Hoe transformatorfouten te diagnosticeren en geluid te verminderen
Met de snelle ontwikkeling van de Chinese economie is de energie-industrie ook geleidelijk in omvang gegroeid, waardoor de eisen voor zowel de geïnstalleerde capaciteit als de eenheidscapaciteit van transformatoren zijn gestegen. Dit artikel geeft een korte inleiding over vier aspecten: transformatorenconstructie, bliksembescherming van transformatoren, transformatiefouten en transformatorgeluid.
Een transformator is een veelgebruikt elektrisch apparaat dat in staat is om wisselstroom-elektrische energie om te zetten. Het kan één vorm van elektrische energie (wisselstroom en spanning) omzetten in een andere vorm van elektrische energie (met dezelfde frequentie van wisselstroom en spanning). In praktische toepassingen is de belangrijkste functie van een transformator het veranderen van spanningniveaus, waardoor energieoverdracht gemakkelijker wordt.
Op basis van het verhoudingsgetal van uitgangsspanning tot ingangsspanning worden transformatoren geclassificeerd als spanningsverlagende of spanningsverhogende transformatoren. Een transformator met een spanningverhouding kleiner dan 1 wordt een spanningsverlagende transformator genoemd, waarvan de primaire functie is om de benodigde spanningen te leveren voor verschillende elektrische apparaten, zodat gebruikers de juiste spanning ontvangen. Een transformator met een spanningverhouding groter dan 1 wordt een spanningsverhogende transformator genoemd, die voornamelijk dient om de kosten van energieoverdracht te verminderen, stroomverliezen tijdens overdracht te minimaliseren en de overdrachtsafstand te verlengen.
Transformatorenconstructie
Bij middelgrote en grote vermogentransformatoren wordt een gesloten oliebak aangebracht, gevuld met transformatorolie. De transformatorwindingen en -kern worden in de olie ondergedompeld om een betere warmte-afgifte te bereiken. Isolatiebuisjes worden gebruikt om de windingen naar buiten te leiden en te verbinden met externe circuits. Een transformator bestaat voornamelijk uit de volgende componenten: spanningregelapparaat, hoofdlichaam, uitgaande terminalapparatuur, oliebak, beschermingsapparatuur en koelapparatuur. Het spanningregelapparaat is verdeeld in belaste en onbelaste tappunten, wat essentieel een type tap-schakelaar is; het hoofdlichaam bestaat uit leidingen, kern, isolatiestructuur en windingen; de uitgaande terminalapparatuur omvat laagspannings- en hoogspanningsbuisjes; de oliebak bevat accessoires (waaronder olie-monsters, naamplaten, afvoerkranen, aardingsschroeven en wielen) en het hoofdbaklichaam (inclusief bakbodem, wanden en deksel); beschermingsapparatuur omvat droogbestendige ademers, gasrelais, expansietanks, olie-drijfrelais, olieniveaumeters, temperatuursensoren en veiligheidsventielen; koelapparatuur bestaat uit koelers en stralers.
Transformatorgeluid en verminderingmaatregelen
Transformators produceren vaak geluid tijdens het gebruik, voornamelijk door elektromagnetische krachten die trillingen veroorzaken in het hoofdlichaam en magnetische uitzetting in siliciumstaalplaten onder magnetische velden, evenals geluid dat wordt geproduceerd door ventilatoren en koelsystemen. Het menselijke gehoor kan geluid alleen binnen bepaalde trillingfrequenties waarnemen; bij een frequentie tussen 16 Hz en 2000 Hz is het hoorbaar. Geluid boven dit bereik (ultrasoon) en daarbeneden (infrasoon) kan niet worden waargenomen. Geluid verspreidt zich van de kern naar lucht, windingen en klemstructuren—dit is de belangrijkste overdrachtsweg van geluid in energietransformatoren. Geluid kan worden verminderd door de magnetische fluxdichtheid te verlagen en de magnetische uitzetting in de kernsiliciumstaalplaten te minimaliseren. Echter, het verlagen van de fluxdichtheid vergroot de kerngrootte en het aantal siliciumstaalplaten, waardoor de kosten stijgen. Om geluid te verlagen zonder de kosten te verhogen, is het effectief dempingselementen toe te voegen. Bijvoorbeeld, rubberen passende spacers plaatsen tussen de laagspanningswinding en de kern kan de winding verstevigen en dempen. Deze dempende structuur helpt bij het verminderen van geluid tijdens de overdracht.
Bliksembescherming van transformatoren
In China worden jaarlijks veel transformatoren beschadigd door blikseminslagen. Volgens relevante autoriteiten worden 4%–10% van de beschadigde 10 kV distributietransformatoren beschadigd door bliksem. Onjuiste aansluitingen van aardingleidingen en foute installatie van transformatorbliksemafleiders zijn de belangrijkste oorzaken van bliksemschade. Belangrijke problemen zijn: aparte aarding van de hoog- en laagspanningszijde bliksemafleiders en de neutrale punt van de transformator; te lange leidingen en te kleine doorsnede van de aardingleider; afwezigheid van bliksemafleiders aan de laagspanningszijde; gebruik van de steunstructuur als aardingleider voor de hoogspanningszijde bliksemafleiders; en het nalaten van preventieve tests op bliksemafleiders.
