วิธีการวินิจฉัยข้อผิดพลาดของหม้อแปลงและลดเสียงรบกวน

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเศรษฐกิจจีน อุตสาหกรรมไฟฟ้าก็ได้ขยายขนาดขึ้นเช่นกัน โดยเพิ่มความต้องการในเรื่องของกำลังติดตั้งและกำลังต่อหน่วยของหม้อแปลงไฟฟ้า บทความนี้นำเสนอภาพรวมเกี่ยวกับสี่ด้าน ได้แก่ การสร้างหม้อแปลงไฟฟ้า การป้องกันฟ้าผ่าหม้อแปลงไฟฟ้า การชำรุดของหม้อแปลงไฟฟ้า และเสียงรบกวนจากหม้อแปลงไฟฟ้า

หม้อแปลงไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย มีความสามารถในการแปลงพลังงานไฟฟ้ากระแสสลับ สามารถเปลี่ยนรูปแบบหนึ่งของพลังงานไฟฟ้า (กระแสสลับและแรงดัน) เป็นรูปแบบอื่นของพลังงานไฟฟ้า (ด้วยความถี่ของกระแสสลับและแรงดันเดียวกัน) ในทางปฏิบัติ หน้าที่หลักของหม้อแปลงไฟฟ้าคือการเปลี่ยนระดับแรงดัน ทำให้การส่งผ่านพลังงานสะดวกมากขึ้น

ตามอัตราส่วนของแรงดันขาออกต่อแรงดันขาเข้า หม้อแปลงไฟฟ้าจะถูกแบ่งออกเป็นหม้อแปลงลดแรงดันหรือหม้อแปลงเพิ่มแรงดัน หม้อแปลงที่มีอัตราส่วนแรงดันน้อยกว่า 1 เรียกว่าหม้อแปลงลดแรงดัน ซึ่งมีหน้าที่หลักในการจ่ายแรงดันที่จำเป็นสำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าต่าง ๆ เพื่อให้ผู้ใช้ได้รับแรงดันที่เหมาะสม หม้อแปลงที่มีอัตราส่วนแรงดันมากกว่า 1 เรียกว่าหม้อแปลงเพิ่มแรงดัน ซึ่งมีหน้าที่หลักในการลดต้นทุนการส่งผ่านพลังงาน ลดการสูญเสียพลังงานระหว่างการส่งผ่าน และขยายระยะทางการส่งผ่าน

การสร้างหม้อแปลงไฟฟ้า
ในหม้อแปลงไฟฟ้าขนาดกลางและขนาดใหญ่ จะมีถังน้ำมันที่ปิดสนิท บรรจุน้ำมันหม้อแปลง วงจรขดลวดและแกนหม้อแปลงจะแช่อยู่ในน้ำมันเพื่อช่วยในการกระจายความร้อน ใช้ปลอกฉนวนในการนำวงจรขดลวดออกไปและเชื่อมต่อกับวงจรภายนอก หม้อแปลงไฟฟ้าประกอบด้วยส่วนต่าง ๆ ดังนี้: อุปกรณ์ปรับแรงดัน ตัวหม้อแปลง อุปกรณ์เทอร์มินอลขาออก ถังน้ำมัน อุปกรณ์ป้องกัน และอุปกรณ์ทำความเย็น อุปกรณ์ปรับแรงดันแบ่งออกเป็นสวิตช์ปรับแรงดันขณะโหลดและไม่โหลด ซึ่งเป็นประเภทของสวิตช์ปรับแรงดัน; ตัวหม้อแปลงประกอบด้วยสายนำ แกน โครงสร้างฉนวน และวงจรขดลวด; อุปกรณ์เทอร์มินอลขาออกประกอบด้วยปลอกฉนวนแรงดันต่ำและแรงดันสูง; ถังน้ำมันประกอบด้วยอุปกรณ์เสริม (รวมถึงวาล์วสุ่มตัวอย่างน้ำมัน ป้ายชื่อ วาล์วระบายน้ำมัน น๊อตต่อกราวด์ และล้อ) และตัวถังหลัก (รวมถึงพื้นถัง ผนัง และฝา); อุปกรณ์ป้องกันประกอบด้วยเครื่องกรองอากาศแห้ง เครื่องตรวจจับแก๊ส ถังเก็บน้ำมัน เครื่องตรวจจับลอยน้ำมัน เครื่องวัดระดับน้ำมัน เครื่องวัดอุณหภูมิ และวาล์วระบายความปลอดภัย; อุปกรณ์ทำความเย็นประกอบด้วยเครื่องทำความเย็นและแผงระบายความร้อน

