Аналіз чотирьох випадків згоріння великих електроперетворювачів

Випадок один

1 серпня 2016 року трансформатор розподільної мережі потужністю 50 кВА на електропостачальній станції раптово викинув олію під час роботи, після чого високовольтний запобіжник загорівся та згорів. Тестування ізоляції показало нуль мегаомів від низьковольтного боку до землі. Огляд осердя встановив, що пошкодження ізоляції низьковольтної обмотки призвело до короткого замикання. Аналіз виявив кілька основних причин цього виходу трансформатора з ладу:

Перевантаження: управління навантаженням історично було слабким місцем на первинних електропостачальних станціях. До реформи сільської електричної системи розвиток у більшості випадків був незапланованим. Загоряння трансформаторів були поширеними під час Свят Китайського Нового Року, сезону сільськогосподарських робіт та періодів посухи, коли була необхідна іригація. Хоча системи управління були впроваджені, можливості сільських електриків щодо управління потребують покращення. Сільські електричні навантаження швидко зростають із сильними сезонними коливаннями та не мають планового управління. Довготривале перевантаження призводить до загоряння трансформаторів. Крім того, оскільки доходи фермерів значно зросли, навантаження побутових пристроїв швидко збільшилося, а також швидко розвиваються сільські індивідуальні переробні підприємства, зосереджені навколо домогосподарств, що призводить до значного зростання електричного навантаження. Хоча інвестиції в розподільчі пристрої є значними, обмежене фінансування означає, що заміна трансформаторів не встигає за зростанням навантаження, що призводить до їх загоряння через перевантаження.

Крім того, сільські електричні навантаження важко контролювати, а свідомість планового споживання електроенергії є слабкою. У періоди пікових навантажень, таких як іригація, сільськогосподарські сезони та вечірні години, конкуренція за використання електроенергії стає проблемою, що сприяє загорянню трансформаторів.

Несиметрія трифазного навантаження: коли трифазні навантаження є несиметричними, виникають несиметричні трифазні струми, що створюють струм нульової послідовності в нейтральному проводі. Магнітний потік нульової послідовності, утворений цим струмом, індукує потенціал нульової послідовності в обмотках трансформатора, зміщуючи потенціал нейтральної точки. Фаза з більшим струмом стає перевантаженою, що пошкоджує ізоляцію обмотки, тоді як фаза з меншим струмом не може досягти своєї номінальної потужності, що знижує ефективність виходу трансформатора. Погані з'єднання на низьковольтних затискачах та нейтральному затискачі перевантажених обмоток трансформатора можуть призводити до нагрівання, старіння та деформації гумових ущільнень і масляних прокладок, що призводить до витоку масла та згоряння затискачів.

Пошкодження через коротке замикання: чи то однофазні замикання на землю, чи міжфазні короткі замикання — невеликий опір низьковольтних обмоток розподільчого трансформатора призводить до дуже високих струмів короткого замикання. Особливо при близьких коротких замиканнях струми пошкодження можуть досягати більше ніж у 20 разів номінального струму трансформатора. Ці потужні струми короткого замикання створюють значні електромагнітні ударні сили та тепло, що пошкоджують розподільні трансформатори, роблячи коротке замикання найбільш руйнівним режимом пошкодження трансформаторів.

Поточні основні причини пошкоджень через коротке замикання включають:

• Погана відстань для низьковольтних розподільних ліній, де падіння дерев або зіткнення транспортних засобів із опорами призводять до короткого замикання

• Неправильне встановлення, експлуатація або технічне обслуговування низьковольтних автоматичних вимикачів, що призводить до короткого замикання на затискачах вимикача

• Погане встановлення або недостатнє технічне обслуговування низьковольтних облікових шаф, встановлених на трансформаторах, що призводить до близьких коротких замикань

Заходи:

• Правильно підібрати низьковольтні запобіжники, щоб вони перегорали, коли струм низької напруги перевищує номінальний струм трансформатора, забезпечуючи таким чином його захист. Низьковольтні запобіжники мають бути розраховані на 1,5 від потужності трансформатора.

• Вимірювати навантаження трансформаторів у періоди пікового попиту та негайно замінювати трансформатори, що працюють у режимі перевантаження.

• Посилити експлуатацію та технічне обслуговування шляхом заміни тріснутих ізоляторів, очищення коридорів ліній та запобігання міжфазним коротким замиканням для захисту трансформаторів.

Випадок два

У 2015 році енергопостачальне управління зафіксувало 32 випадки загоряння трансформаторів. Більшість з них були виготовлені одним виробником. Після детального огляду осердь та відбору проб масла було виявлено, що 80% проб масла трансформаторів містили воду. Подальший аналіз показав, що трубки заливу масла в розширювачах цих трансформаторів мали погане ущільнення. Під час дощів вода накопичувалася в трубках протягом тривалого часу та поступово просочувалася всередину трансформаторів. З часом вміст води в маслі трансформатора постійно збільшувався, що знижувало його ізоляційні властивості та призводило до виходу трансформаторів з ладу.

Заходи:

• Встановити металеві чаші над трубками заливу масла, щоб ізолювати їх від безпосереднього контакту з водою. Після встановлення цих чаш на всі трансформатори такого типу кількість загорань значно зменшилася.

