Analisi di Quattro Casi Maggiori di Incendio di Trasformatori Elettrici

Caso Uno

Il 1 agosto 2016, un trasformatore di distribuzione da 50 kVA in una stazione di fornitura elettrica ha improvvisamente rilasciato olio durante l'operazione, seguito dalla combustione e distruzione del fusibile ad alta tensione. I test di isolamento hanno rivelato zero megaohm dal lato a bassa tensione a terra. L'ispezione del nucleo ha determinato che il danno all'isolamento dell'avvolgimento a bassa tensione aveva causato un cortocircuito. L'analisi ha identificato diverse cause principali per questo guasto del trasformatore:

Sovraccarico: la gestione del carico è stata storicamente un punto debole nelle stazioni di fornitura elettrica di base. Prima delle riforme del sistema elettrico rurale, lo sviluppo era in gran parte non pianificato. I guasti dei trasformatori erano eventi comuni durante il Capodanno cinese, le stagioni agricole e i periodi di siccità quando era necessaria l'irrigazione. Anche se sono stati implementati sistemi di gestione, le capacità di gestione degli elettricisti rurali necessitano di miglioramenti. I carichi elettrici rurali crescono rapidamente con forti pattern stagionali e mancano di gestione pianificata. Il sovraffaticamento a lungo termine causa il guasto dei trasformatori. Inoltre, con l'aumento significativo dei redditi degli agricoltori, i carichi degli elettrodomestici sono cresciuti rapidamente e le industrie di lavorazione individuale rurali incentrate sulle famiglie si sono sviluppate velocemente, portando a un notevole aumento del carico elettrico. Sebbene gli investimenti nell'equipaggiamento di distribuzione siano considerevoli, i fondi limitati significano che il rimpiazzo dei trasformatori non può tenere il passo con la crescita del carico, causando il guasto dei trasformatori per sovraccarico.

Inoltre, i carichi elettrici rurali sono difficili da gestire e la consapevolezza sull'uso pianificato dell'elettricità è debole. Durante i periodi di carico massimo come l'irrigazione, le stagioni agricole e le ore serali, la competizione per l'uso dell'elettricità diventa problematica, contribuendo al guasto dei trasformatori.

Sbilanciamento del carico trifase: quando i carichi trifase sono sbilanciati, si verificano correnti trifasi asimmetriche, creando corrente zero sequenza nella linea neutrale. Il flusso magnetico zero sequenza generato da questa corrente induce potenziale zero sequenza negli avvolgimenti del trasformatore, spostando il potenziale del punto neutro. La fase con corrente maggiore diventa sovraccarica, danneggiando l'isolamento degli avvolgimenti, mentre la fase con corrente minore non raggiunge la sua capacità nominale, riducendo l'efficienza di uscita del trasformatore. Le connessioni povere ai terminali a bassa tensione e al terminale neutrale degli avvolgimenti di trasformatori sovraccarichi possono causare surriscaldamento, invecchiamento e deformazione dei sigilli in gomma e delle guarnizioni d'olio, portando a perdite d'olio e al guasto dei terminali.

Guasti a cortocircuito: sia nei guasti a terra monofase che nei cortocircuiti tra fasi, l'impedenza piccola degli avvolgimenti a bassa tensione dei trasformatori di distribuzione produce correnti di cortocircuito estremamente elevate. In particolare, con i cortocircuiti a breve distanza, le correnti di guasto possono raggiungere più di 20 volte la corrente nominale del trasformatore. Queste potenti correnti di cortocircuito generano forze eletromagnetiche di impatto e calore sostanziali che danneggiano i trasformatori di distribuzione, rendendo i cortocircuiti il modo di guasto più distruttivo per i trasformatori.

