Analiza štirih velikih primerov izgoranja močnih transformatorjev

Primer primer

1. avgusta 2016 je 50 kVA distribucijski transformator na elektrarni nenadoma začel prskati olje med delovanjem, sledilo pa je izgoranje in uničenje visokonapetostnega varnostnega preklopnika. Testiranje izolacije je razkrilo nič megohmov od nizkonapetostne strani do zemlje. Preiskava jedra je ugotovila, da je poškodba izolacije nizkonapetostnega vijaka povzročila kratko zaprtje. Analiza je identificirala več glavnih vzrokov za to poručo transformatorja:

Preobremenitev: Upravljanje obremenitve je zgodovinsko šibka točka v temeljnih elektrarnah. Pred reformami sistema ruralne elektrifikacije se je razvoj veliko dogajal brez načrta. Izgoreli transformatorji so bili pogosti pojav okoli časa novega leta, v sezoni obrtanja in ob suši, ko je potrebno navodnjavanje. Čeprav so bile implementirane upravni sistemi, so potrebne izboljšave v upravljanju kapacitet ruralnih električarjev. Ruralne električne obremenitve rastoče hitro z močnim sezonskim vzorcem in manjkajo načrtovano upravljanje. Dolgoročna preobremenitev povzroča izgorelost transformatorjev. Poleg tega, ker so se premoženstva kmetov znatno povečala, so se hitro povečale obremenitve s hišnimi aparati, in hitro se je razvijala posamezna industrija obdelave, ki temelji na gospodinjstvih, kar je povzročilo velik rast električnih obremenitev. Čeprav je bil velik investicija v distribucijsko opremo, omejeni finančni viri pomenijo, da nadomestitev transformatorjev ne more držati korak s rastjo obremenitve, kar povzroča izgorelost transformatorjev zaradi preobremenitve.

Ruralne električne obremenitve so težko upravljive, in je šibka svest o načrtovanem uporabi elektrike. V času vrhunske obremenitve, kot je navodnjavanje, sezona obrtanja in večerni čas, konkurenca za uporabo elektrike postane problem, kar prispeva k izgorelosti transformatorjev.

Neravnovesje trofazne obremenitve: Ko je trofazna obremenitev neravnovesna, se pojavi asimetrični trofazni tok, ki ustvarja neničelni tok v neutralni vrvi. Neničelni magnetni tok, ki ga ta tok ustvari, inducira neničelni potencial v vijku transformatorja, premakne pa tudi potencial neutralske točke. Faza z višjim tokom postane preobremenjena, kar poškoduje izolacijo vijka, medtem ko faza z nižjim tokom ne doseže svojo nazivno zmogljivost, kar zmanjša učinkovitost izhoda transformatorja. Slabe priključke na nizkonapetostnih terminalih in neutralnem terminalu preobremenjenih transformatorjev lahko povzročijo segrevanje, staranje in deformacijo gumenih zapornega in oljnega guma, kar vodi do iztekanja olja in izgorelosti terminalov.

Kratične napake: Ne glede na to, ali gre za enofazne kratične napake ali mehurice med fazami, majhna upornost nizkonapetostnih vijakov distribucijskega transformatorja ustvarja zelo visoke kratične tokove. Zlasti pri blizu ležnjih kratičnih napakah lahko napaki tok doseže več kot 20-krat nazivni tok transformatorja. Ti močni kratični tokovi ustvarjajo značilne elektromagnetne udarne sile in toplota, ki poškodujejo distribucijske transformatorje, kar čini kratične napake najrazornoščjim načinom poruke transformatorjev.

