Neljän suuren voimansiirtojen palamistapahtuman analyysi

Tapaus Yksi

1. elokuuta 2016 sähköntarvikelaitoksen 50 kVA jakajatransformatorin oli yhtäkkiä alkanut puhua öljyä toiminnassa, minkä jälkeen korkean jännitteen säädönpilvi oli palanut ja tuhoutunut. Erityistesti osoitti, että eristys vastustus maasta alijännitteiselle puolelle oli nolla megohmia. Ytimen tarkastus paljasti, että alijännitteisen kympin eristys oli vaurioitunut, mikä oli aiheuttanut lyhytkatkaisun. Analyysi paljasti muutamia keskeisiä syytä tämän transformatorin vikaan:

Ylikuormitus: Lähes kaikissa peruslaitoksissa kuormahallinta on historiallisesti ollut heikko kohta. Maaseudun sähköjärjestelmän uudistuksen ennen kehitys oli suurelta osin suunnittelematonta. Transformatorien palot olivat yleisiä ilmiöitä vuodenpyyhien, viljelykausien ja kuivuuden aikana, kun tarvittiin vesiviljelyä. Vaikka hallintajärjestelmiä on toteutettu, maaseudun sähköasiantuntijoiden hallinto-kykyä on parannettava. Maaseudun sähkökuorma kasvaa nopeasti voimakkailla vuodenaikakuvioilla ja suunnitelmattomalla hallinnalla. Pidempiaikainen ylikuormitus aiheuttaa transformatorin polttumisen. Lisäksi maanviljelijöiden tulot ovat nousseet huomattavasti, ja kotitalouksien sähkölaitekuorma on kasvanut nopeasti, ja maaseutualueiden yksityiset teollisuudet ovat kehittyneet nopeasti, mikä on aiheuttanut merkittävän sähkökuorman kasvun. Vaikka jakeluvarusteisiin on tehty huomattavia investointeja, rajallinen rahoitus tarkoittaa, että transformatorien vaihto ei pysty pitämään askeleen tahtiin kuormituksen kasvuun, mikä aiheuttaa transformatorien polttumisen ylikuormituksen seurauksena.

Lisäksi maaseudun sähkökuorma on vaikea hallita, ja suunnitellun sähkön käytön tietoisuus on heikko. Huippukuormituksen aikoina, kuten vesiviljelyssä, viljelykausina ja illalla, sähkön käytön kilpailu on ongelma, mikä myös edistää transformatorin polttumista.

Kolmoskuormituksen epätasapaino: Kun kolmoskuormitus on epätasapainossa, syntyy epäsymmetrisiä kolmosvirtauksia, jotka luovat nollajäsenen virtauksen neutraalissa johtossa. Tämä virta generoi nollajärjestyspotentiaalin transformatorin kympissä, siirtäen neutraalipisteen potentiaalia. Virtauksen suurempi vaihe ylikuormittuu, vahingoittaen kympin eristyksen, kun taas virtauksen pienempi vaihe ei saavuta suunniteltua kapasiteettia, mikä vähentää transformatorin tuotantotehokkuutta. Heikkojen yhteyksien alijännitteisessä päätteessä ja neutraalipisteen päätteessä ylikuormitetussa transformatorin kympissä voi aiheuttaa lämmitystä, ikääntymistä ja muodonmuutosta kumiasemissa ja öljytykitsemissä, mikä johtaa öljyn vuotoon ja päätteen polttumiseen.

Lyhytkatkaisu: Riippumatta siitä, onko kyse yksifasaiseen maan yhteyteen tai fasien väliseen lyhytkatkaisuun, jakajatransformatorin alijännitteisten kympien pieni impedanssi tuottaa erittäin suuria lyhytkatkaisuvirtauksia. Erikoisesti lähellä olevissa lyhytkatkaisuissa virrat voivat nousta yli 20 kertaa transformatorin suunniteltuun arvoon. Nämä voimakkaat lyhytkatkaisuvirrat tuottavat huomattavia sähkömagneettisia vaikutusvoimia ja lämpöä, jotka vahingoittavat jakajatransformatoreita, tekemästä lyhytkatkaisusta transformatorille tuhoisimman vian.

