Hvordan diagnostisere transformatorfeil og redusere støy

Med den raske utviklingen av Kinas økonomi har også kraftindustrien gradvis utvidet sin skala, noe som har økt kravene til både installert effekt og enkelteffekt for krafttransformatorer. Denne artikkelen gir en kort introduksjon til fire aspekter: transformatoroppbygging, lynbeskyttelse for transformatorer, transformatorfeil og transformatorstøy.

En transformator er et vanlig elektrisk apparat som kan konvertere vekselstrøm. Den kan omforme én form for elektrisk energi (vekselstrøm og spenning) til en annen form for elektrisk energi (med samme frekvens av vekselstrøm og spenning). I praksis er hovedfunksjonen til en transformator å endre spenningsnivåer, noe som gjør strømoverføring mer praktisk.

Basert på forholdet mellom utgangsspenning og innspenning, deles transformatorer inn i nedtrekkende eller opptrekkende transformatorer. En transformator med et spenningsforhold mindre enn 1 kalles en nedtrekkende transformator, hvis hovedfunksjon er å levere nødvendig spenning til ulike elektriske enheter, slik at brukere får riktig spenning. En transformator med et spenningsforhold større enn 1 kalles en opptrekkende transformator, som hovedsakelig fungerer for å redusere kostnadene ved strømoverføring, minimere strømtap under overføring og utvide overføringsavstand.

Transformatoroppbygging
I medium- og stor-kapasitets krafttransformatorer er det gitt en lukket oljetank fylt med transformatorolje. Transformatorvindingene og kjernen er dypet i oljen for bedre varmekjøling. Isolerende busser brukes for å lede ut vindingene og koble til eksterne kretser. En transformator består hovedsakelig av følgende komponenter: spenningreguleringsenhet, hovedlegeme, utgående terminalenheter, oljetank, beskyttelsesenheter og kjøleenheter. Spenningreguleringsenheten er delt inn i lastbaserte og ubelasted tapendringer, vesentlig en type tapbryter; hovedlegemet består av ledninger, kjern, isolasjonsstruktur og vindinger; utgående terminalenheter inkluderer lavspenning og høy spenning busser; oljetanken inneholder tilbehør (inkludert oljesampelventiler, skilt, drænventiler, jordbolter og hjul) og hovedtanklegeme (inkludert tankbunn, vegger og lokk); beskyttelsesenheter inkluderer tørkede puster, gassreléer, reservoartanker, olje flytbrytere, oljenivåindikatorer, temperatursensorer og sikkerhetsventiler; kjøleenheter består av kjølere og radiatorer.

Transformatorstøy og tiltak for reduksjon
Transformatorer produserer ofte lyd under drift, hovedsakelig grunnet elektromagnetiske krefter som fører til vibrasjon av hovedlegemet og magnetostrinsjon i silisiumstålplater under magnetfelt, samt støy generert av fluer og kjølesystemblåsere. Det menneskelige hørselsystemet kan oppfatte lyd bare innenfor visse vibrasjonsfrekvenser; når frekvensen ligger mellom 16 Hz og 2000 Hz, kan den høres. Ultrasøn over dette området og infrasøn under det kan ikke oppfattes. Støy propagerer fra kjernen til luft, vindinger og klamper—dette er hovedtransmisjonsveien for krafttransformatorstøy. Støy kan reduseres ved å senke magnetflukstdensitet og minimere magnetostrinsjon i kjernsilisiumstålplater. Men å redusere flukstdensiteten øker kjernestørrelsen og antallet silisiumstålplater, noe som øker kostnader. For å redusere støy uten å øke kostnader, er det effektivt å legge til dempingkomponenter. For eksempel, ved å plassere gummi formpassende mellomrom mellom lavspenningvindingen og kjernen, kan vindingen strammes og få demping. Denne dempingsstrukturen bidrar til å redusere støy under dens propagasjon.

Lynbeskyttelse for transformatorer
I Kina blir et stort antall transformatorer årlig skadet av lynnedslag. Ifølge relevante myndigheter, blant de skadede 10 kV distribusjonstransformatorer, er 4%–10% skadet av lyn. Uekte koblinger av jordledninger og feilaktig installasjon av transformatorlynbrytere er de hovedårsakene til lynrelaterte skader. Nøkkelproblemer inkluderer: separat jord for høy- og lavspenningssiden brytere og transformatorens nøytralpunkt; for lange ledninger og for små jordledningskorssnitt; manglende brytere på lavspenningssiden; bruk av støttekonstruksjon som jordledning for høyspenningssiden brytere; og manglende forebyggende tester av brytere.

Transformatorfeil
Når noen av følgende endringer forekommer i en transformator, kan feilanalyse utføres basert på dens faktiske driftsforhold: transformatoren forårsaker en strømbrudd grunnet en ulykke eller opplever fenomener som utgangskortslutning, men demontering har ikke forekommet; unormalt fenomen oppstår under drift, noe som tvinger operatører til å slå av transformatoren for inspeksjon eller testing; under forebyggende testing, vedlikeholdsakseptering eller inntaking under normale strømbrudd, overstiger en eller flere parameterverdier standardgrenser. Hvis noen av ovennevnte situasjoner oppstår under faktisk bruk, skal transformatoren umiddelbart undergå relevante inspeksjoner og tester for å sikre at den kan fungere normalt.

