Analýza a řešení anomálního vícevrcholového zemlení v jádrech elektrických transformátorů

Existence více místního zazemlení v jádru transformátoru způsobuje dvě hlavní problémy: prvně, může vést k lokálnímu přehřátí krátkým spojením v jádru a v těžkých případech k lokálnímu spálení jádra; druhé, cirkulující proudy vygenerované v normálním zazemňovacím vodiči jádra mohou způsobit lokální přehřátí transformátoru a potenciálně vedou k poruchám typu výboje. Proto přímě vícemístného zazemlení v jádru elektrického transformátoru představují přímou hrozbu pro běžnou provozu podstací. Tento článek analyzuje anomálii vícemístného zazemlení v jádru elektrického transformátoru, představuje proces analýzy poruchy a opatření provedená na místě.

1.Přehled zazemňovacích poruch

Hlavní transformátor č. 1 na 220 kV podstaci je model SFPSZB-150000/220, vyroben 11. listopadu 1986 a uveden do provozu 8. srpna 1988. Původně používala nucenou olejovou cirkulaci s větracím chlazením, ale v roce 2012 byla převedena na přirozenou cirkulaci s větracím chlazením. 5. března živé měření proudu zazemlení jádra hlavního transformátoru č. 1 ukázalo 40 mA, což je významné odchylky od předchozích výsledků měření. Kontrola online monitoringu zazemlení jádra a zařízení omezujícího proud ukázala proud zazemlení jádra 41 mA. 

Historické záznamy ukazují, že zařízení automaticky zapojilo odporník omezení proudu 115 Ω dne 27. února. Po určení, že hlavní transformátor č. 1 mohl mít problém s vícemístným zazemlením jádra, byla provedena kontrola dat online monitoringu chromatografie, ale nebyly zjištěny žádné nepravidelnosti. Pracovníci sběrači vzorků oleje z hlavního transformátoru č. 1 popodvečer 5. března provedli chromatografickou analýzu oleje, ale výsledky testu neukázaly žádné významné změny, jak je znázorněno v tabulce 1 s výsledky chromatografického testu rozpustných plynů. Podle nastavení zařízení online monitoringu, pokud překročí proud zazemlení 100 mA, zařízení automaticky zapojí odporník k omezení proudu zazemlení. Na základě tohoto bylo určeno, že hlavní transformátor č. 1 má poruchu vícemístného zazemlení jádra.

2 Analýza poruchy zařízení

Testovací data zemního proudu jádra hlavní transformace za poslední tři roky jsou uvedena v tabulce 2. Srovnání historických testovacích dat ukazuje, že měření zemního proudu jádra u transformátoru č. 1 se konzistentně pohybovala v normálním rozmezí, nebyly zaznamenány žádné neobvyklé trendy v rozpustných plynech v oleji. Nicméně, zemní proud ukázal výrazné zvýšení a obvod omezující proud automaticky zapojil odpor omezující proud.

Na základě komplexní analýzy těchto podmínek lze určit, že transformátor č. 1 má poruchu vícebodového zemnictví jádra. Když došlo k vícebodovému zemnictví, systém online monitoringu zemnictví jádra a obvod omezující proud okamžitě zapojil odpor při nárůstu proudu, což efektivně omezilo velikost proudu. V důsledku toho nebyly zjištěny žádné neobvyklé výsledky v chromatografické analýze rozpustných plynů v transformátorovém oleji.

28. března během rutinního výkonu zkoušky při vypnutí napájení transformátoru č. 1 bylo měřením odporu izolace jádra potvrzeno stavu vícebodového zazemlení. Odborníci změřili odpor izolace jádra pomocí napětí 1 000 V, který ukázal odpor izolace "0". Použitím multimetru k měření odporu zazemlení jádra byl zjištěn stav "vodič" s hodnotou odporu "0". Tato data prokázala, že jádro hlavního transformátoru č. 1 má vícebodové zazemlení, konkrétně kovové zazemlení.

3 Opotřebení opatření

(1) S ohledem na to, že vadu mohl způsobit měkký kovový kontakt, byla použita metoda impulzů kondenzátorem k odstranění poruchy: Kondenzátor (kapacitou 26,94 μF) byl nabity na 2 500 V a třikrát vybouchnut do hlavního transformátoru č. 1. Po impulzech byl změřen odpor izolace jádra, aby se zjistilo, zda se obnovil. Pokud nebyl obnoven, bylo napětí zvýšeno na 5 000 V pro další tři impulzy. Pokud by se porucha nadále udržela, byly by další pokusy zastaveny.

(2) Pokud by metoda impulzů kondenzátorem nezabránila v odstranění zazemlení, byla by provedena inspekce transformátoru s odsunutím krytu, jakmile by to bylo možné, aby byl přímo identifikován bod zazemlení a základně odstraněna porucha vícebodového zazemlení jádra.

(3) Pokud by bylo nemožné okamžitě vypnout hlavní transformátor pro inspekci a údržbu, mohlo by být jako dočasné opatření připojeno omezující odpory do série s vedením zazemlení. Hlavní transformátor č. 1 byl vybaven zařízením JY-BTJZ pro online monitorování zazemlení jádra a omezení proudu, které obsahuje čtyři nastavení odpornosti (115, 275, 600 a 1 500 Ω), které již automaticky zapojily odpornost 115 Ω podle velikosti zazemlovacího proudu. Po uvedení zařízení do provozu bylo intenzivněji sledováno s krácením cyklů měření zazemlovacího proudu jádra a analýzy chromatogramu transformátorového oleje pro sledovací účely.

Konkrétní postup v terénu byl následující: Nejprve bylo odpojeno externí zazemlení jádra a použit generátor vysokého stejnosměrného napětí k nabíjení kondenzátoru. Po přibližně 3 minutách nabíjení bylo dosaženo napětí 2,5 kV. Poté, pomocí izolované tyče, byl spojovací drát připojen k vedení zazemlení jádra, aby byl kondenzátor vybouchnut do jádra transformátoru. Po jednom vybouchnutí kondenzátoru do jádra hlavního transformátoru č. 1 se 60sekundový odpor izolace jádra obnovil na 9,58 GΩ, s koeficientem absorpce 1,54, což je v souladu s předchozími výsledky zkoušek. Bod zazemlení byl úspěšně odstraněn.

Po navrácení hlavního transformátoru č. 1 do provozu jsme změřili zazemlovací proud jádra pomocí testeru zazemlovacího proudu jádra, který ukázal 2 mA. Současně zobrazovalo zařízení pro reálný časový monitoring zazemlovacího proudu jádra také 2 mA, což potvrdilo, že porucha byla odstraněna.