Nykyisin lyhytkatkaisuvirtojen pääasiassa syynä ovat:

• Heikko alijännitteisten jakelujohtojen turvaväli, jossa pudonneet puut tai ajoneuvot, jotka osuvat paaliin, aiheuttavat lyhytkatkaisuja

• Epäasianmukainen asennus, toiminta tai huolto alijännitteisillä sähkökatkaisimilla, mikä aiheuttaa lyhytkatkaisuja katkaisimen päätteissä

• Heikko asennus tai riittämätön huolto transformaattoriin kiinnitettyihin alijännitteisiin mittalaatikoihin, mikä aiheuttaa lähellä olevia lyhytkatkaisuja

Toimenpiteet:

• Asenna alijännitteiset sulkutilat siten, että ne sulkevat, kun alijännitteinen virta ylittää transformatorin suunniteltun arvon, suojaten transformaattoria. Alipisteen sulkutilan arvo pitäisi olla 1,5 kertaa transformatorin kapasiteetti.

• Mittaa transformatorin kuorma huippukuormituksen aikana ja korvaa ylikuormitetut transformaattorit nopeasti.

• Vahvista toiminta ja huolto, korvaamalla revittyjä eristyksiä, selkeyttämällä johtoreittejä ja estämällä fasien välistä lyhytkatkaisua, suojatakseen transformaattoria.

Tapaus Kaksi

Vuonna 2015 yksi sähkövirasto koki 32 transformatorin polttumista. Useimmat niistä valmistautui yhdestä valmistajalta. Laajassa ytimeen tarkastuksessa ja öljyn otosmittauksessa havaittiin, että 80 prosenttia transformatorin öljyn otoksista sisälsi vettä. Lisätutkimuksissa paljastui, että näiden transformatorien säiliöiden öljyn täyttöputket eivät olleet riittävän hyvin tiiviisti suljettu. Sadessa vesi kertyi putkeen pitkäksi aikaa ja vähitellen se pääsi transformaattoriin. Ajan myötä öljyssä olevan veden määrä kasvoi jatkuvasti, mikä vähensi sen eristyskykyä ja aiheutti transformatorin epäonnistumisen.

Toimenpiteet:

• Asenna metalliset kupit öljyn täyttöputkien yläpuolelle eristääksemäni ne suoraan vedestä. Näiden kuppien asentamisen jälkeen kaikki tällaiset transformaattorit polttumiset vähentyivät huomattavasti.

• Suorita vuosittain öljyn otosmittaukset jakajatransformatoreissa ja korvaa transformatorin öljy heti, jos testitulokset eivät ole tyydyttävät.

Tapaus Kolme

Vuonna 2018 yksi sähköntarvikelaitoksen transformaattori poltti pois selkeällä, aurinkoisella päivänä, kun kuorma ei ollut kova. Ytimen tarkastus paljasti selvästi lyhytkatkaisun arkupisteitä korkean jännitteen kympissä, joita aiheutti heikko eristys, mikä johti lyhytkatkaisuun.

Analyysi: Tämäntyyppinen muuntajaepäonnistuminen puuttuu ilmeisiä ulkoisia tekijöitä, mikä tekee syytutkimuksesta vaikeaa ilman ytimen tarkastusta. Useimmat tämäntyyppiset epäonnistumiset tapahtuvat, koska muuntajan eristysominaisuus heikkenee pitkäaikaisessa käytössä, eikä ajatuisia toimenpiteitä ole toteutettu. Lopulta eristyksen ei enää vastaa käyttövaatimuksia, mikä johtaa muuntajan polttautumiseen.

Vastatoimet:

• Suorita joka vuosi jakeluverkon muuntajoiden eristysvastustestit, pidä kirjaa ja analysoi trendejä. Korvaa muuntajat välittömästi, kun eristysarvot alanevat vaadittua, estääksesi polttautumisen.

• Seuraa säännöllisesti muuntajien eristystä, jotka sijaitsevat usein ukkosmyrskyjen vaikutusalueella, estääksesi epäonnistumisia heikentyneen eristyksen vuoksi.

Tapaus Neljä

6. heinäkuuta 2017 ukkosmyrskyyn sattui, että sähköhuoltoaseman huipulla sijainnut muuntaja kohdasi korkean jännitteen säteilytteen palamisen ja öljyn pirstaloitumisen. Eristystestauksessa havaittiin nolla megohmia korkean jännitteen ja maan välillä, mikä osoitti muuntajan vaurioituneen.

Analyysi: Tämän muuntajaepäonnistumuksen syy oli ukkosmyrskyn aiheuttama ylivoltage, joka rikkoi muuntajan eristystä, mikä johti lyhytkiertoon.

Vastatoimet:

• Paranna muuntajan surgesuojausten maajännitettä varmistaaksesi, että arvot pysyv kohtuullisissa rajoissa.

