Analyse av fire store tilfeller med brann i krafttransformatorer

Sak 1

1. august 2016 sprøyte en 50kVA fordeltransformator ved et strømforsyningskontor plutselig olje under drift, etterfulgt av forbrenning og ødeleggelse av høyspenningsfusen. Isoleringstesting viste null megohm fra lavspenningsiden til jord. Kjernejakt fastslåtte at skade på isoleringen til lavspenningsvindingen hadde forårsaket en kortslutning. Analyse identifiserte flere primære årsaker til denne transformatorfeilen:

Overbelasting: Belastningshåndtering har historisk sett vært et svakt punkt ved grunnleggende strømforsyningskontorer. Før reformer av landsbystrømsystemet, var utviklingen i stor grad uplanlagt. Transformatorforbrenninger var vanlige hendelser under ferskelsesfest, dyrkingssesonger og tørkeperioder når irrigasjon var nødvendig. Selv om ledelsessystemer er implementert, trenger de administrative evnene hos landsbyelektrikere forbedring. Landsbystrømbelaster vokser raskt med sterke sesongmessige mønstre og mangler planlagt håndtering. Langvarig overbelasting fører til transformatorforbrenning. I tillegg har bondeinntekter økt betydelig, og belastningen fra husholdningsapparater har vokst raskt, mens individuelle prosesseringsindustrier sentrert rundt husholdningene har utviklet seg raskt, noe som fører til betydelig vekst i strømbelastning. Mens investeringene i fordelutstyr er betydelige, betyr begrenset finansiering at transformatorer ikke kan erstattes i takt med belastningsveksten, noe som fører til at transformatorer forbrenner på grunn av overbelasting.

I tillegg er landsbystrømbelaster vanskelige å administrere, og bevisstheten om planlagt strømbruk er svak. Under høybelastningstider som irrigasjon, dyrkingssesonger og kveldstimer, blir konkurransen om strømbruk problematisk, noe som bidrar til transformatorforbrenning.

Tre-fase belastningsubalans: Når tre-fase belaster er ubalanserte, oppstår asymmetriske tre-fase strømmer, som skaper nullsekvensstrøm i nøytral-lederen. Nullsekvensmagnetflaks generert av denne strømmen inducerer nullsekvenspotensial i transformatorvindingene, som forskyver nøytralpunktpotensialet. Fasen med høyere strøm blir overbelasted, noe som skader vindingisoleringen, mens fasen med lavere strøm ikke når sin spesifiserte kapasitet, noe som reduserer transformatorutdataeffektiviteten. Dårlige koblinger ved lavspennings- og nøytralterminaler av overbelasted transformatorvinding kan føre til varming, aldring og deformering av gummidempere og oljesegler, som fører til oljelækasje og terminalforbrenning.

Kortslutning feil: Uansett om det dreier seg om enfasen jordfeil eller fase til fase kortslutning, produserer den lave impedansen i lavspenningsvindingene av fordeltransformatorer ekstremt høye kortslutningsstrømmer. Spesielt med nærhet kortslutninger, kan feilstrømmer nå mer enn 20 ganger transformatorens spesifiserte strøm. Disse kraftige kortslutningsstrømmer genererer betydelige elektromagnetiske påvirkningskrefter og varme som skader fordeltransformatorer, gjør kortslutninger til den mest destruktive feilmåten for transformatorer.

De nåværende primære årsakene til kortslutningsfeil inkluderer:

• Dårlig frihøyde for lavspenningsfordelingslinjer, der falt trær eller kjøretøy som rammer stolper forårsaker kortslutninger

• Ukorrekt installasjon, drift eller vedlikehold av lavspenningsbrytere, som forårsaker kortslutninger ved bryterterminalene

• Dårlig installasjon eller utilstrekkelig vedlikehold av lavspenningsmålebokser montert på transformatorer, som forårsaker nærhet kortslutninger

Tiltak:

• Konfigurer lavspenningsfuse korrekt for å smelte når lavspenningsstrøm overskrider transformatorens spesifiserte strøm, for å beskytte transformatoren. Lavspenningsfuse skal være størrelsen 1,5 ganger transformatorkapasiteten.

• Mål transformatorbelastning under høybelastningstider og erstatt overbelasted transformator umiddelbart.

• Forsterk drift og vedlikehold ved å erstatte sprukne isolatorer, rydde linjeområder og unngå fase til fase kortslutninger for å beskytte transformatorer.

Sak 2

I 2015 opplevde et strømkontor 32 transformatorforbrenninger. De fleste ble produsert av en enkelt produsent. Etter omfattende kjerninspeksjon og oljesampling, ble det oppdaget at 80% av transformatoroljesampene inneholdt vann. Ytterligere analyse avdekket at oljeutfyllingsrør på dekonservatorer på disse transformatorer hadde dårlig tettning. Under nedbør ville vann akkumuleres i rørene over lengre tidsperiode og gradvis sive inn i transformatorer. Over tid økte vanninnholdet i transformatoroljen stadig, noe som reduserte dens isolerende egenskaper og forårsaket transformatorfeil.

Tiltak:

• Installer metallbeholder over oljeutfyllingsrør for å isolere dem fra direkte vannkontakt. Etter at disse beholderne ble installert på alle transformatorer av denne typen, sank antallet forbrenninger betydelig.

• Gjennomfør årlig oljesamplingstester på fordeltransformatorer og erstatt transformatorolje umiddelbart når testresultatene er utilfredsstillende.

