Analiza czterech głównych przypadków spalenia się dużych transformatorów elektrycznych

Przykład pierwszy

1 sierpnia 2016 roku, 50kVA transformator rozdzielczy w stacji zasilania nagle zaczął trącić olejem podczas pracy, po czym spaliły się i zostały zniszczone wysokie-napięciowe bezpieczniki. Badanie izolacji wykazało zero megoomów od strony niskiego napięcia do ziemi. Przegląd rdzenia wykazał, że uszkodzenie izolacji cewki niskiego napięcia spowodowało spięcie. Analiza wykazała kilka głównych przyczyn awarii tego transformatora:

Przeciążenie: Zarządzanie obciążeniami zawsze było słabym punktem w stacjach zasilania na poziomie lokalnym. Przed reformami systemu elektryczności wiejskiej rozwój był w dużej mierze nieplanowany. Spalanie się transformatorów było powszechnym zjawiskiem podczas Świąt Wiosennych, okresów uprawy i suszy, gdy potrzebne było nawadnianie. Mimo że wprowadzono systemy zarządzania, umiejętności zarządzania elektryków wiejskich wymagają poprawy. Obciążenia elektryczne w terenach wiejskich rosną szybko z silnymi wzorcami sezonowymi i brakiem planowanego zarządzania. Długotrwałe przeciążenie powoduje spalenie się transformatorów. Ponadto, ponieważ dochody chłopów znacznie wzrosły, obciążenia przez urządzenia domowe rosną szybko, a szybko rozwijają się indywidualne przemysły przetwórcze skupione wokół gospodarstw domowych, co prowadzi do znacznego wzrostu obciążeń energetycznych. Choć inwestycje w sprzęt dystrybucji są znaczne, ograniczone środki oznaczają, że wymiana transformatorów nie nadąża za wzrostem obciążeń, co powoduje ich spalanie się z powodu przeciążenia.

Ponadto, obciążenia elektryczne w terenach wiejskich są trudne do zarządzania, a świadomość planowanego zużycia energii jest słaba. W okresach szczytowych obciążeń, takich jak nawadnianie, okresy uprawy i wieczory, konkurencja w użyciu energii staje się problematyczna, co przyczynia się do spalania się transformatorów.

Nierównoważone obciążenie trójfazowe: Gdy obciążenia trójfazowe są nierównoważone, występują asymetryczne prądy trójfazowe, tworząc prąd zerowy w linii neutralnej. Magnetyczny strumień zerowy generowany przez ten prąd indukuje potencjał zerowy w cewkach transformatora, przesuwając potencjał punktu neutralnego. Faza z wyższym prądem zostaje przeciążona, uszkadzając izolację cewek, podczas gdy faza z niższym prądem nie osiąga swojej nominalnej pojemności, obniżając efektywność wyjściową transformatora. Słabe połączenia na złączach niskiego napięcia i złączach neutralnych przeciążonych cewek transformatora mogą powodować nagrzewanie, starzenie i deformację uszczelnień gumowych i masek olejowych, prowadząc do przecieków oleju i spalania się złącz.

Awarie spięć: Bez względu na to, czy są to awarie jednofazowego połączenia z ziemią, czy spięcia między fazami, małe impedancje cewek niskiego napięcia transformatorów dystrybucyjnych powodują ekstremalnie wysokie prądy spięcia. Szczególnie przy bliskich spięciach, prądy awaryjne mogą osiągnąć ponad 20 razy prąd nominalny transformatora. Te potężne prądy spięcia generują znaczne siły oddziaływania elektromagnetycznego i ciepło, które niszczy transformatory dystrybucyjne, co czyni spięcia najbardziej destrukcyjną formą awarii transformatorów.

Główne przyczyny awarii spięć obejmują:

• Zbyt mała odległość dla linii dystrybucyjnych niskiego napięcia, gdzie upadające drzewa lub pojazdy uderzające w słupy powodują spięcia

• Nieprawidłowa instalacja, eksploatacja lub konserwacja automatyki niskiego napięcia, powodująca spięcia na złączach automatów

• Nieprawidłowa instalacja lub niewystarczająca konserwacja skrzynek licznikowych montowanych na transformatorach, powodujących bliskie spięcia

Kontrmiary:

• Poprawna konfiguracja bezpieczników niskiego napięcia, aby stopniały, gdy prąd niskiego napięcia przekroczy prąd nominalny transformatora, chroniąc transformator. Bezpieczniki niskiego napięcia powinny być dopasowane do 1,5 razy pojemność transformatora.