เสียงรบกวนจากหม้อแปลงไฟฟ้าและการลดเสียงรบกวน
หม้อแปลงไฟฟ้ามักจะสร้างเสียงขณะทำงาน ส่วนใหญ่เนื่องจากแรงแม่เหล็กทำให้ตัวหม้อแปลงสั่นสะเทือนและมีการยืดหดของแผ่นเหล็กซิลิคอนภายใต้สนามแม่เหล็ก ตลอดจนเสียงที่มาจากพัดลมและโบลเวอร์ระบบทำความเย็น ระบบการรับรู้เสียงของมนุษย์สามารถรับรู้ได้เฉพาะเมื่อมีความถี่ของการสั่นสะเทือนอยู่ระหว่าง 16 Hz ถึง 2000 Hz เสียงที่มีความถี่เหนือหรือต่ำกว่านี้ไม่สามารถรับรู้ได้ เสียงรบกวนจะแพร่กระจายจากแกนไปยังอากาศ วงจรขดลวด และโครงสร้างคลายความร้อน—นี่คือเส้นทางการแพร่กระจายเสียงรบกวนของหม้อแปลงไฟฟ้าหลัก การลดเสียงรบกวนสามารถทำได้โดยการลดความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กและลดการยืดหดของแผ่นเหล็กซิลิคอนในแกน แต่การลดความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กจะทำให้ขนาดแกนใหญ่ขึ้นและจำนวนแผ่นเหล็กซิลิคอนเพิ่มขึ้น ทำให้ต้นทุนเพิ่มขึ้น เพื่อลดเสียงรบกวนโดยไม่เพิ่มต้นทุน การเพิ่มส่วนประกอบที่ช่วยลดแรงกระแทกเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพ เช่น การวางสเปเซอร์ยางที่มีรูปร่างเหมาะสมระหว่างวงจรขดลวดแรงดันต่ำและแกน จะช่วยให้วงจรขดลวดแน่นขึ้นและให้การรองรับ โครงสร้างการลดแรงกระแทกนี้ช่วยลดเสียงรบกวนระหว่างการแพร่กระจาย

การป้องกันฟ้าผ่าหม้อแปลงไฟฟ้า
ในประเทศจีน หม้อแปลงไฟฟ้าจำนวนมากได้รับความเสียหายจากการถูกฟ้าผ่าทุกปี ตามข้อมูลจากหน่วยงานที่เกี่ยวข้อง หม้อแปลงไฟฟ้า 10 kV ที่เสียหาย 4%–10% เกิดจากการถูกฟ้าผ่า การต่อสายดินที่ไม่เหมาะสมและการติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าหม้อแปลงไฟฟ้าที่ไม่ถูกต้องเป็นสาเหตุหลักของการเสียหายจากฟ้าผ่า ประเด็นสำคัญรวมถึง: การต่อสายดินแยกกันของอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าด้านแรงดันสูงและแรงดันต่ำและจุดกลางของหม้อแปลง; สายนำยาวเกินไปและขนาดของสายดินเล็กเกินไป; ขาดอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าด้านแรงดันต่ำ; การใช้โครงสร้างรองรับเป็นสายดินสำหรับอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าด้านแรงดันสูง; และไม่ทำการทดสอบป้องกันบนอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่า