Sak 3

I 2018 forbrente en forsyningsstationstransformator på en klar, solrik dag da belastningen ikke var tung. Kjernejakt avdekket tydelige kortslutningsbuepunkter på høyspenningsvindingen, forårsaket av dårlig isolering som førte til kortslutning.

Analyse: Dette typen transformerfeil mangler tydelige eksterne faktorer, noe som gjør det vanskelig å identifisere årsaken uten kjernetilsyn. De fleste slike feil oppstår fordi transformatorens isolasjonsegenskaper forringes over tid under langvarig drift, og tiltak ikke tas i tide. Til slutt kan isolasjonen ikke lenger møte driftskravene, noe som fører til at transformatoren brenner ut.

Tiltak:

• Gjennomfør årlig måling av isolasjonsmotstand på distribusjonstransformatorer, hold oversikt over resultater og analyser trender. Erstatt transformatorer umiddelbart når isolasjonsverdier falt under krav for å forebygge brann.

• Overvåk regelmessig isolasjonen på transformatorer ofte beliggende i lynutsatt områder for å unngå feil grunnet forringet isolasjon.

Sak Fire

Den 6. juli 2017, under en tordenstorm, ble det observert at en transformator plassert på toppen av en fjelltopp ved et kraftleveransestasjon opplevde forbrenning av dens høyspændingsfuse og oljesprøyt. Isolasjonstesting viste null megohm fra høyspenning til jord, indikativ for transformatorskade.

Analyse: Årsaken til denne transformatorfeilen var lynindusert overvoltage, som ødela transformatorens isolasjon, med følgekommande kortslutning.

Tiltak:

• Forbedre jordmotstanden til transformatorovervoltagebeskyttere for å sikre verdier innenfor rimelige grenser.

• Gjennomfør årlig isolasjonstesting av både høy- og lavspenningsbliksemlastere på distribusjonstransformatorer, erstatt umiddelbart enheter som ikke oppfyller standarder.

Styrking av personalehåndtering for å forebygge ulykker

Driftsforholdet for distribusjonstransformatorer er uadskillelig knyttet til kvaliteten på ledelse. Med nøyaktig ledelse kan incidenter med forbrenning av transformatorer effektivt forebygges.

• Forstå belastningsforhold for hvert transformatorområde: Personell innen kraftledelse skal regelmessig vurdere brukerbelastninger, overvåke både økningen i hjemlige apparater for privatbrukere samt utvidelsen av fabrikker og gruver, legge til mer maskineri, og økt opptreden av varme/kjølingsequipment. Denne informasjonen kan samles gjennom meterlest og regelmessige feltbesøk for å beholde nøyaktig kunnskap.

• Oppsummer erfaringer og lærepunkter: Forstå mønstrene for hvordan sesongmessige klimaendringer påvirker utstyr. Styrk og forbedre svakheter og potensielle farer avslørt under katastrofer, implementer målrettede forebyggende tiltak som justering av transformatoroverlastbeskyttelse basert på faktiske forhold for å forbedre utstyrets motstandsdyktighet mot naturkatastrofer.

• Utfør proaktiv belastningsanalyse og -prognose: Bruk første hands data innsamlet fra de to foregående punktene, utfør vitenskapelig belastningsprognoser og implementer passende oppgraderinger inkludert linjeendringer, belastningsfordeling, og økning av transformatorkapasitet. Styrk utstyrsovervåking under vind, snø, frysende regn katastrofer, og perioder med ekstrem kulde for å forebygge feil og forbedre utstyrsfiabilitet mens man reduserer forbrenning av transformatorer.

• Understrekk ansvarsfullhet hos personell: For det første, bygg sterk servicebevissthet rettet mot brukeroppfyllelse og garanti for stabil spenning. Personell skal være dyktig i å identifisere potensielle farer og lytte til brukerfeedback, løse problemer umiddelbart uten forsinkelse. Utstyr bør aldri drives med kjente feil eller ignorerte problemer. Ledelse bør skifte fra passiv respons til proaktiv utførelse, og fra rutinert utførelse til kreativ implementering. For det andre, må ansvarlighetsmekanismer settes i verk. Uten ansvarlighetsmekanismer blir jobbansvar og -regler meningsløse. Strangt ansvar må settes i verk for personell som forsømmer pliktene, misbruker myndighet for personlig gevinst, utfører perfunktorisk arbeid, eller mislykkes med å effektivt implementere tiltak – resulterende i uløste brukersaker, uforsvarte farer, eller utstyrsbeskadigelse. Bare ved å integrere ansvarsfullhet med strenge ansvarlighetsmekanismer kan arbeidsansvar styrkes, operasjonal effektivitet forbedres, implementeringsverknad forbedres, brukerbehov bedre tjenesteytes, menneskeskapt kraftincidenter forebygges, og utstyrs driftsinntegreitet opprettholdes.

Konklusjon

Samlet sett kan krafttransformatorer mislykkes av mange grunner under drift, men med styrket ledelse og vedlikehold kan menneskeskapte transformatorfeil betydelig reduseres. Dette forbedrer strømforsyningens pålitelighet samtidig som det reduserer vedlikeholdsutfgifter for kraftselskaper, noe som gir begge virksomheter og brukere fordel. Dette demonstrerer den betydelige praktiske betydningen av å analysere transformatorfeil og implementere passende tiltak.