Hogyan diagnosztizálhatók a transzformátor hibái és csökkenthető a zaj

Kínai gazdaság gyors fejlődésével a villamosenergia-ipar mérete is fokozatosan nőtt, ami növelte a telepített teljesítmény és a transzformátorok egység-teljesítményére vonatkozó követelményeket. Ez a cikk négy területen ad rövid áttekintést: a transzformátorok szerkezete, a transzformátorok védése az élesztőtől, a transzformátorok hibái, valamint a transzformátorok zajai.

A transzformátor egy gyakran használt elektromos eszköz, amely képes AC-elektromos energiát konvertálni. Egyik formától (alternáló áram és feszültség) másik formára (ugyanolyan frekvenciájú alternáló áram és feszültség) alakítja át. Gyakorlati alkalmazásban a transzformátor fő funkciója a feszültség szintjének módosítása, ami a hatékonyabb energiaátvitelt teszi lehetővé.

A kimeneti feszültség és a bemeneti feszültség arányának függvényében a transzformátorok le- vagy felforrásoló transzformátorokként vannak osztályozva. A feszültségaránya 1-nél kisebb transzformátorokat leforrásoló transzformátoroknak nevezik, fő feladataik között van a különböző elektromos berendezésekhez szükséges feszültség biztosítása, hogy a felhasználók megfelelő feszültséget kapjanak. A feszültségaránya 1-nél nagyobb transzformátorokat felforrásoló transzformátoroknak nevezik, fő feladataik között vannak az energiaátviteli költségek csökkentése, az átvitel során fellépő energia elvesztések minimalizálása, valamint az átviteli távolság meghosszabbítása.

Transzformátor Szerkezet
A közepes és nagy kapacitású erőmű-transzformátoroknál zárt olajhordóval látják el, amely transzformátorolajjal van töltve. A transzformátor tekercseket és magját az olajba merülten tartják, hogy jobb hőledést érjenek el. Izoláló gummihuzalkakat használnak a tekercsek kihozására és a külső áramkörökkel való összekapcsolására. A transzformátor főbb komponensei: feszültség-változtató eszköz, főtest, kimeneti terminál-eszközök, olajhordó, védelmi eszközök, hűtőeszközök. A feszültség-változtató eszköz on-load és off-load tap changer-ekre oszlik, lényegében egy fajta tap kapcsoló; a főtest vezetékek, mag, izoláló szerkezet, tekercsek; a kimeneti terminál-eszközök alacsony- és magasfeszültségű gummihuzalkak; az olajhordó mellékletek (beleértve az olajmintavételi csapakat, a címkéket, a lejtő csapakat, a földelő csavarokat, és a kerék), valamint a fő hordótest (beleértve az aljat, falakat, és fedőt); a védelmi eszközök szárítószivattyúk, gázreléjelek, készletolajtartók, olajfloat reléjelek, olajszint-mutatók, hőérzékelők, és biztonsági ventilációs rendszerek; a hűtőeszközök hűtőgépek és sugárzók.

Transzformátor Zaj és Csökkentő intézkedések
A transzformátorok gyakran hangot produkálnak működés közben, főleg elektromos erők miatt, amelyek a főtest rezgéseit és a silíciumvaslapok magnetostriccióni hatásait okozzák, valamint a szellőzők és a hűtőrendszer szellőzőinek zaját. Az emberi hallrendszerm csak bizonyos rezgésfrekvenciákat tud érzékelni; ha a frekvencia 16 Hz és 2000 Hz között van, akkor hallható. Ennek feletti ultrahang és alatti infrahang nem érzékelhető. A zaj a magból a levegőbe, a tekercsekbe, és a szorító szerkezetekbe terjed—ez a fő utazási útja az erőmű-transzformátorok zajának. A zaj csökkenthető a mágneses flukussűrűség csökkentésével és a mag silíciumvaslapjainak magnetostriccióni hatásának minimalizálásával. Ugyanakkor a flukussűrűség csökkentése növeli a mag méretét és a silíciumvaslapok számát, ami költségeket jelent. A költségek növelése nélkül zajcsökkentés érdekében effektív lehet a demper elemek hozzáadása. Például a nyomó-, alacsonyfeszültségű tekercs és a mag között gumifogantyút helyezhetünk, ami a tekercset megterhelheti és puhítást nyújthat. Ez a demper szerkezet segít a zaj csökkentésében a terjedés közben.

Transzformátor Védelem Az Élesztőtől
Kínában minden évben számos transzformátor sérül az élesztőtől. A hatóságok szerint a 10 kV-os elosztótranszformátorok károsodásának 4%–10%-a az élesztőtől származik. A rosszul kapcsolt agyazási vezetékek és a transzformátorok élesztővédőinek helytelen telepítése az élesztőtől származó károk fő oka. Fontos problémák: a magas- és alacsonyfeszültségű oldali élesztővédők, valamint a transzformátor középpontjának különálló agyazása; túl hosszú vezetékek és túl kis agyazási vezeték szelvények; hiányzó élesztővédők a alacsonyfeszültségű oldalon; a támogató szerkezet használata agyazási vezetékként a magasfeszültségű oldali élesztővédők számára; és az élesztővédők preventív vizsgálatainak elmulasztása.

Transzformátor Hibák
Ha a transzformátoron a következő változások bármelyike bekövetkezik, hibaelemzést végezhetünk annak aktuális működési állapotán alapulva: a transzformátor baleset miatt áramkimaradást okoz, vagy kilépő rövidzárlatot tapasztal, de még nincs szétválasztva; anomália történik a működés során, ami kényszeríti a műveleti személyzetet, hogy leállítsa a transzformátort vizsgálathoz vagy teszteléshez; a preventív vizsgálat, karbantartási elfogadás, vagy normális áramkimaradás közbeni beüzemelés során egy vagy több paraméter értéke túllépi a standard határokat. Ha bármelyik a fenti esetek bekövetkezik a valós használat során, a transzformátoronnak azonnal kellene megfelelő vizsgálatokon és tesztekön részülennie, hogy biztosíthassuk a normális működést.