Le cause principali attuali dei guasti a cortocircuito includono:

• Poco spazio libero per le linee di distribuzione a bassa tensione, dove alberi caduti o veicoli che colpiscono i pali causano cortocircuiti

• Installazione, operazione o manutenzione impropria degli interruttori automatici a bassa tensione, causando cortocircuiti ai terminali degli interruttori

• Installazione inadeguata o manutenzione insufficiente delle casse di misurazione a bassa tensione montate sui trasformatori, causando cortocircuiti a breve distanza

Contromisure:

• Configurare correttamente i fusibili a bassa tensione per fondersi quando la corrente a bassa tensione supera la corrente nominale del trasformatore, proteggendo il trasformatore. I fusibili a bassa tensione dovrebbero essere dimensionati a 1,5 volte la capacità del trasformatore.

• Misurare i carichi del trasformatore durante i periodi di alta richiesta e sostituire prontamente i trasformatori sovraccarichi.

• Rafforzare l'operazione e la manutenzione sostituendo i condensatori crepati, liberando i corridoi delle linee e prevenendo i cortocircuiti tra fasi per proteggere i trasformatori.

Caso Due

Nel 2015, un ufficio elettrico ha subito 32 guasti di trasformatori. La maggior parte era prodotta da un singolo produttore. Dopo ispezioni estese del nucleo e campionamenti di olio, si è scoperto che l'80% dei campioni di olio conteneva acqua. Ulteriori analisi hanno rivelato che i tubi di riempimento dell'olio dei serbatoi di conservazione su questi trasformatori avevano un sigillaggio povero. Durante le piogge, l'acqua si accumulava nei tubi per lunghi periodi e gradualmente filtrava nei trasformatori. Nel tempo, il contenuto di acqua nell'olio del trasformatore continuava ad aumentare, riducendone le proprietà isolanti e causando guasti dei trasformatori.

Contromisure:

• Installare coppette metalliche sui tubi di riempimento dell'olio per isolarli dal contatto diretto con l'acqua. Dopo l'installazione di queste coppette su tutti i trasformatori di questo tipo, il numero di guasti è diminuito significativamente.

• Eseguire annualmente test di campionamento dell'olio sui trasformatori di distribuzione e sostituire prontamente l'olio del trasformatore quando i risultati dei test sono insoddisfacenti.

Caso Tre

Nel 2018, un trasformatore di potenza in una stazione di fornitura ha bruciato in una giornata chiara e soleggiata quando il carico non era pesante. L'ispezione del nucleo ha rivelato punti di arco evidenti sull'avvolgimento ad alta tensione, causati da un isolamento povero che ha portato a un cortocircuito.

Analisi: Questo tipo di guasto del trasformatore manca di fattori esterni evidenti, rendendo difficile identificare la causa senza un'ispezione del nucleo. La maggior parte di questi guasti si verifica perché le prestazioni isolanti del trasformatore si degradano nel corso di un lungo periodo di funzionamento e non vengono adottate misure tempestive. Alla fine, l'isolamento non riesce più a soddisfare i requisiti operativi, causando il bruciamento del trasformatore.

Contromisure:

• Eseguire annualmente test di resistenza isolante sui trasformatori di distribuzione, mantenere registri e analizzare le tendenze. Sostituire tempestivamente i trasformatori quando i valori di isolamento scendono al di sotto dei requisiti per prevenire i bruciamenti.

• Monitorare regolarmente l'isolamento dei trasformatori situati in aree particolarmente esposte ai fulmini per prevenire guasti dovuti alla degradazione dell'isolamento.

Caso Quattro

Il 6 luglio 2017, durante un temporale, un trasformatore situato in cima a una montagna presso una stazione di fornitura elettrica ha subito il bruciamento della fusibile ad alta tensione e lo spruzzo di olio. I test di isolamento hanno rilevato zero megohm tra l'alta tensione e la terra, indicando un danno al trasformatore.

Analisi: La causa di questo guasto del trasformatore è stata un'eccessiva tensione indotta da un fulmine, che ha compromesso l'isolamento del trasformatore, portando a un cortocircuito.

Contromisure:

• Migliorare la resistenza di terra dei parafulgmine dei trasformatori per garantire che i valori rimangano entro limiti ragionevoli.

