Как да диагностицирате дефекти на трансформаторите и намалите шума
С бързото развитие на китайската икономика електроенергийната индустрия също постепенно е разширявала мащабите си, увеличавайки изискванията за инсталацията и единичната мощност на трансформаторите. Тази статия дава кратък обзор на четири аспекта: конструкцията на трансформаторите, защитата от мълнии, дефектите на трансформаторите и шума на трансформаторите.
Трансформатор е широко използван електрически прибор, способен да преобразува електрическа енергия на променлив ток. Той може да преобразува една форма на електрическа енергия (променлив ток и напрежение) в друга форма на електрическа енергия (със същата честота на променливия ток и напрежението). В практически приложения главната функция на трансформатора е да променя нивата на напрежението, което прави предаването на енергия по-удобно.
Според отношението на изходното напрежение към входното напрежение, трансформаторите се класифицират като понижаващи или повишаващи. Трансформатор с напрежение по-малко от 1 се нарича понижаващ, чиято основна функция е да доставя необходимите напрежения за различни електрически устройства, осигурявайки на потребителите подходящо напрежение. Трансформатор с напрежение по-голямо от 1 се нарича повишаващ, който главно функционира за намаляване на разходите по предаване на енергия, минимизиране на загубите на енергия по време на предаване и удължаване на дистанцията на предаване.
Конструкция на трансформаторите
В средните и големите мощности на електроенергиените трансформатори се предоставя герметизиран резервоар, пълен с трансформаторно масло. Обмотките и ядрото на трансформатора са потопени в маслото, за да се постигне по-добро разпространение на топлината. Изолационни бушони се използват за извеждане на обмотките и свързване с външни цепи. Трансформаторът се състои от следните компоненти: устройство за регулиране на напрежението, основен корпус, изходни терминални устройства, резервоар, защитни устройства и охладителни устройства. Устройството за регулиране на напрежението се дели на устройства за регулиране под натоварване и без натоварване, които са вид переключвател; основният корпус включва водещи, ядро, изолационна структура и обмотки; изходните терминални устройства включват нисковолтови и високоволтови бушони; резервоарът включва аксесоари (включително клапани за пробиране на масло, табела, клапани за изтичане, болтове за заземяване и колела) и основния корпус (включително дъното, стените и капака); защитните устройства включват сушилни апарати, газови реле, кондензаторни резервоари, реле за ниво на масло, указатели за ниво на масло, температурни сензори и сигурни клапани; охладителните устройства се състоят от радиатори и хладилници.
Шум от трансформаторите и мерки за намаляване
Трансформаторите често произвеждат звук по време на работа, главно поради електромагнитни сили, причиняващи вибрации на основния корпус и магнетострикция в силиконовите стоманени листове под магнитни полета, както и шум, произведен от вентилатори и охладителни системи. Човешката слухова система може да восприема звук само в определени честоти на вибрация; когато честотата е между 16 Hz и 2000 Hz, тя може да бъде чута. Ултразвук над този диапазон и инфразвук под него не могат да бъдат восприети. Шумът се разпространява от ядрото към въздуха, обмотките и затягащите структури – това е основният път на разпространение на шума на електроенергиените трансформатори. Шумът може да бъде намален чрез намаляване на плътността на магнитния поток и минимизиране на магнетострикцията в силиконовите стоманени листове на ядрото. Но, намаляването на плътността на магнитния поток увеличава размерите на ядрото и броя на силиконовите стоманени листове, което увеличава разходите. За да се намали шумът без увеличаване на разходите, ефективно е добавянето на демпфериращи компоненти. Например, поставянето на каучукови формовани пространства между нисковолтовата обмотка и ядрото може да затяже обмотката и да предостави амортизация. Тази демпферираща структура помага за намаляване на шума по време на неговото разпространение.
Защита на трансформаторите от мълнии
В Китай всяка година значителен брой трансформатори се повредяват поради удари на мълнии. Според съответните органи, между повредените 10 kV разпределителни трансформатори, 4%–10% са повредени поради удари на мълнии. Неправилните връзки на заземителните водачи и неправилната инсталация на грозни парници са основните причини за повреди, свързани с мълнии. Ключови проблеми включват: отделно заземяване на грозни парници от високоволтната и нисковолтната страна и нейтралната точка на трансформатора; прекалено дълги водачи и твърде малки сечения на заземителните проводници; липса на грозни парници на нисковолтната страна; използване на опорната конструкция като заземителен водач за грозни парници на високоволтната страна; и липса на профилактични тестове на грозни парници.
