تحلیل و رفع ناهماهنگی زمینگیری چند نقطهای در هسته ترانسفورماتور برق
وجود زمینگذاری چند نقطهای در هسته ترانسفورماتور موجب دو مشکل اصلی میشود: اولاً، میتواند باعث گرم شدن محلی کوتاهمداری در هسته شود و در موارد شدید، خسارت سوختنی محلی به هسته را ایجاد کند؛ ثانیاً، جریانهای حلقهای که در سیم زمینگذاری عادی هسته تولید میشوند میتوانند باعث گرم شدن محلی در ترانسفورماتور شده و بالاخره منجر به خرابیهای نوع تخلیه شوند. بنابراین، خرابیهای زمینگذاری چند نقطهای در هسته ترانسفورماتورهای برق مستقیماً عملیات روزمره زیرستانها را تهدید میکنند. این مقاله یک مورد غیرعادی از خرابی زمینگذاری چند نقطهای در هسته یک ترانسفورماتور برق را تحلیل میکند و فرآیند تحلیل خرابی و اقدامات حل مسئله در محل را معرفی میکند.
۱. مروری بر خرابی زمینگذاری
ترانسفورماتور اصلی شماره ۱ در یک زیرستان ۲۲۰ کیلوولت مدل SFPSZB-۱۵۰۰۰۰/۲۲۰ است که در ۱۱ نوامبر ۱۹۸۶ ساخته شده و در ۸ اوت ۱۹۸۸ به کار گرفته شده است. ابتدا از گردش اجباری روغن و سیستم خنکسازی هوا استفاده میکرد اما در سال ۲۰۱۲ به گردش طبیعی روغن و سیستم خنکسازی هوا تغییر یافت. در ۵ مارس، تست زنده جریان زمینگذاری هسته ترانسفورماتور اصلی شماره ۱ نشان داد که ۴۰ میلیآمپر جریان وجود دارد که تفاوت قابل توجهی با نتایج آزمایشهای قبلی داشت. بررسی دستگاه نظارت آنلاین و دستگاه محدودکننده جریان زمینگذاری هسته نشان داد که جریان زمینگذاری هسته ۴۱ میلیآمپر است.
ضبطهای تاریخی نشان داد که این دستگاه یک مقاومت محدودکننده ۱۱۵ اهم را به صورت خودکار در ۲۷ فوریه وارد کرده است. پس از تشخیص احتمال وجود خرابی زمینگذاری چند نقطهای در ترانسفورماتور اصلی شماره ۱، کارکنان دادههای نظارت آنلاین کروماتوگرافی را بررسی کردند اما هیچ ناهماهنگیای یافته نشد. کارکنان تست روغن نمونهبرداری از ترانسفورماتور اصلی شماره ۱ در بعد از ظهر ۵ مارس برای آنالیز کروماتوگرافی روغن انجام دادند اما دادههای تست نشان داد که تغییرات قابل توجهی وجود ندارد، همانطور که در جدول ۱ نتایج تست کروماتوگرافی گازهای محلول نشان داده شده است. بر اساس تنظیمات دستگاه نظارت آنلاین، هنگامی که جریان زمینگذاری بیش از ۱۰۰ میلیآمپر باشد، دستگاه به صورت خودکار یک مقاومت را وارد میکند تا جریان زمینگذاری را محدود کند. بر اساس این، تشخیص داده شد که ترانسفورماتور اصلی شماره ۱ دارای خرابی زمینگذاری چند نقطهای است.
| گاز | H₂ | CH₄ | C₂H₆ | C₂H₄ | C₂H₂ | CO | CO₂ | کل هیدروکربنها |
| محتوا/(μL/L) | 2.92 | 28.51 | 22.63 | 14.10 | 0.00 | 1299.23 | 8715.55 | 65.64 |
2 تحلیل خطا در تجهیزات
دادههای آزمون جریان زمینگذاری هسته ترانسفورماتور اصلی در سه سال گذشته در جدول 2 نشان داده شده است. مقایسه دادههای آزمون تاریخی نشان میدهد که اندازهگیریهای جریان زمینگذاری هسته برای ترانسفورماتور اصلی شماره ۱ به طور مداوم در محدودههای عادی باقی مانده و روند غیرعادی در گازهای حل شده در روغن مشاهده نشده است. با این حال، جریان زمینگذاری رشد قابل توجهی داشته و دستگاه محدودکننده جریان به طور خودکار مقاومت محدودکننده جریان را فعال کرده است.