• Pomiar obciążeń transformatorów w okresach wysokiego zapotrzebowania i natychmiastowa wymiana przeciążonych transformatorów.

• Wzmocnienie eksploatacji i konserwacji poprzez wymianę pękniętych izolatorów, czyszczenie korytarzy liniowych i zapobieganie spięciom między fazami, aby chronić transformatory.

Przykład drugi

W 2015 roku, biuro energetyczne doświadczyło 32 przypadków spalania się transformatorów. Większość z nich została wyprodukowana przez jednego producenta. Po szeroko zakrojonym przeglądzie rdzenia i pobraniu próbek oleju, stwierdzono, że 80% próbek oleju transformatorowego zawierało wodę. Dalsza analiza wykazała, że rury do nalania oleju w zbiornikach konserwatorskich tych transformatorów miały słabe szczeliny. Podczas opadów deszczu, woda gromadziła się w rurach przez dłuższy czas i stopniowo przenikała do transformatorów. Z biegiem czasu, zawartość wody w oleju transformatorowym ciągle rosła, obniżając jego właściwości izolacyjne i powodując awarie transformatorów.

Kontrmiary:

• Zainstalowanie metalowych kubków na rurach do nalania oleju, aby izolować je od bezpośredniego kontaktu z wodą. Po zainstalowaniu tych kubków na wszystkich tego typu transformatorach, liczba przypadków spalania się znacznie zmalała.

• Przeprowadzanie corocznych testów próbkowania oleju w transformatorach dystrybucyjnych i natychmiastowa wymiana oleju transformatorowego, gdy wyniki testów są niezadowalające.

Przykład trzeci

W 2018 roku, transformator w stacji zasilania spalił się w jasny, słoneczny dzień, gdy obciążenie nie było duże. Przegląd rdzenia wykazał wyraźne punkty łuku spięcia na cewce wysokiego napięcia, spowodowane złą izolacją, która doprowadziła do spięcia.

Analiza: Ten typ awarii transformatora nie ma oczywistych czynników zewnętrznych, co utrudnia identyfikację przyczyny bez kontroli rdzenia. Większość takich awarii występuje, ponieważ wydajność izolacji transformatora obniża się w długim okresie eksploatacji, a nie są podejmowane odpowiednie działania. Ostatecznie izolacja nie spełnia już wymagań operacyjnych, co prowadzi do spalenia transformatora.

Przeciwdziałanie:

• Przeprowadzaj roczne testy oporu izolacji transformatorów dystrybucyjnych, utrzymuj dokumentację i analizuj trendy. W przypadku, gdy wartości izolacji spadną poniżej wymaganych, natychmiast zastąp transformator, aby zapobiec jego spaleniu.

• Regularnie monitoruj izolację transformatorów często położonych w obszarach podatnych na uderzenia piorunów, aby zapobiec awariom spowodowanym degradacją izolacji.

Przypadek czwarty

6 lipca 2017 roku, podczas burzy z piorunami, transformator znajdujący się na szczycie góry w stacji zaopatrzenia w energię przeżył spalenie wysokiego napięcia i trysnięcie oleju. Testy izolacji wykazały zero megoomów od wysokiego napięcia do ziemi, co wskazywało na uszkodzenie transformatora.

Analiza: Przyczyną tej awarii transformatora było nadnapięcie spowodowane przez piorun, które przebiło izolację transformatora, powodując zwarcie.

Przeciwdziałanie:

• Popraw rezystancję uziemienia ograniczników przepięć transformatora, aby wartości pozostawały w rozsądnym zakresie.

• Przeprowadzaj roczne testy izolacji ograniczników przepięć zarówno wysokiego, jak i niskiego napięcia w transformatorach dystrybucyjnych, natychmiast zastępując te, które nie spełniają standardów.