Дефекти на трансформаторите
Когато се случи някое от следните промени в трансформатора, анализ на дефектите може да бъде извършен въз основа на реалното му работно състояние: трансформаторът причинява прекъсване на електроенергията поради авария или изпитва явления като коротко замыкание на изхода, но декомпиляцията все още не е извършена; по време на работа се появяват аномални явления, които принуждават операторите да спрат трансформатора за проверка или тест; по време на профилактични тестове, приемане на поддръжка или включване при нормално прекъсване на електроенергията, една или повече параметрични стойности надхвърлят стандартните граници. Ако се случи някое от гореспоменатите състояния по време на реалното използване, трансформаторът трябва незабавно да бъде подложен на съответни проверки и тестове, за да се гарантира, че може да работи нормално.
Стъпки за определяне наличието на дефект:
Първо, определете възможността за наличие на дефект, дали е очевиден (видим) или скрит (латентен) дефект.
Второ, идентифицирайте характера на дефекта – дали е дефект, свързан с масло, или дефект на твърда изолация, топлинен дефект или електричен дефект.
Трето, фактори като мощността на дефекта, времето до активиране на реле поради наситеност, тежест, тенденция за развитие, температура на горещата точка и ниво на наситеност на газ в маслото са общи показатели за определяне на наличието на дефект.
Четвърто, намерете подходящ метод за справяне с инцидента. Ако трансформаторът все още може да работи след инцидента, определете по време на работа дали са необходими корекции в безопасността и методите за наблюдение, и дали са необходими вътрешни проверки или ремонти.
Различни причини могат да доведат до дефекти на трансформаторите, които могат да бъдат класифицирани по много начини. Например, по тип на веригата, те могат да бъдат категоризирани като дефекти на маслени вериги, магнитни вериги и електрични вериги. В момента най-често и сериозно дефектно състояние на трансформаторите е короткото замыкание на изхода, което може също да предизвика дефекти на разряд. Короткото замыкание на трансформаторите често се отнася до фазово коротко замыкание във вътрешността на трансформатора, коротко замыкание на земята на водачите или обмотките, и коротко замыкание на изхода.
Много аварии се дължат на такива дефекти. Например, коротко замыкание на нисковолтния изход на трансформатора често изисква замяна на засегнатата обмотка; в тежки случаи, всички обмотки може да са необходими за замяна, което причинява значителни икономически загуби и последствия. Короткото замыкание на трансформаторите заслужава сериозно внимание. Например, трансформатор (110 kV, 31.5 MVA, модел SFS2E8-31500/110) преживя авария с коротко замыкание, придружена от изключване на ключовете на три страни на главния трансформатор и активиране на защитата от тежки газове.
След връщането на трансформатора в завод за ремонт, проверката при вдигане на капака разкри: ръждяване на основата и горното ядро (поради дъжд по време на аварията); сериозна деформация на средноволтната обмотка в фаза C, съборяване на високоволтната обмотка в фаза C, и коротко замыкание между нисковолтната и средноволтната обмотка, причинено от разместване на зажимащите плочки; сериозна деформация на средноволтната и нисковолтната обмотка в фаза B; нисковолтната обмотка в фаза C изгоря на две секции; и множество фини медни частици и медни бисери между обмотките. Основни причини включват: недостатъчна изолационна сила на изолационната структура; неверно поставени зажимащи ленти, липсващи подложки и разместване; и разпуснати обмотки.
Разрядът главно поврежда изолацията на трансформаторите, което се проявява в два аспекта: Първо, активните газове, произведени от разряда – като оксиди на хлор, озон и топлина – предизвикват химически реакции при определени условия, което води до местно корозиране на изолацията, увеличаване на диелектричните загуби, и в крайна сметка топлинно разрушаване. Второ, частиците от разряда директно ударят изолацията, причинявайки местно повреждане, което постепенно се разширява и в крайна сметка се разрушава.
Например, трансформатор (63 MVA, 220 kV) преживя разряд при 1.5 пъти напрежението, придружен от слышими звуци на разряд и ниво на разряд до 4000–5000 pC. Когато пробното напрежение между обмотките беше намалено до 1.0 пъти и методът на проба на края на линията беше променен на 1.5 пъти напрежението, нямаше звук от разряд, и нивото на разряд рязко се намали до под 1000 pC. При разбиране и проверка, бяха открити дървесноподобни следи от разряд върху ъгловите изолационни пръстени, главно поради неподходящ материал на изолацията.
Когато се случи частичен разряд върху повърхността на твърдата изолация, особено когато са налични както нормални, така и тангентни компоненти на електричното поле, резултатът е най-сериозен. Частични дефекти на разряд могат да се появят на всякакво място с лош материал на изолация или концентрирано електрично поле, като между обмотките, на водачите на електростатичните щитове на високоволтните обмотки, между фазовите бариери, и на високоволтните водачи.
Трансформаторите са широко използвани електрически прибори в електронните вериги и електроенергийните системи. Като ключово оборудване в използването, разпределението и предаването на електроенергия, трансформаторите играят незаменима роля. Затова, в практическото им използване, трябва да се обърне повече внимание на трансформаторите.
