Kuinka diagnostoida muuntajan vikat ja vähentää melua

Kiinan talouden nopean kasvun myötä sähköalan mittakaava on myös laajentunut, mikä on lisännyt vaatimuksia sekä asennettujen muuntimien kapasiteetille että yksittäisten muuntimien kapasiteetille. Tässä artikkelissa annetaan lyhyt johdatus neljään näkökulmaan: muuntimen rakenteeseen, muuntimen salamansuojaukseen, muuntimen vioihin ja muuntimen meluun.

Muuntin on yleisesti käytetty sähkölaite, joka kykenee muuntaamaan vaihtosähköenergiaa. Se voi muuttaa yhdenlaisen sähköenergian (vaihtovirta ja jännite) toiseenlaiseksi sähköenergiaksi (saman taajuuden vaihtovirta ja jännite). Käytännössä muuntimen pääfunktio on muuttaa jännitteiden tasoja, mikä tekee sähkönsiirrosta helpompaa.

Muuntimet luokitellaan alennus- tai nostomuuntimiksi lähtöjännitteen ja syöttöjännitteen suhteen mukaan. Muuntin, jonka jännitesuhde on alle 1, kutsutaan alennusmuuntimeksi, jonka päätarkoitus on tarjota eri sähkölaitteille tarvittavat jännitteet, varmistaen, että käyttäjät saavat oikean jännitteen. Muuntin, jonka jännitesuhde on yli 1, kutsutaan nostomuuntimeksi, jonka päätehtävänä on vähentää sähkönsiirron kustannuksia, minimoida siirtoon liittyviä sähkökäytön häviöitä ja pidentää siirtodistanssia.

Muuntimen rakenne
keskisuuret ja suuret tehokapalisuudet sisältävät muuntimet suljetun öljylaitteen, jossa on täytetty muuntinöljyä. Muuntimen kierot ja ydin upotetaan öljyyn paremmaksi lämpövedyn parantamiseksi. Erityiset eristyseristin käytetään kieroista ulkoisiin piireihin johtamiseen. Muuntin koostuu pääasiassa seuraavista komponenteista: jänniteasetuslaitteesta, päästä, ulospäästövälineistä, öljylaatikosta, suojauslaitteista ja jähdytyslaitteista. Jänniteasetuslaitteet jaetaan ladataan ja ladattomana tapahtuviin pistekappaleisiin, jotka ovat olennaisesti pistekappaleita; pää koostuu johtoista, ytimestä, eristyksen rakenteesta ja kieroista; ulospäästövälineet sisältävät alijännite- ja korkeajänniteeristyseristimet; öljylaatikko sisältää lisävarusteita (mukaan lukien öljynottoputket, nimiplaketit, tyhjennysputket, maapainikkeet ja pyörät) ja päälaatikon rungon (mukaan lukien laatikon pohja, seinät ja kansi); suojauslaitteet sisältävät kuivumisperäiset hengityslaitteet, kaasurilaitteet, säiliöt, öljynpinta-rilaitteet, öljynpinnan osoittimet, lämpötila-anturit ja turvaventtiilit; jähdytyslaitteet koostuvat jähdyttimistä ja radiatoreista.

Muuntimen melu ja sen vähentämistoimet
Muuntimet tuottavat usein ääniä toimintansa aikana, pääasiassa sähkömagneettisten voimien aiheuttaman pään rakenteen värähtelyn ja magneettisen kutistumisen vuoksi silikonomahdinlevyissä magneettikentissä, sekä tuuletuskoneiden ja jähdytysjärjestelmien tuulensuojien aiheuttaman melun. Ihmisnäköjärjestelmä voi havaita äänen vain tietyillä värähtelytaajuudilla; kun taajuus on välillä 16 Hz ja 2000 Hz, se voidaan kuulla. Yläääni tällä rajan yläpuolella ja aläääni sen alapuolella eivät ole havaittavissa. Melu leviää ytimeltä ilmaan, kieroille ja kierrystukirakenteille – tämä on pääasiallinen sähkömuuntimen melun levitystiipide. Melua voidaan vähentää pienentämällä magneettivirtatiheyttä ja vähentämällä magneettisen kutistumisen vaikutusta ydinmahdinlevyihin. Kuitenkin magneettivirtatiheyden pienentäminen lisää ytimen kokoa ja silikonomahdinlevyjen määrää, mikä nostaa kustannuksia. Vähentääkseen melua ilman kustannusten nousua, on tehokasta lisätä vaimennuskomponentteja. Esimerkiksi alijännitekieron ja ytimen väliin asetettu kumimaastava välittäjä tiivistää kieron ja tarjoaa polttoainetta. Tämä vaimennusrakenne auttaa vähentämään melua sen levityksen aikana.

