Πώς να Διαγνώσετε Σφάλματα Μετατροπέα και να Μειώσετε το Θόρυβο

Με την ταχεία ανάπτυξη της οικονομίας της Κίνας, η βιομηχανία ηλεκτρικής ενέργειας έχει επίσης σταδιακά επεκταθεί σε κλίμακα, αυξάνοντας τις απαιτήσεις για την εγκατεστημένη δύναμη και τη μοναδική δύναμη των μετασχηματιστών. Αυτό το άρθρο παρέχει μια σύντομη εισαγωγή σε τέσσερα πεδία: κατασκευή μετασχηματιστών, προστασία των μετασχηματιστών από τους κεραυνούς, παρακμή των μετασχηματιστών και θόρυβος των μετασχηματιστών.

Ο μετασχηματιστής είναι ένα συνηθισμένο ηλεκτρικό συστηματικό όργανο που είναι ικανό να μετατρέπει την ενέργεια εναλλασσόμενης ροής. Μπορεί να μετατρέψει μια μορφή ηλεκτρικής ενέργειας (εναλλασσόμενη ροή και τάση) σε μια άλλη μορφή ηλεκτρικής ενέργειας (με την ίδια συχνότητα εναλλασσόμενης ροής και τάσης). Στις πρακτικές εφαρμογές, η κύρια λειτουργία του μετασχηματιστή είναι να αλλάζει τα επίπεδα τάσης, κάνοντας τη μεταφορά ενέργειας πιο εύκολη.

Σύμφωνα με το ποσοστό της εξόδου τάσης προς την είσοδο τάσης, οι μετασχηματιστές κατατάσσονται ως μειωτικοί ή αυξητικοί. Ένας μετασχηματιστής με ποσοστό τάσης λιγότερο από 1 ονομάζεται μειωτικός, η κύρια λειτουργία του οποίου είναι να παρέχει τις απαιτούμενες τάσεις για διάφορα ηλεκτρικά όργανα, διασφαλίζοντας ότι οι χρήστες λαμβάνουν την κατάλληλη τάση. Ένας μετασχηματιστής με ποσοστό τάσης μεγαλύτερο από 1 ονομάζεται αυξητικός, ο οποίος κυρίως λειτουργεί για να μειώσει το κόστος μεταφοράς ενέργειας, να ελαχιστοποιήσει τις απώλειες ενέργειας κατά τη μεταφορά και να επεκτείνει την απόσταση μεταφοράς.

Κατασκευή Μετασχηματιστών
Στους μεσαίου και μεγάλου δυναμικού μετασχηματιστές, παρέχεται ένα σφραγισμένο τελμηνί, γεμάτο με ελαίωμα μετασχηματιστών. Τα πλεξίδια και το πυρήνας του μετασχηματιστή είναι βυθισμένα στο ελαίωμα για καλύτερη αποδόσεις θερμότητας. Χρησιμοποιούνται απομονωτικά στέμματα για να οδηγήσουν τα πλεξίδια και να συνδέσουν σε εξωτερικές συμβολοσειρές. Ο μετασχηματιστής αποτελείται κυρίως από τα εξής συστατικά: συσκευή ρύθμισης τάσης, κύριο σώμα, συσκευές εξόδου, τελμηνί, προστατευτικά συστήματα και ψύξη. Η συσκευή ρύθμισης τάσης χωρίζεται σε φορτομετρητές κατά τη διάρκεια φορτίου και αποφορτισμού, είναι ουσιαστικά ένα είδος στροφοδιακτύπου· το κύριο σώμα αποτελείται από οδηγούς, πυρήνα, απομονωτική δομή και πλεξίδια· οι συσκευές εξόδου περιλαμβάνουν χαμηλό-και υψηλό-τάση στέμματα· το τελμηνί περιλαμβάνει αξεσουάρ (συμπεριλαμβανομένων των βαλβίδων δείγματος ελαίωμα, ετικέτες, βαλβίδες απόσταξης, βολτάρια αγχονίων και τροχούς) και το κύριο σώμα του τελμηνίου (συμπεριλαμβανομένων της βάσης, των τοίχων και του καταπακτή); τα προστατευτικά συστήματα περιλαμβάνουν ανυγραντήρες, ανεμομετρητές, συντηρητές, ανεμομετρητές, δείκτες επιπέδου ελαίωμα, αισθητήρες θερμοκρασίας και ασφαλές απόσταξη· τα συστήματα ψύξης αποτελούνται από ψυκτικά και ακτινοβολήτες.