Trenutni glavni vzroki kratičnih napak vključujejo:

• Slaba prosta razdalja za nizkonapetostne distribucijske vrvi, kjer padajo drevesa ali vozila, ki trgujejo stolpi, povzročajo kratične napake

• Nepravilna namestita, delovanje ali vzdrževanje nizkonapetostnih preklopnikov, ki povzročajo kratične napake na terminalih preklopnikov

• Slaba namestita ali nedostatečno vzdrževanje nizkonapetostnih merilnih skrinj, nameščenih na transformatorjih, ki povzročajo blizu ležnje kratične napake

Zaščitne ukrepe:

• Pravilno konfigurirajte nizkonapetostne varnostne preklopnike, da se topijo, ko presežejo nizkonapetostni tok nazivni tok transformatorja, za zaščito transformatorja. Nizkonapetostne varnostne preklopnike bi morali biti velikosti 1,5-kratno večji od zmogljivosti transformatorja.

• Meritev obremenitev transformatorja v času visokih povpraševanj in hitro zamenjava preobremenjenih transformatorjev.

• Okrepiti delovanje in vzdrževanje z zamenjavo pokrtnih izolatorjev, čiščenjem vrvi in preprečevanjem kratičnih napak med fazami za zaščito transformatorjev.

Drugi primer

Leto 2015 je elektrarna izgubila 32 transformatorja. Večina je bila izdelana od enega proizvajalca. Po obsežnih preiskavah jedra in vzorčenju olja je bilo odkrito, da 80% vzorcev olja vsebuje vodo. Nadaljnja analiza je razkrila, da so imeli napolnitvene cevi rezervuarjev teh transformatorjev slabo zaprtje. Med deževjem se je voda dolgo časa nakopičevala v cevih in postopoma se prodrla v transformatorje. S časom se je vsebnost vode v olju transformatorja zvezno povečevala, kar je zmanjšalo njegove izolacijske lastnosti in povzročilo poruko transformatorja.

Zaščitni ukrepi:

• Namestite metalne škatle nad napolnitvene cevi, da jih izolirate od neposrednega stika z vodo. Po namestitvi teh škatel na vse takšne transformatorje se je število izgorelosti bistveno zmanjšalo.

• Izvedite letno vzorčenje olja na distribucijskih transformatorjih in hitro zamenjajte olje, če so rezultati testov nezadovoljivi.

Tretji primer

Leto 2018 je na elektrarni na sončnem, jasnem dnevu, ko je obremenitev bila nizka, izgoril distribucijski transformator. Preiskava jedra je razkrila očitne točke arkiranja kratkih zaprtij na visokonapetostnem vijaku, ki so bile povzročene slabo izolacijo, kar je povzročilo kratko zaprtje.

Analiza: Ta vrsta okvare transformatorja nima očitnih zunanjih dejavnikov, zaradi česar je težko ugotoviti vzrok brez pregleda jedra. Večina takšnih okvar se pojavi zaradi poslabšanja izolacijskih lastnosti transformatorja med dolgotrajnim obratovanjem, ko pravočasno niso sprejete ustrezne ukrepe. Na koncu izolacija ne more več izpolnjevati zahtev obratovanja, kar povzroči pregoro transformatorja.

Preprečevalni ukrepi:

• Letno izvajajte meritve upornosti izolacije razdelilnih transformatorjev, vodite evidence in analizirajte trende. Takoj zamenjajte transformatorje, kadar vrednosti izolacije padajo pod zahtevane meje, da preprečite pregoro.

• Redno nadzorujte izolacijo transformatorjev, ki so pogosto postavljeni v območjih z veliko strelami, da preprečite okvare zaradi poslabšane izolacije.

Primer štiri

6. julija 2017, med nevihto, je na elektrarni na vrhu gore prišlo do pregora visokonapetostnega varovala in izstopa olja iz transformatorja. Meritve izolacije so pokazale nič megohmov od visoke napetosti do zemlje, kar kaže na poškodbo transformatorja.

Analiza: Vzrok te okvare transformatorja je bil prenapetostni udar strele, ki je povzročil prebój izolacije transformatorja in s tem kratek stik.

Preprečevalni ukrepi:

• Izboljšajte prehodno upornost ozemljitve prenapetostnih odvodnikov transformatorjev, da zagotovite, da vrednosti ostanejo v razumnih mejah.

• Letno testirajte izolacijo tako visokonapetostnih kot nizkonapetostnih prenapetostnih odvodnikov na razdelilnih transformatorjih ter takoj zamenjajte tiste, ki ne izpolnjujejo standardov.

