Kako diagnosticirati napake transformatorjev in zmanjšati šum

S hitrostjo gospodarskega razvoja Kitajske se je tudi električna industrija postopoma razširila na večjo merilo, kar je povečalo zahteve glede nameščene zmogljivosti in enotske zmogljivosti transformatorjev. Ta članek podaja kratko predstavitev štirih vidikov: konstrukcija transformatorja, zaščita transformatorja pred negativnimi vplivi, napake transformatorjev in hrup transformatorja.

Transformator je pogosto uporabljen elektro stroj, ki lahko pretvarja izmenično električno energijo. Lahko pretvori eno obliko električne energije (izmenični tok in napon) v drugo obliko električne energije (z isto frekvenco izmeničnega toka in napona). V praktičnih aplikacijah je glavna funkcija transformatorja sprememba ravni napona, kar omogoča boljše prenos električne energije.

Glede na razmerje izhodnega napona do vhodnega napona so transformatorji razdeljeni na sniževalne ali poviševalne transformatorje. Transformator z napetostnim razmerjem manjšim od 1 se imenuje sniževalni transformator, njegova glavna funkcija je oskrbovanje različnih električnih naprav z potrebnimi naponi, da uporabniki dobijo pravilen napon. Transformator z napetostnim razmerjem večjim od 1 se imenuje poviševalni transformator, ki ima glavno funkcijo zmanjševanje stroškov prenosa, zmanjševanje izgub pri prenosu in povečanje razdalje prenosa.

Konstrukcija transformatorja
V srednjih in velikih kapacitetnih transformatorjih je zagotovljen zaprt napolnilni posodek, napolnjen z transformatorskim oljem. Viti in jedro transformatorja so potopljeni v olje, da dosežejo boljšo odvajanje toplote. Izolirani izvodi se uporabljajo za izvode vitic in povezavo z zunanjimi krogi. Transformator se sestavlja iz naslednjih komponent: napetostno regulacijskih naprav, glavnega telesa, izhodnih terminalskih naprav, napolnilne posode, zaščitnih naprav in hladilnih naprav. Napetostno regulacijska naprava je razdeljena na regulacijo pod nalogom in brez nalogu, bistveno je vrsta preskoka; glavno telo se sestavlja iz vodnikov, jekra, izolacijske strukture in vitic; izhodne terminalske naprave vključujejo nize in visoke napetosti; napolnilna posoda vključuje opremo (vključno s vzorčnicami za olje, nazivnimi oznakami, odvodnimi ventili, zazemljevalnimi bolti in kolesi) in glavno telo posode (vključno z dnom, stenami in pokrovom); zaščitne naprave vključujejo suhozdne ventilacije, plinski releji, rezervoarje, oljne relacije, kazalnike raven olja, temperaturne senzorje in varnostne ventile; hladilne naprave se sestavljajo iz hladilcev in radijatorjev.

Hrup transformatorja in ukrepi za zmanjšanje hrupa
Transformatorji pogosto ustvarjajo zvok med delovanjem, predvsem zaradi elektromagnetnih sil, ki povzročajo vibracije glavnega telesa in magnetostricte silikonovih železnic pod magnetnimi polji, kot tudi hrup, ki ga ustvarjajo ventilatorji in hladilni sistemi. Človeški slušni sistem lahko zazna zvok le znotraj določenih frekvenc vibracij; ko je frekvenca med 16 Hz in 2000 Hz, jo lahko čuti. Ultradvok in infradvok nad in pod tem obsegom ne moreta biti zaznana. Hrup se širi od jedra skozi zrak, vite in priklopne strukture - to je glavna pot širjenja hrupa močnega transformatorja. Hrup se lahko zmanjša z zmanjšanjem gostote magnetnega toka in zmanjšanjem magnetostrukte silikonovih železnic. Vendar pa zmanjšanje gostote poveča velikost jedra in število silikonovih železnic, kar poveča stroške. Za zmanjšanje hrupa brez povečanja stroškov je učinkovito dodajanje dušilnih komponent. Na primer, postavitev gumenih oblikovalnih presledkov med nizevitimi viticem in jedrom lahko utrdi vitice in zagotovi amortizacijo. Ta dušilna struktura pomaga pri zmanjšanju hrupa med njegovim širjenjem.

Zaščita transformatorja pred negativnimi vplivi
V Kitajski se letno poškoduje veliko transformatorjev zaradi negativnih vplivov. Po relevantnih organih, med poškodovanimi 10 kV distribucijskimi transformatorji 4%–10% poškodovanih je zaradi negativnih vplivov. Nepravilne povezave zazemljevalnih vodnikov in nepravilna namestitev transformatorskih zaščitnih naprav pred negativnimi vplivi sta glavni vzrok poškodb zaradi negativnih vplivov. Ključni problemi vključujejo: ločeno zazemljevanje visokonaponskih in nizekonaponskih zaščitnih naprav pred negativnimi vplivi in neutralne točke transformatorja; prekomerno dolge vodiče in premajhen premer zazemljevalnih vodnikov; odsotnost zaščitnih naprav pred negativnimi vplivi na nizekonaponski strani; uporabo podpornih struktur kot zazemljevalnih vodnikov za visokonaponske zaščitne naprave pred negativnimi vplivi; in neizvedbo preventivnih testov zaščitnih naprav pred negativnimi vplivi.