Muuntimen salamansuojaus
Kiinassa salamat aiheuttavat vuosittain huomattavan määrän muuntimien vaurioitumisia. Asiayhteisöjen mukaan 10 kV jakeluverkon muuntimissa 4–10 % vaurioituneista on salamien aiheuttamia. Epäasianmukaiset maardyntäjohtojen yhteydet ja muuntimen salamavalvonnan väärä asennus ovat salamavaurioiden pääsyyt. Avaintekijöitä ovat: korkeajännite- ja alijännitepuolen salamavalvojien sekä muuntimen neutraalipisteen erillinen maardyntä; liian pitkät johtot; liian pieni maardyntäjohtojen poikkileikkaus; puuttuva salamavalvonta alijännitepuolella; korkeajännitepuolen salamavalvojien maardyntäjohtona käytetty tuki; ja salamavalvojien ennaltaehkäisevien testien puuttuminen.

Muuntimen viot
Jos muuntimessa tapahtuu mitkä tahansa seuraavista muutoksista, vian analyysi voidaan suorittaa sen todellisen toiminnan perusteella: muuntin aiheuttaa sähkökatkon onnettomuuden tai ulosjohtosyrjäkytkentän kaltaisen ilmiön, mutta purkaminen ei ole vielä tapahtunut; epänormaaleja ilmiöitä tapahtuu toiminnassa, pakottaen operaattoreita sammuttamaan muuntimen tarkastusta tai testausta varten; ennakkotesteissä, huoltohyväksynnässä tai normaalissa sähkökatkoissa, yksi tai useampi parametrin arvo ylittää standardirajoituksen. Jos mikä tahansa edellä mainituista tilanteista tapahtuu käytännössä, muuntimen tulisi heti suorittaa tarvittavat tarkastukset ja testit, varmistaen, että se voi toimia normaalisti.

Vian olemassaolon määrittämisen vaiheet:

• Ensimmäiseksi määritetään vian mahdollisuus, ja onko se ilmeinen (näkyvä) vai piilotettu (piiloinen) vika.

• Toiseksi tunnistetaan vian luonne – onko kyse öljyä koskevasta viasta tai kiinteästä eristysviasta, lämpöviasta tai sähköväärästä.

• Kolmanneksi vian teho, relaatin aktivoitumisaika satuudesta, vakavuus, kehityssuunta, kuumapistelämpö, ja öljyn gasitaso ovat yleisiä indikaattoreita vian olemassaololle.

• Neljänneksi löydä sopiva menetelmä tapahtuman käsittelyyn. Jos muuntin voi toimia tapahtuman jälkeen, määritä toiminnassa, tarvitsevatko turvatoimet ja valvontamenetelmät muutosta, ja onko sisäinen tarkastus tai korjaus tarpeen.

Erilaiset syyt voivat johtaa muuntimen vioihin, jotka voidaan luokitella monin tavoin. Esimerkiksi piirityypin mukaan ne voivat luokitella öljypiiriviiksi, magnetipiiriviiksi ja sähköpiiriviiksi. Nykyisin yleisin ja vakavin muuntimen vika on ulosjohtosyrjäkytkentä, joka voi myös aiheuttaa sähkövirtaviat. Muuntimen syrjäkytkentäviat viittaavat usein vaiheiden välisiin syrjäkytkentöihin muuntimen sisällä, maanjäristyksiin johtoissa tai kieroissa, ja ulosjohtosyrjäkytkentöihin.