Θόρυβος Μετασχηματιστών και Μέτρα Περιορισμού
Οι μετασχηματιστές συχνά παράγουν ήχο κατά τη λειτουργία, κυρίως λόγω των ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων που προκαλούν ταλαντώσεις στο κύριο σώμα και την μαγνητοστρέβλωση των σιλικονικών ατζέντων υπό μαγνητικά πεδία, καθώς και τον ήχο που παράγουν οι ανεμιστήρες και οι ανεμομετρητές του συστήματος ψύξης. Το ακουστικό σύστημα του ανθρώπου μπορεί να ανιχνεύσει ήχο μόνο σε συγκεκριμένες συχνότητες ταλαντώσεων· όταν η συχνότητα είναι μεταξύ 16 Hz και 2000 Hz, μπορεί να ακουστεί. Ο υπερήχος πάνω από αυτό το εύρος και ο υποήχος κάτω από αυτό δεν μπορούν να ανιχνευθούν. Ο ήχος διαδίδεται από τον πυρήνα στον αέρα, τα πλεξίδια και τις κατάστασης συμπίεσης—αυτή είναι η κύρια διαδρομή του ήχου των μετασχηματιστών. Ο ήχος μπορεί να μειωθεί με τη μείωση της πυκνότητας του μαγνητικού ροής και τη μείωση της μαγνητοστρέβλωσης των σιλικονικών ατζέντων του πυρήνα. Ωστόσο, η μείωση της πυκνότητας της ροής αυξάνει το μέγεθος του πυρήνα και τον αριθμό των σιλικονικών ατζέντων, αυξάνοντας το κόστος. Για να μειωθεί ο ήχος χωρίς αύξηση του κόστους, είναι αποτελεσματική η προσθήκη αποσβεστικών συστατικών. Για παράδειγμα, η τοποθέτηση ελαστικών συμβατών διασπαστών μεταξύ των χαμηλό-τάση πλεξιδίων και του πυρήνα μπορεί να συμπιέζει τα πλεξίδια και να παρέχει αμμούδιση. Αυτή η αποσβεστική δομή βοηθά στη μείωση του ήχου κατά τη διάδοσή του.

Προστασία των Μετασχηματιστών από τους Κεραυνούς
Στην Κίνα, κάθε χρόνο καταστρέφονται πολλοί μετασχηματιστές λόγω κεραυνών. Σύμφωνα με τις αρμόδιες αρχές, μεταξύ των κατεστραμμένων 10 kV μετασχηματιστών διανομής, το 4%–10% καταστρέφεται λόγω κεραυνών. Η εσφαλμένη σύνδεση των αγχονίων καταδίκης και η εσφαλμένη εγκατάσταση των προστατευτικών από κεραυνούς συσκευών είναι οι κύριες αιτίες των κεραυνών. Οι κύριες προβλήματα περιλαμβάνουν: ξεχωριστή κατάδικη των προστατευτικών από κεραυνούς συσκευών υψηλής και χαμηλής τάσης και του νετραλού του μετασχηματιστή· πολύ μεγάλη μήκος οδηγών και μικρό διάμετρο των αγχονίων καταδίκης· έλλειψη προστατευτικών από κεραυνούς συσκευών στην χαμηλή τάση· χρήση της υποστήριξης ως αγχωνίου καταδίκης για τις προστατευτικές από κεραυνούς συσκευές υψηλής τάσης· και η αποτυχία να διεξαχθούν προληπτικές δοκιμές στις προστατευτικές από κεραυνούς συσκευές.