Napake transformatorjev
Ko se pojavi kakšna od naslednjih sprememb v transformatorju, je mogoče izvesti analizo napak glede na dejansko delovanje: transformator povzroči prekinitve zaradi nesreče ali pride do pojavov, kot je izstopanje na izstopu, vendar še ni bilo razmontiranja; med delovanjem se pojavijo nenormalni pojav, ki prisilijo operaterje, da transformator zaustavijo za pregled ali preizkušanje; med preventivnimi preizkusi, sprejemnimi preizkusi za vzdrževanje ali vklop pod normalnimi pogoji brez struje, ena ali več vrednosti parametrov preseže standardne meje. Če se katera koli od zgornjih situacij pojavi med dejanskim uporabo, mora transformator takoj izvesti ustrezne preglede in preizkuse, da bi se zagotovilo, da bo lahko deloval normalno.

Koraki za določitev prisotnosti napake:

• Prvi, določite možnost napake in ali gre za očitno (vidno) ali skrito (latento) napako.

• Drugi, določite naravo napake - ali gre za napako, povezano z oljem, ali za napako trdne izolacije, termično ali električno napako.

• Tretji, faktorji, kot so moč napake, čas aktivacije releja zaradi nasititve, resnost, trend razvoja, temperatura točke, in stopnja nasititve plinov v olju, so običajni kazalniki za določitev prisotnosti napake.

• Četrti, najdite primerni način za obravnavo incidenta. Če lahko transformator po incidentu še deluje, določite med delovanjem, ali so potrebni prilagoditve varnostnih ukrepov in metod nadzora, ali je potrebno notranje preverjanje ali popravilo.

Različne vzroki lahko povzročijo napake v transformatorju, ki jih lahko razvrstimo na več načinov. Na primer, glede na tip kroga, jih lahko razdelimo na napake v oljnem krogu, magnetnem krogu in električnem krogu. Trenutno najpogostejša in najhujša napaka transformatorja je izstopna kratična napaka, ki lahko tudi sproži razbrosne napake. Kratične napake v transformatorjih običajno nanašajo na fazne kratične napake znotraj transformatorja, kratične napake na vodičih ali viticah ter izstopne kratične napake.

Mnogi nesreči so posledica takšnih napak. Na primer, kratična napaka na nizekonaponskem izstopu transformatorja pogosto zahteva zamenjavo prizadetega vitca; v težjih primerih je morda potrebno zamenjati vse vitice, kar povzroči velike ekonomske izgube in posledice. Kratične napake transformatorjev zaslužijo resno pozornost. Na primer, transformator (110 kV, 31,5 MVA, model SFS2E8-31500/110) je doživel kratično nesrečo, s pripadajočim padcem glavnega transformatorja tri strani in aktivacijo težkega plinskega varnostnega sistema.

Po vračanju transformatorja v tovarno za popravilo je pri dvignitvi pokrova razkrilo: korozijo na obema podlagama in zgornjem jedru (zaradi deževja med nesrečo); težko deformiran C-fazni srednje-naponski vitic, sesutan C-fazni visoko-naponski vitic in kratična napaka med nizeko- in srednje-naponskimi vitici zaradi zamika priklopne plošče; težko deformirani B-fazni srednje- in nizeko-naponski vitici; C-fazni nizeko-naponski vitic je goren na dveh mestih; in mnogo majhnih bakrenih delcev in perl vmes vitic. Glavni vzroki so vključevali: nedostatno izolacijsko trdost strukture izolacije; nepravilno poravnane priklopne plošče, manjkajoče polstre in lušten premik; in lušte vitice.

Razbros predvsem poškoduje izolacijo transformatorja, ki se manifestira na dva načina: Prvi, aktiven plin, ki ga razbros ustvari, kot so kloristi oksidi, ozon in toplota, povzroča kemijske reakcije pod določenimi pogoji, kar vodi do lokalne korozije izolacije, povečane dielektrične izgube in končno termičnega preobriva. Drugi, delci razbrosa neposredno bombardirajo izolacijo, kar povzroča lokalno poškodovanje izolacije, ki se postopoma razširja in končno preobrne.

Na primer, transformator (63 MVA, 220 kV) je doživel razbros pri 1,5-kratnem napetu, s pripadajočim zaznanim zvokom razbrosa in razbrosnim nivojem do 4000-5000 pC. Ko je bil inter-turn testni napon znižan na 1,0-kratni in metoda testiranja na konecu vodnice spremenjena na 1,5-kratno napetostno podporo, ni bilo zaznanih zvokov razbrosa in razbrosni nivo je drastično padek pod 1000 pC. Ob razmontiranju in pregledu so bile najdene drevesne sledi razbrosa vzdolž izolacijskih rogov na koncu, predvsem zaradi neustreznega izolacijskega materiala.

Ko se pojavijo delni razbrosi na površini trdne izolacije, posebej kadar so prisotni normalni in tangencialni komponenti moči električnega polja, je nastali nesreča najtežja. Delne razbrosne napake se lahko pojavijo na katerem koli mestu z slabo izolacijskim materialom ali koncentriranim električnim poljem, kot so med viticmi, na vodičih visokonaponskih elektrostatičnih ščitov, med faznimi ograjami in na visokonaponskih vodičih.

Transformatorji so široko uporabljeni elektro stroji v elektronskih krogih in električnih sistemih. Kot ključna oprema za uporabo, razdeljevanje in prenos električne energije igrajo transformatorji nezamenljivo vlogo. Zato bi se morala v praksi večja pozornost posvetiti transformatorjem.