• Щороку проводити відбір проб масла на розподільчих трансформаторах та негайно замінювати масло трансформатора, якщо результати тестів не задовольняють нормам.

Випадок три

У 2018 році трансформатор на електропостачальній станції згорів у ясний, сонячний день, коли навантаження не було великим. Огляд осердя виявив явні точки дугового короткого замикання на високовольтній котушці, спричинені поганою ізоляцією, що призвела до короткого замикання.

Аналіз: Цей тип відмови трансформатора не має очевидних зовнішніх факторів, що робить важким визначення причини без огляду серцевини. Більшість таких відмов відбувається через те, що ізоляційна характеристика трансформатора погіршується при довготривалій експлуатації, а своєчасні заходи не приймаються. Остаточно, ізоляція не може задовольняти вимогам до експлуатації, що призводить до вигорання трансформатора.

Захист:

• Проводити щорічне тестування опору ізоляції розподільчих трансформаторів, вести записи та аналізувати тенденції. Швидко замінювати трансформатори, коли значення ізоляції опадають нижче вимог, для запобігання вигорання.

• Регулярно контролювати ізоляцію трансформаторів, які часто знаходяться в місцях, підвержених блискавкам, для запобігання відмов через погіршення ізоляції.

Випадок Чотири

6 липня 2017 року під час грози трансформатор, розташований на вершині гори на електростанції, досвідчив вигорання високовольтного предохранителя та розбіжку масла. Тестування ізоляції показало нульовий мегом від високого напруги до землі, що свідчило про пошкодження трансформатора.

Аналіз: Причина відмови цього трансформатора полягала в наднапрузі, спричиненій блискавкою, що призвело до пробою ізоляції трансформатора та короткого замикання.

Захист:

• Покращити опір заземлення грозозахисників трансформаторів, забезпечуючи, що значення залишаються в межах розумних границь.

• Проводити щорічне тестування ізоляції як високовольтних, так і низьковольтних грозозахисників розподільчих трансформаторів, швидко замінюючи ті, які не відповідають стандартам.

Посилення управління персоналом для запобігання аварій

Стан роботи розподільчих трансформаторів нерозривно пов'язаний з якістю управління. З уважним управлінням можна ефективно запобігти випадкам вигорання трансформаторів.

• Зрозуміти умови завантаження для кожного району трансформаторів: Працівники управління енергією повинні регулярно оцінювати навантаження користувачів, стежачи як за збільшенням побутової техніки для домашніх користувачів, так і за розширенням заводів та шахт, додатковим обладнанням та збільшенням нагрівального/холодильного обладнання. Цю інформацію можна зібрати шляхом скидання показів лічильників та регулярних візитів на місце, щоб підтримувати точну свідомість.

• Підсумувати минулі досвід та уроки: Зрозуміти закономірності, як сезонні зміни клімату впливають на обладнання. Посилювати та покращувати слабкі місця та потенційні загрози, виявлені під час катастроф, впроваджуючи спеціальні профілактичні заходи, такі як налаштування захисту від перевантаження трансформаторів відповідно до реальних умов, щоб покращити стійкість обладнання до природних катаклізмів.

• Проводити прямий аналіз та прогноз навантаження: Використовуючи первинні дані, зібрані з попередніх двох пунктів, науково проводити прогнозування навантаження та впроваджувати відповідні оновлення, включаючи модифікацію ліній, перерозподіл навантаження та збільшення ємності трансформаторів. Посилювати інспекції обладнання під час вітру, снігу, льодяного дощу та періодів надзвичайного холоду, щоб запобігти відмовам та покращити надійність обладнання, зменшуючи випадки вигорання трансформаторів.

• Підкреслити відповідальність персоналу: По-перше, створити сильну службову свідомість, зосереджену на обслуговуванні користувачів та забезпеченні якісної, стабільної напруги. Персонал повинен бути впевнений у виявленні потенційних загроз та вислухуванні відгуку користувачів, швидко вирішуючи проблеми без затримок. Обладнання не повинно експлуатуватися з відомими дефектами або ігнорувати проблеми. Управління повинно перейти від пасивного реагування до активного виконання та від звичайного виконання до креативного впровадження. По-друге, повинна бути введена відповідальність. Без механізмів відповідальності, обов'язки та регуляції стають беззмістовними. Сувора відповідальність повинна бути введена для персоналу, який зanedбано обов'язки, зловживав повноваженнями для особистої вигоди, виконував формальну роботу або неефективно впроваджував заходи, що призводило до невирішених проблем користувачів, невирішених загроз або пошкодження обладнання. Лише інтегруючи виконання обов'язків з жорсткими механізмами відповідальності, можна посилити відповідальність за роботу, підвищити ефективність операцій, покращити ефективність впровадження, краще обслуговувати потреби користувачів, запобігти людським випадкам, пов'язаним з електроенергією, та підтримувати цілісність роботи обладнання.

Висновок

У заключенні, електротрансформатори можуть відмовляти з багатьох причин під час експлуатації, але з посиленого управління та обслуговування, відмови, спричинені людьми, можна значно зменшити. Це покращує надійність поставок електроенергії, зменшуючи витрати на обслуговування для енергетичних компаній, що є корисним як для підприємств, так і для користувачів. Це демонструє значний практичний значення аналізу відмов трансформаторів та впровадження відповідних протидії.