Παρακμή των Μετασχηματιστών
Όταν συμβαίνουν οποιαδήποτε από τις ακόλουθες αλλαγές σε έναν μετασχηματιστή, η ανάλυση της παρακμής μπορεί να γίνει με βάση την πραγματική λειτουργία του: ο μετασχηματιστής προκαλεί παύση ρεύματος λόγω ατυχήματος ή βιώνει φαινόμενα όπως κατάληξη στην έξοδο, αλλά δεν έχει αποσυντεθεί ακόμα· εμφανίζονται ανωμαλίες κατά τη λειτουργία, ώστε οι τεχνικοί να είναι αναγκασμένοι να απενεργοποιήσουν τον μετασχηματιστή για έλεγχο ή δοκιμή· κατά την προληπτική δοκιμή, την αποδοχή συντήρησης ή την εγκατάσταση υπό συνθήκες κανονικής απόσβεσης, ένα ή περισσότερα παράμετρα υπερβαίνουν τους προδιαγραφές. Εάν συμβαίνει κάποια από τις παραπάνω περιπτώσεις κατά την πραγματική χρήση, ο μετασχηματιστής πρέπει να υποβληθεί άμεσα σε σχετικούς ελέγχους και δοκιμές για να εξασφαλιστεί ότι μπορεί να λειτουργήσει κανονικά.

Βήματα για την Καθορισμό της Παρουσίας Παρακμής:

• Πρώτον, καθορίστε τη δυνατότητα παρακμής, και αν είναι ορατή (ορατή) ή κρυμμένη (κρυμμένη) παρακμή.

• Δεύτερον, αναγνωρίστε τη φύση της παρακμής—αν είναι παρακμή σχετική με το ελαίωμα ή την αλληλεπίδραση των αλληλεπιδράσεων, θερμική ή ηλεκτρική παρακμή.

• Τρίτον, παράγοντες όπως η δύναμη της παρακμής, η χρονική διάρκεια μέχρι την ενεργοποίηση του ρελέ, η σοβαρότητα, η τάση ανάπτυξης, η θερμοκρασία κρίσιμης σημείου και η επίπεδος κυριαρχίας των αερίων στο ελαίωμα είναι κοινά δείκτες για την καθορισμό της παρακμής.

• Τέταρτον, βρείτε μια κατάλληλη μέθοδο για την επεξεργασία της περίπτωσης. Εάν ο μετασχηματιστής μπορεί ακόμα να λειτουργήσει μετά την περίπτωση, καθορίστε κατά τη λειτουργία εάν χρειάζονται προσαρμογές των μέτρων ασφαλείας και των μεθόδων παρακολούθησης, και εάν απαιτείται εσωτερικός έλεγχος ή επισκευή.

Διάφορες αιτίες μπορούν να οδηγήσουν σε λαθάρια των τρανσφορματόρων, τα οποία μπορούν να ταξινομηθούν με πολλούς τρόπους. Για παράδειγμα, μπορούν να κατηγοριοποιηθούν ως λαθάρια στον ελαιοδυτικό, μαγνητικό και ηλεκτρικό κύκλο. Σήμερα, το πιο συχνό και σοβαρό λάθος του τρανσφορματορά είναι το λάθος σύνδεσης στο εξώδικτυο, το οποίο μπορεί επίσης να προκαλέσει λαθάρια αποστολής. Τα λαθάρια σύνδεσης στους τρανσφορματορές συνήθως αναφέρονται σε διασυνδέσεις φάσης μέσα στον τρανσφορματορά, συνδεσμούς στο έδαφος στις αγωγές ή τις στροφές, και συνδέσεις στο εξώδικτυο.

Πολλά ατυχήματα προκαλούνται από τέτοια λάθη. Για παράδειγμα, μια σύνδεση στο εξώδικτυο χαμηλής τάσης ενός τρανσφορματορά συνήθως απαιτεί αντικατάσταση της επηρεασμένης στροφής· σε σοβαρές περιπτώσεις, μπορεί να χρειαστεί η αντικατάσταση όλων των στροφών, προκαλώντας σημαντικές οικονομικές απώλειες και συνέπειες. Τα λαθάρια σύνδεσης στους τρανσφορματορές αξίζουν σοβαρή προσοχή. Για παράδειγμα, ένας τρανσφορματορας (110 kV, 31.5 MVA, μοντέλο SFS2E8-31500/110) βίωσε ένα λάθος σύνδεσης, συνοδευόμενο από τον αποσυρτήρισμο των διακόπτριων των τριών πλευρών του κύριου τρανσφορματορά και την ενεργοποίηση της προστασίας βαριάς ατμοσφαιρικής.