Trinn for å fastsette tilstedeværelsen av en feil:

• Først, fastsett muligheten for en feil, og om det er en tydelig (synlig) eller skjult (latente) feil.

• For det andre, identifiser feilens natur—om det er en olje-relatert feil eller solid isolasjonsfeil, en termisk feil eller en elektrisk feil.

• For det tredje, faktorer som feileffekt, tid til relékobling på grunn av metning, alvorlighetsgrad, utviklings trend, hetepunkttemperatur og gassmetningsnivå i olje er vanlige indikatorer for å fastsette tilstedeværelsen av en feil.

• For det fjerde, finn en passende metode for å håndtere hendelsen. Hvis transformatoren fortsatt kan operere etter hendelsen, må det fastsettes under drift om sikkerhetsforanstaltninger og overvåkningsmetoder trenger justering, og om intern inspeksjon eller reparasjon er nødvendig.

Ulike årsaker kan føre til transformatorfeil, som kan klassifiseres på flere måter. For eksempel, etter krets type, kan de deles inn i oljekretsfeil, magnetkretsfeil og elektrisk kretsfeil. For tiden er den mest hyppige og alvorlige transformatorfeilen utgangskortslutning, som også kan utløse slippfeil. Kortslutningsfeil i transformatorer refererer vanligvis til fasemessige kortslutninger inni transformatoren, jordfeil i ledninger eller vindinger, og utgangskortslutninger.

Mange ulykker resulterer av slike feil. For eksempel, en kortslutning ved lavspenningsutgangen av en transformator krever ofte bytte av den berørte vindingen; i alvorlige tilfeller kan alle vindinger måtte byttes, noe som fører til betydelige økonomiske tap og konsekvenser. Transformator kortslutninger fortjener alvorlig oppmerksomhet. For eksempel, en transformator (110 kV, 31.5 MVA, modell SFS2E8-31500/110) opplevde en kortslutningsulykke, sammen med tripping av hovedtransformatorens tre-sidige brytere og aktivering av tung gassbeskyttelse.

Etter at transformatoren ble returnert til fabrikken for reparasjon, avdekkes under kappløfting: rust på både bunnen og øvre kjern (grunnet regn under ulykken); alvorlig deformering av mellomspenningvindingen i fase C, kollaps av høy spenningvinding i fase C, og kortslutning mellom lav- og mellomspenningvindinger på grunn av forskyvning av klampeplater; alvorlig deformering av mellom- og lavspenningvindinger i fase B; lavspenningvindingen i fase C ble brukt igjennom i to seksjoner; og mange fine kobberpartikler og kobberperler mellom vindingomganger. Hovedårsaker inkluderte: utilstrekkelig isolasjonsstyrke av isolasjonsstrukturen; misjusterte klampestreifer, manglende polstringer, og løse forskyvninger; og løse vindinger.

Slipp skader hovedsakelig transformatorisolasjon, uttrykt i to aspekter: For det første, aktive gasser produsert av slipp—som kloroksid, ozon og varme—fører til kjemiske reaksjoner under visse forhold, noe som fører til lokal isolasjonskorrosjon, økt dielektrisk tap, og til slutt termisk bryting. For det andre, slipp partikler angriper direkte isolasjonen, noe som fører til lokal isolasjonskappe som gradvis utvides og til slutt bryter.

For eksempel, en transformator (63 MVA, 220 kV) opplevde slipp ved 1,5 ganger spenningen, sammen med hørbare slipplyder og slippnivåer på opptil 4000–5000 pC. Når intervindingtestspenningen ble redusert til 1,0 ganger og linje-endetestmetoden ble endret til 1,5 ganger spenningstøtte, oppsto ingen slipplyd og slippnivået falt dramatisk til under 1000 pC. Ved demontering og inspeksjon, ble træraktige slipp spor funnet langs enden av isolasjonskantringene, hovedsakelig grunnet understandard isolasjonsmateriale.

Når det oppstår delvis slipp langs overflaten av solid isolasjon, spesielt når både normale og tangensielle komponenter av elektrisk feltstyrke er til stede, er den resulterende ulykken mest alvorlig. Delvis slippfeil kan oppstå i hvilket som helst sted med dårlig isolasjonsmateriale eller koncentrerte elektriske felt, som mellom vindingomganger, ved ledninger av høy spenningsvindingelektriske statiske skjerminger, mellom fasebarrierer, og ved høy spenningledninger.

Transformatorer er bredt anvendte elektriske apparater i elektroniske kretser og strømsystemer. Som nøkkelenhet i strømbruk, distribusjon og overføring, spiller transformatorer en uerstattelig rolle. Derfor bør det settes mer fokus på transformatorer i praksis.