Monet onnettomuudet johtuvat tällaisista vioista. Esimerkiksi alijänniteulosjohtosyrjäkytkentä vaatii usein vaikutetun kieroksen vaihdon; vakavissa tapauksissa kaikki kierokset voivat tarvita vaihtoa, mikä aiheuttaa merkittäviä taloudellisia tappioita ja seurauksia. Muuntimen syrjäkytkentäviat ansaitsevat vakavaa huomiota. Esimerkiksi muuntin (110 kV, 31,5 MVA, malli SFS2E8-31500/110) kokei syrjäkytkentäonnettomuuden, johon liittyi päämuuntimen kolmen puolen kytkimen katkaisu ja raskaan kaasun suojan aktivoituminen.

Muuntimen palauttamisen jälkeen tehtaalle korjaukseen, katon nostamisen aikana havaittiin: ruoste alkupohjalla ja ylemmällä ytimessä (vuoden aikana satoi); vakava C-faasin keskijännitekieron muodonmuutos, C-faasin korkeajännitekieron romahdus, ja alijännite- ja keskijännitekierosten välisen syrjäkytkentän aiheuttanut painepalkkien siirtyminen; B-faasin keski- ja alijännitekierosten vakava muodonmuutos; C-faasin alijännitekieron kahden osan poltto; ja useita pieniä kuparipartikkeleita ja kuparipalloja kierosten välissä. Pääasialliset syyt olivat: riittämätön eristysrakenteen sähkösuuri; epätarkat painepalkit, puuttuvat polttoaineet, ja löyhä siirtyminen; ja löyhä kierosto.

Sähkövirta vahingoittaa pääasiassa muuntimen eristystä, mikä ilmenee kahdella tavalla: ensiksi, sähkövirta tuottaa aktiivisia kaasuja, kuten kloorioksidit, ozoni ja lämpö, jotka aiheuttavat kemiallisia reaktioita tietyissä olosuhteissa, mikä johtaa paikalliseen eristyksen korroositsemiseen, lisääntyneeseen dielektriseen häviöhön ja lopulta lämpöpurkautumiseen. Toiseksi, sähkövirtapartikkelit iskeytyvät suoraan eristykseen, mikä aiheuttaa paikallista eristysvahinkoa, joka laajenee asteittain ja lopulta purkautuu.

Esimerkiksi muuntin (63 MVA, 220 kV) kokei sähkövirtaa 1,5 kertaa jännitteessä, johon liittyi kuultavissa olevia sähkövirtaääniä ja sähkövirtatasoja, jotka olivat jopa 4000–5000 pC. Kun vaiheen kierroksen testijännite pudotettiin 1,0 kertaa ja linjan päätepisteen testausmenetelmä muutettiin 1,5 kertaa jännitteeseen, sähkövirtaääniä ei kuulunut ja sähkövirtataso laskeutui nopeasti alle 1000 pC. Purkamisen ja tarkastuksen jälkeen havaittiin puunmuotoisia sähkövirtajälkiä loppueristyskulmakierrosten reunassa, pääasiassa huonon eristyksellisen materiaalin vuoksi.

Kun osittainen sähkövirta tapahtuu kiinteän eristymisen pinnalla, erityisesti kun molemmat normaali- ja tangentiaaliset komponentit sähkökentän vahvuudessa ovat läsnä, aiheuttama onnettomuus on vakavin. Osittaiset sähkövirtaviat voivat tapahtua missä tahansa huonon eristysmateriaalin tai keskittynyttä sähkökenttää, kuten kierosten välissä, korkeajännitekierosten staattisen kentän johtojen välissä, faasien välissä ja korkeajännitejohtoissa.

Muuntimet ovat yleisesti käytettyjä sähkölaitteita elektronisissa piireissä ja sähköjärjestelmissä. Olennaisena laitteena sähkön käytössä, jakelussa ja siirrossa muuntimet ovat korvaamattomia. Siksi muuntimiin tulisi kiinnittää enemmän huomiota käytännössä.