Анализ и устранение аномального многоточечного заземления в сердечниках силовых трансформаторов
Существование многоточечного заземления в сердечнике трансформатора вызывает две основные проблемы: во-первых, это может привести к локальному перегреву короткого замыкания в сердечнике, а в тяжелых случаях - к локальному оплавлению сердечника; во-вторых, циркулирующие токи, возникающие в обычном проводе заземления сердечника, могут вызвать локальный перегрев в трансформаторе и потенциально привести к авариям типа разряда. Поэтому многоточечные неисправности заземления в сердечнике силовых трансформаторов напрямую угрожают ежедневной работе подстанций. В данной статье анализируется аномальная проблема многоточечного заземления в сердечнике силового трансформатора, описывается процесс анализа неисправности и меры по ее устранению на месте.
1. Обзор неисправности заземления
Основной трансформатор № 1 на подстанции 220 кВ модели SFPSZB-150000/220 был изготовлен 11 ноября 1986 года и введен в эксплуатацию 8 августа 1988 года. Изначально он использовал принудительную масляную циркуляцию с воздушным охлаждением, но в 2012 году был переведен на естественную циркуляцию с воздушным охлаждением. 5 марта при проведении измерений тока заземления сердечника основного трансформатора № 1 было зафиксировано значение 40 мА, что значительно отличается от предыдущих результатов испытаний. Проверка устройства онлайн-мониторинга заземления сердечника и ограничивающего ток устройства показала ток заземления сердечника 41 мА.
Исторические данные указывали, что устройство автоматически включило резистор ограничения тока 115 Ом 27 февраля. После определения, что основной трансформатор № 1 может иметь проблему многоточечного заземления сердечника, персонал проверил данные хроматографического онлайн-мониторинга, но не обнаружил аномалий. Сотрудники, занимающиеся анализом масла, взяли образцы масла из основного трансформатора № 1 днем 5 марта для хроматографического анализа, но данные теста не показали значительных изменений, как видно из таблицы 1 с результатами хроматографических тестов растворенных газов. Согласно настройкам устройства онлайн-мониторинга, когда ток заземления превышает 100 мА, устройство автоматически включает резистор для ограничения тока заземления. На основе этого было определено, что основной трансформатор № 1 имеет неисправность многоточечного заземления сердечника.
| Газ | H₂ | CH₄ | C₂H₆ | C₂H₄ | C₂H₂ | CO | CO₂ | Общее содержание углеводородов |
| Содержание/(μL/L) | 2.92 | 28.51 | 22.63 | 14.10 | 0.00 | 1299.23 | 8715.55 | 65.64 |
2 Анализ неисправностей оборудования
Данные испытаний тока заземления сердечника основного трансформатора за последние три года представлены в таблице 2. Сравнение исторических данных испытаний показывает, что измерения тока заземления сердечника для первого основного трансформатора постоянно оставались в пределах нормальных значений, и не было обнаружено никаких аномальных тенденций в растворенных газах масла. Однако ток заземления значительно увеличился, и устройство ограничения тока автоматически включило резистор ограничения тока.
На основе комплексного анализа этих условий можно сделать вывод, что у первого основного трансформатора имеется неисправность многоточечного заземления сердечника. Однако, когда произошло многоточечное заземление, система онлайн-мониторинга заземления сердечника и устройство ограничения тока немедленно включили резистор при увеличении тока, эффективно ограничив величину тока. В результате в хроматографическом анализе растворенных газов масла трансформатора не было обнаружено никаких аномалий.
| Время тестирования | Измеренное значение/мА |
Стандартное значение/мА | Заключение |
| Март 2021 | 2.0 | ≤100 | Соответствует |
| Март 2022 | 2.2 | ≤100 | Соответствует |
| Март 2023 | 1.9 | ≤100 | Соответствует |
28 марта во время стандартного теста на отключение питания трансформатора №1 измерения сопротивления изоляции сердечника подтвердили наличие многоточечного заземления. Персонал провел измерения сопротивления изоляции сердечника при напряжении 1000 В, которое показало сопротивление "0". Использование мультиметра для измерения сопротивления заземления сердечника показало состояние "проводимость" с сопротивлением "0". Эти измерения доказали, что у основного трансформатора №1 сердечник имел многоточечное заземление, а именно металлическое заземление.
3 Меры по устранению
(1) Учитывая, что неисправность заземления могла быть вызвана мягким металлическим контактом, была предпринята попытка использования метода импульсов конденсатора для устранения неисправности: конденсатор (емкостью 26,94 мкФ) заряжался до 2500 В и разряжался трижды в основной трансформатор №1. После импульсов измерялось сопротивление изоляции сердечника, чтобы определить, восстановилось ли оно. Если нет, то напряжение теста увеличивалось до 5000 В для еще трех импульсов. Если неисправность сохранялась, дальнейшие попытки прекращались.
(2) Если метод импульсов конденсатора не помог устранить неисправность заземления, при наличии условий проводился осмотр трансформатора с подъемом кожуха, чтобы непосредственно найти точку заземления и фундаментально устранить многоточечное заземление сердечника.
(3) Если основной трансформатор нельзя было немедленно обесточить для осмотра и ремонта, можно было временно подключить ограничительный резистор последовательно с выводом заземления. Основной трансформатор №1 был оборудован устройством онлайн-мониторинга и ограничения тока заземления сердечника JY-BTJZ, содержащим четыре настройки сопротивления (115, 275, 600 и 1500 Ом), которое уже автоматически включило резистор 115 Ом в зависимости от величины тока заземления. После ввода оборудования в эксплуатацию контроль усилился, сократились интервалы между измерениями тока заземления сердечника и анализом хроматографии масла для отслеживания состояния.
Конкретный процесс реализации на месте выглядел следующим образом: сначала внешнее соединение заземления сердечника было отключено, и использовался генератор постоянного высокого напряжения для зарядки конденсатора. После примерно 3 минут зарядки напряжение достигло 2,5 кВ. Затем, используя изолированную палку, провод был подключен к выводу заземления сердечника, чтобы разрядить конденсатор в сердечник трансформатора. После одного разряда конденсатора в сердечник основного трансформатора №1 сопротивление изоляции сердечника через 60 секунд восстановилось до 9,58 ГОм, с коэффициентом абсорбции 1,54, что соответствовало результатам предыдущих испытаний. Точка заземления была успешно устранена.
После возвращения основного трансформатора №1 в эксплуатацию мы измерили ток заземления сердечника с помощью тестера тока заземления сердечника, который показал 2 мА. Одновременно устройство мониторинга тока заземления сердечника в реальном времени также показывало 2 мА, подтверждая, что неисправность была устранена.