Μετά την επιστροφή του τρανσφορματορά στο εργοστάσιο για επισκευή, η εξέταση κατά την ανασύρση του κάλυμματος αποκάλυψε: ρίγος στη βάση και το πάνω μέρος του πυρήνα (λόγω βροχής κατά τη διάρκεια του ατυχήματος)· σοβαρή μεταμόρφωση της στροφής μεσαίας τάσης στη φάση C, κατάρρευση της στροφής υψηλής τάσης στη φάση C, και σύνδεση μεταξύ των στροφών χαμηλής και μεσαίας τάσης λόγω μετατόπισης των πινάκων συμπίεσης· σοβαρή μεταμόρφωση των στροφών μεσαίας και χαμηλής τάσης στη φάση B· η στροφή χαμηλής τάσης στη φάση C έκαυσε σε δύο τμήματα· και πολλά λεπτά σωματίδια και σφαιρίδια από χάλυβα μεταξύ των στροφών. Οι κύριες αιτίες περιλάμβαναν: ανεπαρκή δυναμική της διαμονικής δομής· μη εγκατάληπτες λωρίδες, λείψανα παραστάσεων, και χαλαρή μετατόπιση· και χαλαρές στροφές.

Η αποστολή καταστρέφει κυρίως την διαμονική ενέργεια του τρανσφορματορά, που εκφράζεται σε δύο πλευρές: Πρώτον, τα ενεργά αέρια που παράγονται από την αποστολή, όπως οι οξείδες του χλωρίου, το όζον, και η θερμότητα, προκαλούν χημικές αντιδράσεις υπό συγκεκριμένες συνθήκες, οδηγώντας σε τοπική διάβρωση της διαμονικής, αύξηση της διελεκτρικής απώλειας, και τελικά σε θερμική κατάρρευση. Δεύτερον, τα σωματίδια αποστολής χτυπούν άμεσα την διαμονική, προκαλώντας τοπική βλάβη της διαμονικής, η οποία επεκτείνεται σταδιακά και τελικά καταρρέει.

Για παράδειγμα, ένας τρανσφορματορας (63 MVA, 220 kV) βίωσε αποστολή σε 1,5 φορές την τάση, συνοδευόμενη από ακούσιμες ηχούς αποστολής και επίπεδα αποστολής ως 4000–5000 pC. Όταν η δοκιμαστική τάση μεταξύ των στροφών μειώθηκε σε 1,0 φορές και η μέθοδος δοκιμής στο τέλος της γραμμής άλλαξε σε 1,5 φορές την τάση υποστήριξης, δεν παρατηρήθηκε ηχούς αποστολής και το επίπεδο αποστολής μειώθηκε αιφνιδιαστικά κάτω από 1000 pC. Κατά τη διάσπαση και εξέταση, βρέθηκαν ίχνη δέντρου-τύπου αποστολής κατά μήκος των κύκλων διαμονικής στα πέρατα, κυρίως λόγω ανεπαρκούς υλικού διαμονικής.

Όταν συμβαίνει μερική αποστολή στην επιφάνεια της στερεάς διαμονικής, ειδικά όταν υπάρχουν και κανονικές και εφαπτόμενες συνιστώσες της ισχύος του ηλεκτρικού πεδίου, το προκαλούμενο ατύχημα είναι το πιο σοβαρό. Τα λαθάρια μερικής αποστολής μπορούν να συμβούν σε οποιαδήποτε θέση με ανεπαρκή υλικό διαμονικής ή συγκεντρωμένα ηλεκτρικά πεδία, όπως μεταξύ των στροφών, στις αγωγές των προστατευτικών φρακτών υψηλής τάσης, μεταξύ των διαφοροποιητικών φρακτών, και στις αγωγές υψηλής τάσης.

Οι τρανσφορματόρες είναι ευρέως χρησιμοποιούμενα ηλεκτρονικά συστήματα σε ηλεκτρονικούς κύκλους και συστήματα ενέργειας. Ως κλειδί εξοπλισμός στην εκμετάλλευση, κατανομή και μεταφορά ενέργειας, οι τρανσφορματόρες παίζουν άνευ αντικατάστατο ρόλο. Συνεπώς, πρέπει να δοθεί μεγαλύτερη προσοχή στους τρανσφορματόρες στις πρακτικές εφαρμογές.