Okrepitev upravljanja osebja za preprečevanje nesreč

Delovno stanje razdelilnih transformatorjev je neločljivo povezano z kakovostjo upravljanja. Z natančnim upravljanjem je mogoče učinkovito preprečiti primer pregora transformatorjev.

• Razumevanje obremenitvenih pogojev za vsako transformatorsko cono: Osebje za upravljanje električne energije naj redno ocenjuje obremenitve uporabnikov, spremlja tako povečanje gospodinjskih aparatov pri gospodinjskih uporabnikih kot tudi razširitve tovarn in rudnikov, dodatne stroje in povečano opremo za ogrevanje/hlajenje. Te informacije je mogoče zbrati prek odčitkov merilnikov in rednih terenskih obiskov, da se ohrani natančno zavedanje.

• Povzemi preteklostne izkušnje in pouke: Razumeti moramo vzorce, kako sezonske in podnebne spremembe vplivajo na opremo. Okrepiti in izboljšati moramo šibke točke in potencialne nevarnosti, ki so se pojavile med katastrofami, ter uvesti ciljane preventivne ukrepe, kot je prilagoditev zaščite pred preobremenitvijo transformatorjev glede na dejanske pogoje, da izboljšamo odpornost opreme na naravne katastrofe.

• Proaktivna analiza in napovedovanje obremenitve: S prvimoročnimi podatki, zbranimi iz prejšnjih dveh točk, znanstveno izvajajte napovedovanje obremenitve in uvedite ustrezne nadgradnje, vključno z spremembami vodov, preusmeritvijo obremenitve in povečanjem zmogljivosti transformatorjev. Okrepimo preglede opreme med vetrom, sneženjem, ledenim dežjem, naravnimi katastrofami in obdobji ekstremnega mraza, da preprečimo okvare, izboljšamo zanesljivost opreme in zmanjšamo primerov pregora transformatorjev.

• Poudariti moramo odgovornost osebja: Najprej je treba vzpostaviti močan servisni duh, usmerjen k storitvam za uporabnike ter zagotavljanju kakovostne, stabilne napetosti. Osebje naj bo sposobno prepoznati potencialne nevarnosti in poslušati povratne informacije uporabnikov ter takoj reševati težave, ne da bi jih odlašalo. Opreme nikoli ne smemo obratovati z znanimi napakami ali ignorirati problemov. Upravljanje naj se premakne od pasivnega odzivanja k proaktivnemu izvajanju in od rutinskega izvajanja k kreativni realizaciji. Drugič, odgovornost mora biti uveljavljena. Brez mehanizmov odgovornosti postanejo delovne dolžnosti in predpisi brezpredmetni. Strogo odgovornost moramo uveljaviti za osebje, ki zanemarja svoje dolžnosti, zlorablja pooblastila za osebne koristi, opravlja formalistično delo ali ne izvaja ukrepov učinkovito – kar vodi do nerešenih težav uporabnikov, nepopolnjenih nevarnosti ali poškodb opreme. Le tako, da povežemo izpolnjevanje odgovornosti z vzdrževanjem strogi mehanizmi odgovornosti, lahko okrepijo odgovornost pri delu, izboljšamo operativno učinkovitost, izboljšamo učinkovitost izvajanja, bolje zadovoljimo potrebe uporabnikov, preprečimo človeško povzročene električne incidente in ohranimo celovitost obratovanja opreme.

Zaključek

Povzetek: Transformatorji električne energije lahko med obratovanjem izginejo zaradi mnogih razlogov, vendar z okrepljenim upravljanjem in vzdrževanjem človekom povzročene okvare transformatorjev znatno zmanjšamo. To izboljša zanesljivost oskrbe z električno energijo, hkrati pa zmanjšuje stroške vzdrževanja za električne družbe, kar koristi tako podjetjem kot uporabnikom. To kaže na pomembno praktično pomen analize okvar transformatorjev in uvedbe ustrezni preprečevalni ukrepi.