Wzmocnienie zarządzania personelem w celu zapobiegania wypadkom

Stan operacyjny transformatorów dystrybucyjnych jest nieodłącznie związany z jakością zarządzania. Dzięki skrupulatnemu zarządzaniu można efektywnie zapobiegać incydentom spalania transformatorów.

• Zrozum warunki obciążenia dla każdego obszaru transformatora: Personel zarządzający energią powinien regularnie oceniać obciążenia użytkowników, monitorując zarówno wzrost liczby urządzeń domowych u użytkowników mieszkaniowych, jak i rozszerzenie fabryk i kopalń, dodatkowe maszyny oraz zwiększenie sprzętu grzewczego/ochładzającego. Te informacje mogą być zbierane poprzez odczyty liczników i regularne wizyty terenowe, aby utrzymać dokładną świadomość sytuacji.

• Podsumuj wcześniejsze doświadczenia i nauki: Zrozum, jak zmiany klimatu sezonowego wpływają na sprzęt. Wzmocnij i popraw słabe punkty i potencjalne zagrożenia ujawnione podczas katastrof, wprowadzając skierowane środki zapobiegawcze, takie jak dostosowanie ochrony przeciwko przeładunkowi transformatora na podstawie rzeczywistych warunków, aby poprawić odporność sprzętu na klęski żywiołowe.

• Przeprowadź proaktywną analizę i prognozę obciążenia: Wykorzystując pierwszorzędną dane zebraną z dwóch poprzednich punktów, naukowo przeprowadź prognozę obciążenia i wprowadź odpowiednie modernizacje, w tym modyfikacje linii, redistribucję obciążeń i zwiększenie pojemności transformatora. Wzmocnij inspekcje sprzętu podczas katastrof wiatrowych, śnieżnych, lodowych i okresów ekstremalnego zimna, aby zapobiegać awariom i poprawić niezawodność sprzętu, jednocześnie redukując spalanie transformatorów.

• Podkreśl odpowiedzialność personelu: Po pierwsze, ustanów silną świadomość usługową skoncentrowaną na obsłudze użytkownika i gwarancji jakości i stabilnej napięcia. Personel powinien posiadać umiejętności identyfikowania potencjalnych zagrożeń i nasłuchiwania opinii użytkowników, rozwiązując problemy natychmiast, bez zwłoki. Sprzęt nie powinien być eksploatowany z znanymi usterek lub ignorowaniem problemów. Zarządzanie powinno przechodzić od reakcyjnego do proaktywnego wykonania i od rutynowego wykonania do twórczego wdrożenia. Po drugie, należy egzekwować odpowiedzialność. Bez mechanizmów odpowiedzialności, obowiązki i regulamin pracy stają się bez znaczenia. Musi być surowo egzekwowana odpowiedzialność dla pracowników, którzy zaniedbywają obowiązki, nadużywają władzy dla własnej korzyści, wykonują robotę formalnie lub nieefektywnie implementują środki - co prowadzi do nierozwiązanych problemów użytkowników, nieusuniętych zagrożeń lub uszkodzenia sprzętu. Tylko poprzez integrację wypełniania obowiązków z surowymi mechanizmami odpowiedzialności można wzmocnić odpowiedzialność w pracy, zwiększyć efektywność operacyjną, poprawić skuteczność wdrażania, lepiej służyć potrzebom użytkowników, zapobiegać wypadkom energetycznym spowodowanym ludzkim błędem i utrzymać integralność działania sprzętu.

Podsumowanie

Podsumowując, transformatory energetyczne mogą ulec awarii z wielu powodów podczas eksploatacji, ale dzięki wzmocnionemu zarządzaniu i konserwacji, awarie transformatorów spowodowane przez człowieka można znacznie zmniejszyć. To poprawia niezawodność dostawy energii, jednocześnie zmniejszając koszty konserwacji dla przedsiębiorstw energetycznych, co przynosi korzyści zarówno przedsiębiorstwom, jak i użytkownikom. To pokazuje znaczącą praktyczną ważność analizy awarii transformatorów i wprowadzania odpowiednich środków przeciwdziałania.