Lépések a Hiba Jelenlétének Megállapításához:

• Először, határozzuk meg a hiba valószínűségét, és hogy nyilvánvaló (látható) vagy rejtett (potenciális) hiba-e.

• Másodszor, azonosítsuk a hiba természetét—olajhoz vagy szilárd izolációnak, hőtől vagy elektromos hibanak köthető-e.

• Harmadszor, a hiba teljesítménye, a szättolásig tartó idő, súlyossága, fejlődési trendje, forró pont hőmérséklete, és az olajban lévő gáz szättolottsága gyakori mutatók a hiba jelenlétének megállapításához.

• Negyedszer, találjon megfelelő módszert a történések kezelésére. Ha a transzformátor továbbra is működhet a történet után, döntse el a működés során, hogy a biztonsági intézkedések és figyelési módszerek módosítása szükséges-e, és hogy belső vizsgálat vagy javítás szükséges-e.

Számos ok vezethet hibákhoz a transzformátorokban, amelyeket többféleképpen oszthatunk kategóriákba. Például, áramkör típusa szerint, olajáram-hibák, mágneses áramkör-hibák, és elektromos áramkör-hibák. Jelenleg a leggyakrabban előforduló és súlyos transzformátor hiba a kilépő rövidzárlat, ami szintén kiváltani tud elektromos lerakódást. A transzformátorok rövidzárlat-hibái általában a transzformátoron belüli fázisok közötti rövidzárlatot, a vezetékek vagy tekercsek földkapcsolódását, és a kilépő rövidzárlatot jelentik.

Számos baleset ilyen hibák eredményeként fordul elő. Például, a transzformátor alacsonyfeszültségű kilépésénél bekövetkező rövidzárlat gyakran a sérült tekercs cseréjét igényli; súlyos esetekben a teljes tekercs-csoportot cserélni kell, ami jelentős gazdasági veszteségeket és következményeket jelent. A transzformátorok rövidzárlatai komoly figyelmet igényelnek. Például, egy transzformátor (110 kV, 31.5 MVA, típus: SFS2E8-31500/110) rövidzárlati balesetet szenvedett, amely a fő transzformátor háromoldali kapcsolóinak kikapcsolódását és a nehézgáz védelmi rendszer aktiválódását kísérte.

A transzformátor gyárra visszaadását követően, a burkolat felvételével végzett vizsgálat során a következőket találták: a baleset idején eső miatt a lábas és a felső mag rongálódott; a C fázis középfeszültségű tekercse súlyosan torzult, a C fázis magasfeszültségű tekercse összeomlott, és a lapacsok elmozdulása miatt a alacsony- és középfeszültségű tekercsek között rövidzárlat alakult ki; a B fázis közép- és alacsonyfeszültségű tekercsei súlyosan torzultak; a C fázis alacsonyfeszültségű tekercse két ponton át égett; és számos apró rézrészecske és rézgyöngy található volt a tekercs-körök között. Fő okok: a izolációs szerkezet elégtelen izolációs ereje; a lapacsok helytelen igazítása, a polcok hiánya, és a tekercsek lököltsége.

Az elektromos lerakódás főleg a transzformátor izolációját séríti, két aspektusban: Első, az elektromos lerakódás során keletkező aktív gázok, mint például a klóroxidok, a tróz, és a hő, bizonyos feltételek mellett kémiai reakciókat indítanak, ami helyi izoláció romlását, dielektrikus veszteség növekedését, és végül hőmelegedést eredményez. Másodszor, az elektromos lerakódás részecskéi közvetlenül bombázzák az izolációt, ami helyi izoláció sérülését okozza, ami lassan kiterjed, és végül összeomlik.

Például, egy transzformátor (63 MVA, 220 kV) elektromos lerakódást tapasztalt 1,5-szeres feszültség mellett, ami hallható elektromos lerakódási hangokkal járt, és a lerakódási szint 4000–5000 pC volt. Amikor a kerék közötti próba feszültséget 1,0-szeresre csökkentették, és a végponti próba módszerét 1,5-szeres feszültségű támogatásra változtatták, nincs elektromos lerakódási hang, és a lerakódási szint drasztikusan csökkent 1000 pC alá. A szétválasztás és a vizsgálat során fáradék-létrejött jeleket találtak a végponti izolációs sarokgyűrűk mentén, főként alacsony minőségű izolációs anyag miatt.

Amikor részleges elektromos lerakódás történik a szilárd izoláció felületén, különösen, ha mind a normál, mind a tangenciális komponensek az elektromos mező ereje jelen vannak, a történet a legnehézesebb. A részleges elektromos lerakódások bármilyen rossz minőségű izolációs anyaggal vagy koncentrált elektromos mezőkkel ellátott helyen előfordulhatnak, például a tekercs-körök között, a magasfeszültségű tekercs elektrostatisztikus pajzs vezetékein, a fázisbarierek között, és a magasfeszültségű vezetéken.

A transzformátorok széles körben használt elektromos eszközök az elektronikus áramkörökben és a villamosenergia-rendszerekben. Mint kulcsfontosságú eszköz a villamosenergia használatában, elosztásában és átvitelében, a transzformátorok megváltó szerepet játszanak. Emiatt a transzformátorokra nagyobb figyelmet kell fordítani a gyakorlati alkalmazás során.