با توجه به تحلیل جامع این شرایط، میتوان تشخیص داد که ترانسفورماتور اصلی شماره ۱ دارای خطا در زمینگذاری چند نقطهای هسته است. اما هنگامی که زمینگذاری چند نقطهای رخ داد، نظارت آنلاین زمینگذاری هسته و دستگاه محدودکننده جریان به طور خودکار مقاومت را در لحظه افزایش جریان فعال کردند و به طور موثر مقدار جریان را محدود کردند. بنابراین، هیچ ناهماهنگی در تجزیه کروماتوگرافی گازهای حل شده در روغن ترانسفورماتور ظاهر نشد.
| زمان آزمایش | مقدار اندازهگیری شده/میلیآمپر |
مقدار استاندارد/میلیآمپر | نتیجه |
| مارس ۲۰۲۱ | ۲.۰ | ≤۱۰۰ | صحتسنجی شده |
| مارس ۲۰۲۲ | ۲.۲ | ≤۱۰۰ | صحتسنجی شده |
| مارس ۲۰۲۳ | ۱.۹ | ≤۱۰۰ | صحتسنجی شده |
در تاریخ ۲۸ مارس، در طی آزمون روتین قطع برق ترانسفورماتور شماره ۱، اندازهگیری مقاومت عایقی هسته تأیید کرد که وضعیت زمینگذاری چند نقطهای وجود دارد. کارشناسان با استفاده از ولتاژ ۱۰۰۰ وات، مقاومت عایقی هسته را اندازه گرفتند که نشاندهنده مقاومت عایقی "صفر" بود. با استفاده از مولتیمتر، مقاومت زمینگذاری هسته اندازه گرفته شد که حالت "رسانایی" با مقاومت "صفر" را نشان داد. این اندازهگیریها ثابت کرد که هسته ترانسفورماتور اصلی شماره ۱ دارای زمینگذاری چند نقطهای و به طور خاص زمینگذاری فلزی است.
۳ راهحل برای حل مشکل
(۱) با توجه به اینکه خطای زمینگذاری ممکن است به دلیل تماس نرم فلزی باشد، روش ضربه کندانسور برای حذف خطا مورد آزمایش قرار گرفت: یک کندانسور (با ظرفیت ۲۶.۹۴ میکروفاراد) به ولتاژ ۲۵۰۰ وات شارژ شد و سه بار به ترانسفورماتور اصلی شماره ۱ دیشارژ شد. پس از ضربات، مقاومت عایقی هسته اندازه گرفته شد تا مشخص شود آیا بازیابی شده است یا خیر. اگر بازیابی نشده بود، ولتاژ آزمون به ۵۰۰۰ وات افزایش یافته و سه ضربه دیگر انجام شد. اگر خطا همچنان وجود داشت، تلاشهای بیشتر متوقف میشد.
(۲) اگر روش ضربه کندانسور قادر به حذف خطای زمینگذاری نبود، در صورت امکان، بازرسی با برداشتن پوشش ترانسفورماتور انجام شد تا محل زمینگذاری مستقیماً مشخص شده و خطا به طور بنیادی حذف شود.
(۳) اگر ترانسفورماتور اصلی نتوانست به طور فوری از برق خارج شود برای بازرسی و نگهداری، تدابیر موقتی شامل اتصال مقاومت محدودکننده جریان به سیم زمینگذاری انجام شد. ترانسفورماتور اصلی شماره ۱ با دستگاه نظارت آنلاین و محدودکننده جریان IEE-Business JY-BTJZ مجهز شده بود که چهار تنظیم مقاومت (۱۱۵، ۲۷۵، ۶۰۰ و ۱۵۰۰ اهم) داشت. این دستگاه به طور خودکار مقاومت ۱۱۵ اهم را بر اساس مقدار جریان زمینگذاری فعال کرده بود. پس از راهاندازی تجهیزات، نظارت شدت یافته و دورههای آزمون برای اندازهگیری جریان زمینگذاری هسته و تجزیه کروماتوگرافی روغن ترانسفورماتور برای ردیابی کوتاهتر شد.
فرآیند اجرایی میدانی به شرح زیر بود: ابتدا اتصال زمینگذاری خارجی هسته قطع شد و از یک ژنراتور ولتاژ مستقیم جهت شارژ کندانسور استفاده شد. پس از حدود ۳ دقیقه شارژ، ولتاژ به ۲.۵ کیلووات رسید. سپس با استفاده از میله عایقی، سیم رهگذر به سیم زمینگذاری هسته متصل شد تا کندانسور به هسته ترانسفورماتور دیشارژ شود. پس از یک دیشارژ کندانسور به هسته ترانسفورماتور اصلی شماره ۱، مقاومت عایقی هسته پس از ۶۰ ثانیه به ۹.۵۸ گیگااهم بازگشت و نسبت جذب ۱.۵۴ بود که با نتایج آزمون قبلی مطابقت داشت. نقطه زمینگذاری موفقیتآمیز حذف شد.
پس از بازگشت ترانسفورماتور اصلی شماره ۱ به خدمت، جریان زمینگذاری هسته با استفاده از دستگاه تست جریان زمینگذاری هسته اندازه گرفته شد که ۲ میلیآمپر بود. همزمان، دستگاه نظارت زنده جریان زمینگذاری هسته نیز ۲ میلیآمپر نشان داد که تأیید کرد خطا حذف شده است.
