت تجهیزات در برابر بلایای طبیعی افزایش یابد.
انجام تحلیل و پیشبینی بار بهصورت فعال: با استفاده از دادههای اولیه جمعآوری شده از دو مورد قبلی، بهصورت علمی پیشبینی بار را انجام داده و ارتقاءهای مناسب از جمله اصلاح خطوط، توزیع مجدد بار و افزایش ظرفیت ترانسفورماتور را اجرا کنید. بازرسی تجهیزات را در دورههای طوفان، برف، باران یخبندان و سرمای شدید تقویت کنید تا از خرابی جلوگیری شود و قابلیت اطمینان تجهیزات افزایش یافته و سوختن ترانسفورماتورها کاهش یابد.
تأکید بر مسئولیت کارکنان: اولاً، ایجاد هوشیاری قوی از خدمات متمرکز بر کاربر و تضمین ولتاژ با کیفیت و پایدار. کارکنان باید در شناسایی خطرات بالقوه و گوش دادن به بازخوردهای کاربران مهارت داشته باشند و مشکلات را بدون تأخیر حل کنند. هرگز نباید تجهیزاتی با خرابی شناختهشده کار کنند یا مشکلات نادیده گرفته شوند. مدیریت باید از واکنش منفعلانه به اجرا فعال و از اجرای عادی به اجرای خلاقانه تغییر کند. ثانیاً، باید مسئولیتپذیری اعمال شود. بدون مکانیزمهای پاسخگویی، وظایف شغلی و مقررات بیمعنا میشوند. پاسخگویی سختگیرانه باید برای کارکنانی که از وظایف خود غفلت میکنند، از اختیارات خود سوءاستفاده برای منافع شخصی دارند، کارهای سطحی انجام میدهند یا اقدامات را بهطور موثر اجرا نمیکنند — که منجر به عدم حل مشکلات کاربران، عدم رفع خطرات یا آسیب تجهیزات میشود — اعمال شود. فقط با تلفیق اجرای مسئولیت با مکانیزمهای پاسخگویی سختگیرانه میتوان مسئولیتپذیری کاری را تقویت کرد، کارایی عملیاتی را افزایش داد، اثربخشی اجرا را بهبود بخشید، نیازهای کاربران را بهتر برآورده کرد، حوادث برقی ناشی از انسان را پیشگیری کرد و تمامیت عملیاتی تجهیزات را حفظ کرد.
نتیجهگیری
بهطور خلاصه، ترانسفورماتورهای برق ممکن است به دلایل متعددی در حین عملکرد دچار خرابی شوند، اما با تقویت مدیریت و نگهداری، خرابیهای ناشی از عوامل انسانی قابل کاهش قابل توجهی هستند. این امر قابلیت اطمینان تأمین برق را افزایش داده و هزینههای تعمیر و نگهداری شرکتهای برق را کاهش میدهد و به نفع هم شرکتها و هم کاربران است. این موضوع اهمیت عملی قابل توجهی تحلیل خرابی ترانسفورماتورها و اجرای راهکارهای مناسب را نشان میدهد.