การชำรุดของหม้อแปลงไฟฟ้า
เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ของหม้อแปลงไฟฟ้าดังต่อไปนี้ สามารถทำการวิเคราะห์ความผิดพลาดตามสภาพการทำงานจริง: หม้อแปลงไฟฟ้าทำให้เกิดการหยุดจ่ายไฟเนื่องจากอุบัติเหตุหรือเกิดปรากฏการณ์เช่น การลัดวงจรที่ขาออก แต่ยังไม่ได้ทำการถอดแยก; มีปรากฏการณ์ผิดปกติระหว่างการทำงาน ทำให้ผู้ดำเนินการต้องปิดหม้อแปลงไฟฟ้าเพื่อตรวจสอบหรือทดสอบ; ระหว่างการทดสอบป้องกัน การยอมรับการบำรุงรักษา หรือการส่งมอบภายใต้สภาพการตัดไฟปกติ ค่าพารามิเตอร์หนึ่งหรือมากกว่าหนึ่งค่าเกินขีดจำกัดมาตรฐาน หากมีสถานการณ์ใด ๆ ข้างต้นเกิดขึ้นระหว่างการใช้งานจริง ควรทำการตรวจสอบและทดสอบที่เกี่ยวข้องทันทีเพื่อให้แน่ใจว่าหม้อแปลงไฟฟ้าสามารถทำงานได้ตามปกติ

ขั้นตอนในการกำหนดการมีความผิดพลาด:

• ประการแรก กำหนดความเป็นไปได้ของความผิดพลาด และว่าเป็นความผิดพลาดที่ชัดเจน (มองเห็นได้) หรือความผิดพลาดที่ซ่อนเร้น (ไม่เห็น)

• ประการที่สอง ระบุลักษณะของความผิดพลาด—ว่าเป็นความผิดพลาดที่เกี่ยวกับน้ำมันหรือความผิดพลาดที่เกี่ยวกับฉนวนแข็ง ความผิดพลาดที่เกี่ยวกับความร้อนหรือความผิดพลาดที่เกี่ยวกับไฟฟ้า

• ประการที่สาม ปัจจัยต่าง ๆ เช่น พลังงานความผิดพลาด เวลาที่รีเลย์ทำงานเนื่องจากการอิ่มตัว ความรุนแรง แนวโน้มการพัฒนา ความร้อนที่จุดร้อน และระดับการอิ่มตัวของแก๊สในน้ำมัน เป็นตัวชี้วัดที่พบบ่อยในการกำหนดการมีความผิดพลาด

• ประการที่สี่ หาวิธีการที่เหมาะสมในการจัดการกับเหตุการณ์ ถ้าหม้อแปลงไฟฟ้าสามารถทำงานต่อได้หลังจากเหตุการณ์ ต้องกำหนดระหว่างการทำงานว่ามาตรการความปลอดภัยและวิธีการตรวจสอบต้องปรับเปลี่ยนหรือไม่ และต้องการตรวจสอบภายในหรือซ่อมแซมหรือไม่

สาเหตุต่าง ๆ สามารถทำให้เกิดความผิดพลาดของหม้อแปลงไฟฟ้า ซึ่งสามารถแบ่งออกเป็นหมวดหมู่ต่าง ๆ ได้ เช่น ตามประเภทวงจร สามารถแบ่งออกเป็นความผิดพลาดของวงจรน้ำมัน วงจรแม่เหล็ก และวงจรไฟฟ้า ปัจจุบัน ความผิดพลาดของหม้อแปลงไฟฟ้าที่พบบ่อยและรุนแรงที่สุดคือการลัดวงจรที่ขาออก ซึ่งอาจทำให้เกิดความผิดพลาดจากการปล่อยประจุไฟฟ้า ความผิดพลาดจากการลัดวงจรในหม้อแปลงไฟฟ้าหมายถึงการลัดวงจรระหว่างเฟสภายในหม้อแปลงไฟฟ้า การลัดวงจรต่อพื้นของสายนำหรือวงจรขดลวด และการลัดวงจรที่ขาออก