Transformatorfouten
Wanneer er een van de volgende veranderingen optreedt in een transformator, kan foutanalyse worden uitgevoerd op basis van de daadwerkelijke werkingstoestand: de transformator veroorzaakt een stroomonderbreking door een ongeval of ervaart verschijnselen zoals een uitgangskortsluiting, maar er is nog geen ontmanteling geweest; abnormale verschijnselen treden op tijdens de werking, waardoor operators de transformator moeten uitschakelen voor inspectie of testen; tijdens preventieve tests, onderhoudsacceptatie of inbedrijfstelling onder normale stroomonderbreking, overschrijden een of meer parameterwaarden de standaardlimieten. Als een van de bovengenoemde situaties optreedt tijdens het daadwerkelijke gebruik, moet de transformator onmiddellijk ondergaan aan relevante inspecties en tests om ervoor te zorgen dat hij normaal kan functioneren.
Stappen om de aanwezigheid van een fout vast te stellen:
Ten eerste, stel de mogelijkheid van een fout vast, en of het een duidelijke (zichtbare) of verborgen (latent) fout is.
Ten tweede, identificeer de aard van de fout—of het een oliegerelateerde fout of een vaste isolatiefout is, een thermische of elektrische fout.
Ten derde, factoren zoals foutkracht, tijd tot relaisactivering door verzadiging, ernst, ontwikkelingstrend, heetplektemperatuur en gasverzadigingsniveau in olie zijn algemene indicatoren voor het vaststellen van de aanwezigheid van een fout.
Ten vierde, vind een geschikte methode om het incident te behandelen. Als de transformator na het incident nog kan functioneren, bepaal tijdens de werking of veiligheidsmaatregelen en bewakingmethoden aangepast moeten worden, en of interne inspectie of reparatie nodig is.
Er zijn verschillende oorzaken die kunnen leiden tot transformatorfouten, die op meerdere manieren kunnen worden ingedeeld. Bijvoorbeeld, op circuittype, kunnen ze worden ingedeeld als oliecircuitfouten, magnetische circuitfouten en elektrische circuitfouten. Momenteel is de meest frequente en ernstige transformatorfout de uitgangskortsluiting, die ook ontladingfouten kan veroorzaken. Kortsluitingsfouten in transformatoren verwijzen doorgaans naar fase-tot-fase kortsluitingen binnen de transformator, grondfouten in leidingen of windingen, en uitgangskortsluitingen.
Veel ongelukken ontstaan door dergelijke fouten. Bijvoorbeeld, een kortsluiting aan de laagspanningsuitgang van een transformator vereist vaak vervanging van de betreffende winding; in ernstige gevallen moet alle windingen vervangen worden, wat aanzienlijke economische schade en gevolgen veroorzaakt. Transformatorkortsluitingen verdienen serieuze aandacht. Bijvoorbeeld, een transformator (110 kV, 31,5 MVA, model SFS2E8-31500/110) heeft een kortsluitingsongeval ervaren, vergezeld van het uitschakelen van de driezijdige schakelaars van de hoofdtransformator en activering van de zware gasbescherming.
Na terugkeer van de transformator naar de fabriek voor reparatie, bleek bij inspectie tijdens het openen van de kap: roest op zowel de basis als de bovenkern (door regen tijdens het ongeval); ernstige deformatie van de middenspanningswinding in fase C, instorting van de hoogspanningswinding in fase C, en kortsluiting tussen laag- en middenspanningswindingen veroorzaakt door verschuiving van klemplaten; ernstige deformatie van middenspannings- en laagspanningswindingen in fase B; de laagspanningswinding in fase C was doorbrand op twee plekken; en talrijke fijne koperdeeltjes en koperkorrels tussen windingen. De belangrijkste oorzaken waren: onvoldoende isolatiesterkte van de isolatiestructuur; misplaatste klemstrips, ontbrekende pluggen en losse verschuiving; en losse windingen.
Ontlading veroorzaakt voornamelijk schade aan de transformatorisolatie, wat zich manifesteert in twee aspecten: ten eerste, actieve gassen geproduceerd door ontlading—zoals chlooroxide, ozon en warmte—zorgen onder bepaalde omstandigheden voor chemische reacties, waardoor lokale isolatiecorrosie, verhoogde dielectrische verlies en uiteindelijk thermische doorbraak ontstaan. Ten tweede, ontladingdeeltjes bombarderen direct de isolatie, waardoor lokale isolatieschade ontstaat die geleidelijk uitbreidt en uiteindelijk breekt.
Bijvoorbeeld, een transformator (63 MVA, 220 kV) heeft ontlading ervaren bij 1,5 keer de spanning, vergezeld van hoorbare ontladinggeluiden en ontladingsniveaus tot 4000–5000 pC. Toen de tussenliggende testspanning werd verlaagd tot 1,0 keer en de lijn-einde testmethode werd gewijzigd naar 1,5 keer spanningssupport, vond geen ontladinggeluid plaats en daalde het ontladingsniveau drastisch tot onder 1000 pC. Bij ontmanteling en inspectie werden boomachtige ontladingspatronen gevonden langs de einde-isolatie hoeken, voornamelijk veroorzaakt door substandaard isolatiemateriaal.
Zodra partiële ontlading optreedt langs de oppervlakte van vaste isolatie, vooral wanneer zowel normale als tangentiële componenten van elektrisch veldsterkte aanwezig zijn, is het resultaterende ongeval het meest ernstig. Partiële ontladingsfouten kunnen optreden op elke locatie met slecht isolatiemateriaal of geconcentreerd elektrisch veld, zoals tussen windingen, bij de leidingen van hoogspanningswindingelektrostatische schilden, tussen fasebarrières en bij hoogspanningsleidingen.
Transformatoren zijn wijdverspreide elektrische apparaten in elektronische circuits en energie-systemen. Als belangrijk apparaat in energiegebruik, -distributie en -overdracht spelen transformatoren een onvervangbare rol. Daarom dient er in praktische toepassingen meer aandacht te worden besteed aan transformatoren.