• Eseguire annualmente test di isolamento sui parafulgmine sia ad alta che a bassa tensione dei trasformatori di distribuzione, sostituendo tempestivamente quelli che non rispettano gli standard.

Rafforzare la gestione del personale per prevenire gli incidenti

La condizione operativa dei trasformatori di distribuzione è strettamente legata alla qualità della gestione. Con una gestione meticolosa, gli incidenti di bruciamento dei trasformatori possono essere prevenuti efficacemente.

• Comprendere le condizioni di carico per ogni area del trasformatore: il personale di gestione dell'energia dovrebbe valutare regolarmente i carichi degli utenti, monitorando sia l'aumento degli elettrodomestici per gli utenti domestici che l'espansione delle fabbriche e delle miniere, l'aggiunta di macchinari e l'aumento dell'equipaggiamento di riscaldamento/raffreddamento. Queste informazioni possono essere raccolte attraverso la lettura dei contatori e visite regolari sul campo per mantenere una consapevolezza accurata.

• Riassumere le esperienze e le lezioni passate: comprendere come i cambiamenti climatici stagionali influenzano l'attrezzatura. Rafforzare e migliorare i punti deboli e i potenziali pericoli rivelati durante i disastri, implementando misure preventive mirate come l'adattamento della protezione contro il sovraccarico del trasformatore in base alle condizioni reali per migliorare la resilienza dell'attrezzatura contro i disastri naturali.

• Conduci un'analisi e previsione proattiva del carico: utilizzando i dati di prima mano raccolti dai due punti precedenti, svolgi in modo scientifico la previsione del carico e implementa adeguati aggiornamenti, inclusi modifiche alle linee, ridistribuzione del carico e aumento della capacità del trasformatore. Rafforza le ispezioni dell'attrezzatura durante i disastri di vento, neve, pioggia ghiacciata e periodi di freddo estremo per prevenire i guasti e migliorare l'affidabilità dell'attrezzatura, riducendo i bruciamenti dei trasformatori.

• Enfatizza la responsabilità del personale: prima, stabilisci una forte coscienza del servizio focalizzata sul servizio all'utente e sulla garanzia di una tensione stabile e di qualità. Il personale dovrebbe essere abile nell'identificare i potenziali pericoli e ascoltare il feedback degli utenti, affrontando i problemi in modo tempestivo senza ritardi. L'attrezzatura non dovrebbe mai essere operata con difetti noti o ignorando i problemi. La gestione dovrebbe passare da una risposta passiva a un'esecuzione proattiva e da un'esecuzione di routine a un'implementazione creativa. Secondo, la responsabilità deve essere fatta rispettare. Senza meccanismi di responsabilità, le responsabilità lavorative e le normative diventano insignificanti. Deve essere applicata una severa responsabilità per il personale che trascura i doveri, abusa dell'autorità per fini personali, svolge un lavoro superficiale o non implementa efficacemente le misure, risultando in problemi irrisolti degli utenti, pericoli non affrontati o danni all'attrezzatura. Solo integrando il rispetto delle responsabilità con meccanismi rigorosi di responsabilità, la responsabilità del lavoro può essere rafforzata, l'efficienza operativa migliorata, l'efficacia dell'implementazione migliorata, le esigenze degli utenti meglio servite, gli incidenti elettrici causati dall'uomo prevenuti e l'integrità operativa dell'attrezzatura mantenuta.

Conclusione

In sintesi, i trasformatori di potenza possono guastarsi per molte ragioni durante l'operazione, ma con una gestione e manutenzione rafforzate, i guasti causati dall'uomo possono essere significativamente ridotti. Ciò migliora l'affidabilità della fornitura di energia e riduce i costi di manutenzione per le aziende elettriche, beneficiando sia le imprese che gli utenti. Questo dimostra l'importanza pratica significativa dell'analisi dei guasti dei trasformatori e dell'implementazione di misure appropriate.