Analiza i rozwiązywanie problemów z wielopunktowym nieprawidłowym uziemieniem w rdzeniach transformatorów elektrycznych

Istnienie wielopunktowego ziemienia rdzenia transformatora powoduje dwa główne problemy: po pierwsze, może prowadzić do lokalnego przegrzewania się rdzenia w wyniku krótkiego spięcia, a w skrajnych przypadkach do lokalnego spalania się rdzenia; po drugie, prądy wirowe generowane w normalnym przewodzie ziemienia rdzenia mogą powodować lokalne przegrzewanie się transformatora i potencjalnie prowadzić do awarii typu wyładowania. Dlatego wielopunktowe usterki ziemienia w rdzeniach transformatorów bezpośrednio zagrażają codziennej pracy stacji transformatorowych. W tym artykule analizowana jest nieprawidłowa sytuacja wielopunktowego ziemienia w rdzeniu transformatora, przedstawiając proces analizy usterki i środki naprawcze na miejscu.

1. Przegląd usterki ziemienia

Główny transformator nr 1 w stacji transformatorowej 220 kV to model SFPSZB-150000/220, wyprodukowany 11 listopada 1986 roku i uruchomiony 8 sierpnia 1988 roku. Początkowo używany był wymuszony cyrkulacyjny chłodzenie oleju przez powietrze, ale w 2012 roku został przekształcony na naturalną cyrkulację chłodzenia powietrza. 5 marca, podczas żywej próby pomiaru prądu ziemienia rdzenia głównego transformatora nr 1, wykryto 40 mA, co stanowi znaczące odchylenie od poprzednich wyników testów. Badanie online monitorowania ziemienia rdzenia i urządzenia ograniczającego prąd wykazało prąd ziemienia rdzenia na poziomie 41 mA. 

Historia pokazała, że urządzenie automatycznie włączyło rezystor ograniczający prąd o wartości 115 Ω 27 lutego. Po ustaleniu, że główny transformator nr 1 może mieć problem z wielopunktowym ziemieniem rdzenia, personel przejrzał dane monitorowania chromatograficznego online, ale nie wykryto żadnych anomalii. Osoby zajmujące się badaniami oleju pobierały próbki z głównego transformatora nr 1 w południe 5 marca w celu przeprowadzenia analizy chromatograficznej gazu rozpuszczonego, ale dane testowe nie pokazały znaczących zmian, jak pokazano w tabeli 1 dla wyników testu chromatograficznego gazów rozpuszczonych. Zgodnie z ustawieniami urządzenia monitorowania online, gdy prąd ziemienia przekracza 100 mA, urządzenie automatycznie włączy rezystor do ograniczenia prądu ziemienia. Na tej podstawie ustalono, że główny transformator nr 1 ma usterkę wielopunktowego ziemienia rdzenia.

2 Analiza awarii sprzętu

Dane testowe prądu uziemienia rdzenia głównego transformatora z ostatnich trzech lat przedstawiono w tabeli 2. Porównanie historycznych danych testowych wykazało, że pomiary prądu uziemienia rdzenia dla transformatora głównego nr 1 stale pozostawały w normalnych zakresach, nie wykryto żadnych nietypowych trendów w rozpuszczonych gazach w oleju. Jednak prąd uziemienia znacząco wzrósł, a urządzenie ograniczające prąd automatycznie aktywowało rezystor ograniczający prąd.

Na podstawie kompleksowej analizy tych warunków można stwierdzić, że transformator główny nr 1 ma awarię wielopunktowego uziemienia rdzenia. Jednakże, gdy wystąpiła wielopunktowa uziemienie, system online monitorujący uziemienie rdzenia oraz urządzenie ograniczające prąd natychmiast aktywowało rezystor w momencie wzrostu prądu, efektywnie ograniczając jego wartość. W rezultacie, w analizie chromatograficznej rozpuszczonych gazów w oleju transformatora nie pojawiły się żadne anomalie.

28 marca podczas rutynowego testu awarii zasilania transformatora nr 1 pomiary oporu izolacji rdzenia potwierdziły warunek wielopunktowego ziemienia. Personel testowy zmierzył opór izolacji rdzenia przy napięciu 1000V, który pokazał opór izolacji "0". Użycie multimetru do pomiaru oporu ziemienia rdzenia wykazało stan przewodzenia "przewodzący" z wartością oporu "0". Te pomiary udowodniły, że rdzeń głównego transformatora nr 1 miał wielopunktowe ziemienie, konkretnie metaliczne ziemienie.

3 Środki zaradcze

(1) Biorąc pod uwagę, że usterka ziemienia może być spowodowana miękkim kontaktem metalicznym, próbowano metody impulsów kondensatorowych w celu usunięcia usterki: Kondensator (o pojemności 26,94 μF) został naładowany do 2500 V i trzykrotnie rozładowany do głównego transformatora nr 1. Po impulsach zmierzono opór izolacji rdzenia, aby ustalić, czy został przywrócony. Jeśli nie, napięcie testowe zostało zwiększone do 5000 V dla kolejnych trzech impulsów. Jeśli usterka nadal występowała, dalsze próby zostałyby przerwane.

(2) Jeśli metoda impulsów kondensatorowych nie udało się usunąć usterki ziemienia, gdy warunki na to pozwalały, przeprowadzona została kontrola z podniesieniem osłony transformatora, aby bezpośrednio zlokalizować punkt ziemienia i fundamentalnie usunąć usterkę wielopunktowego ziemienia rdzenia.

(3) Jeśli główny transformator nie mógł zostać natychmiast odłączony od zasilania do kontroli i naprawy, można było wprowadzić tymczasową metodę połączenia ogranicznika prądu szeregowo z przewodem ziemienia. Główny transformator nr 1 był wyposażony w urządzenie online monitorujące ziemienie rdzenia JY-BTJZ i ograniczające prąd, zawierające cztery ustawienia oporu (115, 275, 600 i 1500 Ω), które automatycznie aktywowały opór 115 Ω w zależności od wielkości prądu ziemienia. Po uruchomieniu urządzenia intensyfikowano monitorowanie, skracając cykle testów pomiaru prądu ziemienia rdzenia i analizy chromatograficznej oleju transformatora w celach śledzenia.

Konkretny proces implementacji polowej wyglądał następująco: Najpierw odłączono zewnętrzną połączenie ziemienia rdzenia, a następnie użyto generatora wysokiego napięcia DC do naładowania kondensatora. Po około 3 minutach ładowania napięcie osiągnęło 2,5 kV. Następnie, używając izolowanego pręta, połączono przewód z przewodem ziemienia rdzenia, aby rozładować kondensator do rdzenia transformatora. Po jednym rozładowaniu kondensatora do rdzenia głównego transformatora nr 1, opór izolacji rdzenia po 60 sekundach wzrósł do 9,58 GΩ, z współczynnikiem absorpcji 1,54, zgodnie z poprzednimi wynikami testów. Punkt ziemienia został pomyślnie usunięty.

Po powrocie głównego transformatora nr 1 do eksploatacji zmierzono prąd ziemienia rdzenia za pomocą testera prądu ziemienia rdzenia, który pokazał 2 mA. Jednocześnie urządzenie do monitorowania rzeczywistego prądu ziemienia rdzenia również pokazywało 2 mA, potwierdzając, że usterka została usunięta.