Wie man Transformatorfehler diagnostiziert und Rauschen reduziert
Mit der rasanten Entwicklung der chinesischen Wirtschaft hat sich auch die Stromindustrie in Bezug auf ihre Größenordnung erweitert, wodurch die Anforderungen an die installierte Leistung und die Einzel-Leistung von Starkstromtransformern gestiegen sind. Dieser Artikel bietet eine kurze Einführung in vier Aspekte: Transformerbau, Blitzschutz für Transformatoren, Transformatorfehler und Transformatorengeräusche.
Ein Transformer ist ein häufig verwendetes elektrisches Gerät, das in der Lage ist, Wechselstrom-Energie umzuwandeln. Es kann eine Form von elektrischer Energie (Wechselstrom und Spannung) in eine andere Form von elektrischer Energie (mit derselben Frequenz von Wechselstrom und Spannung) umwandeln. In praktischen Anwendungen besteht die Hauptfunktion eines Transformers darin, Spannungsstufen zu ändern, was die Stromübertragung einfacher macht.
Laut dem Verhältnis der Ausgangsspannung zur Eingangsspannung werden Transformatoren als Spannungsabnehmer oder Spannungserhöher klassifiziert. Ein Transformer mit einem Spannungsverhältnis kleiner als 1 wird als Spannungsabnehmer bezeichnet, dessen Hauptfunktion darin besteht, die erforderlichen Spannungen für verschiedene elektrische Geräte bereitzustellen und sicherzustellen, dass die Nutzer die richtige Spannung erhalten. Ein Transformer mit einem Spannungsverhältnis größer als 1 wird als Spannungserhöher bezeichnet, der hauptsächlich dazu dient, die Kosten der Stromübertragung zu reduzieren, die Verluste während der Übertragung zu minimieren und die Übertragungsweite zu verlängern.
Transformerbau
Bei mittel- und großkapazitären Starkstromtransformatoren wird ein versiegeltes Ölbehältnis bereitgestellt, das mit Transformatoröl gefüllt ist. Die Transformatorspulen und -kern sind im Öl eingetaucht, um eine bessere Wärmeableitung zu erreichen. Isolierdurchführungen werden verwendet, um die Spulen auszuführen und mit externen Schaltkreisen zu verbinden. Ein Transformer besteht hauptsächlich aus den folgenden Komponenten: Spannungsregelvorrichtung, Hauptkörper, Ausgangsleiteranlagen, Ölbehälter, Schutzvorrichtungen und Kühlvorrichtungen. Die Spannungsregelvorrichtung teilt sich in unter Last und ohne Last schaltbare Stufenwechsler, was im Wesentlichen eine Art Stufenschalter ist; der Hauptkörper besteht aus Führungen, Kern, Isolierstruktur und Spulen; die Ausgangsleiteranlagen umfassen Niederspannungs- und Hochspannungs-Durchführungen; der Ölbehälter umfasst Zubehör (einschließlich Ölprobenahmeverstellelementen, Typenschildern, Ablassventilen, Erdungsbolzen und Rädern) und den Hauptbehälter (einschließlich Behälterboden, -wände und -deckel); Schutzvorrichtungen umfassen Trockneratmer, Gasrelais, Kompensationsbehälter, Ölfloßrelais, Ölstandsanzeiger, Temperatursensoren und Sicherheitsventile; Kühlvorrichtungen bestehen aus Kühler und Radiatoren.
Transformatorengeräusche und Lärmminderungsmaßnahmen
Transformatoren produzieren oft während des Betriebs Geräusche, hauptsächlich aufgrund elektromagnetischer Kräfte, die Vibrationen des Hauptkörpers und magnetischer Dehnung in Siliziumstahlplatten in Magnetfeldern verursachen, sowie durch Ventilatoren und Kühlsystemgebläse. Das menschliche Hörorgan kann nur innerhalb bestimmter Vibrationsfrequenzen Geräusche wahrnehmen; wenn die Frequenz zwischen 16 Hz und 2000 Hz liegt, kann sie gehört werden. Ultraschall über diesem Bereich und Infraschall darunter können nicht wahrgenommen werden. Geräusche verbreiten sich vom Kern zum Luft, Spulen und Klemmstrukturen—dies ist der Hauptverbreitungsweg von Transformatorengeräuschen. Der Lärm kann durch Reduzierung der magnetischen Flussdichte und Minimierung der magnetischen Dehnung in Kernsiliziumstahlplatten verringert werden. Allerdings führt die Reduzierung der Flussdichte zu einer Erhöhung der Kerndimensionen und der Anzahl der Siliziumstahlplatten, was die Kosten erhöht. Um den Lärm ohne Kostensteigerung zu reduzieren, ist die Hinzufügung von Dämpfungskomponenten effektiv. Zum Beispiel kann die Platzierung von gummiartigen Formpassfichtern zwischen der Niederspannungsspule und dem Kern die Spule fest zusammenhalten und Polsterung bieten. Diese Dämpfungskonstruktion hilft, den Lärm während seiner Verbreitung zu reduzieren.