• Suorita joka vuosi sekä korkean että matalan jännitteen surgesuojausten eristystestit jakeluverkon muuntajissa, korvaa välittömästi ne, jotka eivät täytä vaatimuksia.

Henkilöstön hallinnon vahvistaminen onnettomuuksien ehkäisemiseksi

Jakeluverkon muuntajien toimintatila on tiiviisti sidoksissa hallinnon laatuun. Tarkalla hallinnalla voidaan tehokkaasti ehkäistä muuntajien polttautumisia.

• Ymmärrä kukin muuntajan alueen kuormituksen tila: Sähköhallinnon henkilökunnan tulisi säännöllisesti arvioida käyttäjien kuormituksia, seurata perheiden sähkölaitteiden lisääntymistä asuinalueilla ja teollisuuden ja kaivostoiminnan laajentumista, lisättyä koneistoa ja lämpöpumppujen lisääntymistä. Tätä tietoa voidaan kerätä mittarien lukemisten ja säännöllisten kenttävierailujen kautta, jotta tiedot pysyvät ajan tasalla.

• Yhteenveto menneistä kokemuksista ja oppimisista: Ymmärrä, miten vuodenaikojen ilmastonmuutokset vaikuttavat laitteisiin. Vahvista ja paranna heikoja kohtia ja potentiaalisia vaaroja, jotka on paljastunut katastrofien aikana, toteuttaen kohdennettuja ennaltaehkäisytoimenpiteitä, kuten muuntajan ylipistokehityksen suojausten säätämistä olosuhteiden mukaan, parantaaksesi laitteiden kestävyyttä luonnonkatastrofeissa.

• Suorita ennakoiva kuormitusanalyysi ja ennuste: Käyttäen ensimmäisen kahden kohdan ensisijaista dataa, suorita tieteellisesti kuormitusennustetta ja toteuta sopivia päivityksiä, kuten linjojen muokkausta, kuormituksen uudelleenjakoa ja muuntajan kapasiteetin lisäämistä. Vahvista laitteiden tarkastuksia tuulen, lunta, jäätävän sadan ja äärimmäisen kylmän ajan aikana, estääksesi epäonnistumisia ja parantaaksesi laitteiden luotettavuutta, samalla vähentäen muuntajien polttautumisia.

• Korosta henkilöstön vastuuta: Ensiksi, luo vahva palveluvalmius, joka keskittyy käyttäjien palveluun ja laadukkaan, vakauden takaa. Henkilökunnan tulisi olla taitava tunnistamaan potentiaaliset vaarat ja kuuntelemaan käyttäjien palautetta, ratkaisemaan ongelmia välittömästi ilman viivytystä. Laitteita ei saa käyttää tiedossa olevin vioilla tai ohittaa niitä. Hallintoa tulisi siirtää passiivisesta reagoinnista proaktiiseen toimintaan ja ruttoksiin luovasta toteuttamiseen. Toiseksi, vastuun täytäntöönpano on välttämätöntä. Ilman vastuuseenpanomekanismeja, työtehtävät ja säännöt ovat merkityksettömiä. Varmista tiukka vastuuseenpano henkilökunnalle, joka laiminlyö velvollisuutensa, väärinkäyttää valtaa henkilökohtaiseen hyödyksi, suorittaa perinteistä työtä tai ei tehokkaasti toteuta toimenpiteitä – johtaa käyttäjien ongelmiin, vaaroihin tai laitteiden vaurioitumiseen. Vain integroimalla vastuun täyttymisen ja tiukan vastuuseenpanon, voidaan vahvistaa työn vastuuseenpano, parantaa toiminnan tehokkuutta, parantaa täytäntöönpanon tehokkuutta, paremmin palvella käyttäjien tarpeita, ehkäistä ihmiskäsittelyä aiheutuneita sähköongelmia ja ylläpitää laitteiden toiminnallista kosketettavuutta.

Yhteenveto

Yhteenvetona, sähkömuuntajat voivat epäonnistua monista syistä toiminnassa, mutta vahvistamalla hallinnon ja huollon, ihmisten aiheuttamat muuntajaepäonnistumiset voidaan merkittävästi vähentää. Tämä parantaa sähkönjakelun luotettavuutta, samalla vähentäen sähköyritysten huoltokustannuksia, mikä on hyödyllistä sekä yrityksille että käyttäjille. Tämä osoittaa muuntajaepäonnistumisten analysoinnin ja asianmukaisten vastatoimiten toteuttamisen merkittävän käytännön tärkeyden.