Blitzschutz für Transformatoren
In China werden jährlich eine große Anzahl von Transformatoren durch Blitzschlag beschädigt. Laut zuständigen Behörden sind bei beschädigten 10 kV Verteiltransformatoren 4%–10% auf Blitzschlag zurückzuführen. Ungünstige Erdungsleitunganschlüsse und falsche Installation von Transformatorenblitzableitern sind die Hauptursachen für blitzbedingte Schäden. Hauptprobleme sind: getrennte Erdung von Hoch- und Niederspannungsseite-Blitzableitern und dem Neutralpunkt des Transformers; übermäßig lange Leitungen und zu kleine Querschnitte der Erdungsleiter; fehlende Blitzableiter auf der Niederspannungsseite; Nutzung der Trägerstruktur als Erdungsleiter für Hochspannungsseite-Blitzableiter; und fehlende präventive Tests von Blitzableitern.
Transformatorfehler
Wenn eine der folgenden Änderungen in einem Transformer auftritt, kann eine Fehleranalyse basierend auf seinem tatsächlichen Betriebszustand durchgeführt werden: Der Transformer verursacht einen Stromausfall aufgrund eines Unfalls oder es treten Phänomene wie Kurzschlüsse am Ausgang auf, aber noch keine Zerlegung erfolgt; ungewöhnliche Phänomene treten während des Betriebs auf, was die Betreiber zwingt, den Transformer abzuschalten, um ihn zu inspizieren oder zu testen; während präventiver Tests, Wartungsannahme oder Inbetriebnahme unter normalen Stromabschaltbedingungen überschreiten eine oder mehrere Parameterwerte Standardgrenzwerte. Wenn eine der obigen Situationen während des tatsächlichen Gebrauchs auftritt, sollte der Transformer sofort entsprechende Inspektionen und Tests durchlaufen, um sicherzustellen, dass er normal betrieben werden kann.
Schritte zur Bestimmung des Vorhandenseins eines Fehlers:
Erstens, bestimmen Sie die Möglichkeit eines Fehlers und ob es sich um einen offensichtlichen (sichtbaren) oder versteckten (latenten) Fehler handelt.
Zweitens, identifizieren Sie die Natur des Fehlers—ob es sich um einen ölbezogenen Fehler oder einen Feststoffisolationsfehler, einen thermischen Fehler oder einen elektrischen Fehler handelt.
Drittens, Faktoren wie Fehlerleistung, Zeit bis zur Relaisaktivierung aufgrund von Sättigung, Schwere, Entwicklungsrichtung, Heißpunktemperatur und Gassättigungsgrad im Öl sind gängige Indikatoren zur Bestimmung des Vorhandenseins eines Fehlers.
Viertens, finden Sie eine geeignete Methode, um den Vorfall zu bewältigen. Wenn der Transformer nach dem Vorfall weiterhin betrieben werden kann, bestimmen Sie während des Betriebs, ob Sicherheitsmaßnahmen und Überwachungsmethoden angepasst werden müssen, und ob eine interne Inspektion oder Reparatur erforderlich ist.
Verschiedene Ursachen können zu Transformatorfehlern führen, die auf verschiedene Weise klassifiziert werden können. Zum Beispiel können sie nach Schaltkreistyp in Öl-Schaltkreis-Fehler, Magnet-Schaltkreis-Fehler und Elektro-Schaltkreis-Fehler unterteilt werden. Derzeit ist der häufigste und schwerwiegendste Transformatorfehler der Ausgangskurzschluss, der auch Entladungsfehler auslösen kann. Kurzschlussfehler in Transformatoren beziehen sich im Allgemeinen auf Phasen-zu-Phasen-Kurzschlüsse im Inneren des Transformers, Erdungsfehler in Leitungen oder Spulen und Ausgangskurzschlüsse.
Viele Unfälle resultieren aus solchen Fehlern. Zum Beispiel erfordert ein Kurzschluss am Niederspannungs-Ausgang eines Transformers oft die Ersetzung der betroffenen Spule; in schweren Fällen müssen alle Spulen ersetzt werden, was zu erheblichen wirtschaftlichen Verlusten und Folgen führt. Transformerkurzschlüsse verdienen ernsthafte Aufmerksamkeit. Zum Beispiel erlebte ein Transformer (110 kV, 31,5 MVA, Modell SFS2E8-31500/110) einen Kurzschlussunfall, begleitet von dem Abschalten der Dreiseiten-Schalter des Hauptschalters und der Aktivierung des schweren Gas-Schutzes.
Nach Rückführung des Transformers zur Fabrik zur Reparatur zeigte eine Prüfung während der Haubenhebung: Rost sowohl am Grund- als auch am oberen Kern (aufgrund von Regen während des Unfalls); schwere Verformung der Mittelspannungsspule in Phase C, Zusammenbruch der Hochspannungsspule in Phase C und Kurzschluss zwischen Nieder- und Mittelspannungsspulen aufgrund des Verschiebens von Klemmplatte; schwere Verformung der Mittel- und Niederspannungsspulen in Phase B; die Niederspannungsspule in Phase C brannte an zwei Stellen durch; und zahlreiche feine Kupferpartikel und Kupferperlen zwischen den Spulenwindungen. Hauptursachen waren: unzureichende Isolationsstärke der Isolierstruktur; fehlende Ausrichtung der Klemmstreifen, fehlende Puffer und lose Verschiebung; und lose Spulen.
Entladungen schädigen hauptsächlich die Isolation des Transformers, was sich in zwei Aspekten zeigt: Erstens, aktive Gase, die durch Entladung entstehen—wie Chloroxide, Ozon und Wärme—verursachen unter bestimmten Bedingungen chemische Reaktionen, die zu lokaler Isolationskorrosion, erhöhtem dielektrischem Verlust und letztendlich thermischem Durchschlag führen. Zweitens bombardieren Entladungspartikel die Isolation direkt, was zu lokalen Isolierungsschäden führt, die sich allmählich ausdehnen und letztendlich durchbrechen.
Zum Beispiel erlebte ein Transformer (63 MVA, 220 kV) Entladungen bei 1,5-facher Spannung, begleitet von hörbaren Entladungsgeräuschen und Entladungspegeln von 4000–5000 pC. Als die Spannung der Wickelprüfung auf 1,0-fache Spannung reduziert und die Prüfmethode der Enden auf 1,5-fache Spannung geändert wurde, traten keine Entladungsgeräusche auf und der Entladungspegel sank drastisch auf unter 1000 pC. Bei der Zerlegung und Prüfung wurden baumartige Entladungsspuren entlang der Enden-Isolationskappen gefunden, hauptsächlich aufgrund mangelhafter Isolationsmaterialien.
Sobald partielle Entladungen an der Oberfläche fester Isolationen auftreten, insbesondere wenn sowohl normale als auch tangentielle Komponenten der elektrischen Feldstärke vorhanden sind, ist der resultierende Unfall am schwersten. Partielle Entladungsfehler können an jedem Ort mit mangelhaftem Isolationsmaterial oder konzentrierten elektrischen Feldern auftreten, wie zwischen Wickeldrehungen, an den Leitungen der Hochspannungswickel-Elektrostatikschirme, zwischen Phasenscheiden und an Hochspannungsleitungen.
Transformatoren sind weit verbreitete elektrische Geräte in elektronischen Schaltkreisen und Stromsystemen. Als Schlüsselausrüstung in der Stromnutzung, -verteilung und -übertragung spielen Transformatoren eine unersetzliche Rolle. Daher sollten Transformatoren in praktischen Anwendungen stärker beachtet werden.