อุบัติเหตุหลายครั้งเกิดจากความผิดพลาดเหล่านี้ เช่น การลัดวงจรที่ขาออกแรงดันต่ำของหม้อแปลงไฟฟ้ามักต้องการการเปลี่ยนวงจรขดลวดที่ได้รับผลกระทบ ในกรณีที่รุนแรง อาจต้องเปลี่ยนวงจรขดลวดทั้งหมด ทำให้เกิดความสูญเสียทางเศรษฐกิจและผลลัพธ์ที่รุนแรง ความผิดพลาดจากการลัดวงจรในหม้อแปลงไฟฟ้าควรได้รับความสนใจอย่างจริงจัง ตัวอย่างเช่น หม้อแปลงไฟฟ้า (110 kV, 31.5 MVA, รุ่น SFS2E8-31500/110) เกิดอุบัติเหตุการลัดวงจร พร้อมกับการทริปสวิตช์สามด้านของหม้อแปลงไฟฟ้าหลักและการทำงานของอุปกรณ์ป้องกันแก๊สหนัก

หลังจากนำหม้อแปลงไฟฟ้ากลับไปซ่อมที่โรงงาน การตรวจสอบระหว่างการยกฝาเผยให้เห็น: สนิมที่ฐานและแกนบน (เนื่องจากฝนระหว่างอุบัติเหตุ); การบิดเบี้ยวอย่างรุนแรงของวงจรขดลวดแรงดันกลางเฟส C การล่มของวงจรขดลวดแรงดันสูงเฟส C และการลัดวงจรระหว่างวงจรขดลวดแรงดันต่ำและแรงดันกลางเนื่องจากการเคลื่อนที่ของแผ่นคลุม; การบิดเบี้ยวอย่างรุนแรงของวงจรขดลวดแรงดันกลางและแรงดันต่ำเฟส B; วงจรขดลวดแรงดันต่ำเฟส C ไหม้ผ่านสองส่วน; และอนุภาคทองแดงและเม็ดทองแดงเล็ก ๆ จำนวนมากระหว่างวงจรขดลวด สาเหตุหลักรวมถึง: ความแข็งแรงของฉนวนไม่เพียงพอ; แผ่นคลุมไม่ตรงกัน ขาดแผ่นรอง และการเคลื่อนที่หลวม; และวงจรขดลวดหลวม

การปล่อยประจุไฟฟ้าส่วนใหญ่ทำลายฉนวนของหม้อแปลงไฟฟ้า แสดงออกในสองด้าน: ประการแรก แก๊สที่มีฤทธิ์จากการปล่อยประจุไฟฟ้า เช่น ออกไซด์ของคลอรีน โอโซน และความร้อน ทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีภายใต้เงื่อนไขบางอย่าง ทำให้เกิดการกัดกร่อนฉนวนท้องถิ่น ความสูญเสียดีเอลีทริกเพิ่มขึ้น และสุดท้ายเกิดการแตกตัวจากความร้อน ประการที่สอง อนุภาคจากการปล่อยประจุไฟฟ้าโจมตีฉนวนท้องถิ่นโดยตรง ทำให้เกิดความเสียหายท้องถิ่นที่ขยายตัวอย่างค่อยเป็นค่อยไปและสุดท้ายแตกตัว

ตัวอย่างเช่น หม้อแปลงไฟฟ้า (63 MVA, 220 kV) เกิดการปล่อยประจุไฟฟ้าที่ 1.5 เท่าของแรงดัน พร้อมกับเสียงปล่อยประจุไฟฟ้าที่ได้ยินและระดับการปล่อยประจุไฟฟ้าสูงถึง 4000–5000 pC เมื่อลดแรงดันทดสอบระหว่างวงจรขดลวดลงเหลือ 1.0 เท่าและเปลี่ยนวิธีการทดสอบปลายสายเป็นการสนับสนุนแรงดัน 1.5 เท่า ไม่มีเสียงปล่อยประจุไฟฟ้าเกิดขึ้นและระดับการปล่อยประจุไฟฟ้าลดลงอย่างรวดเร็วเหลือต่ำกว่า 1000 pC หลังจากถอดแยกและตรวจสอบ พบร่องรอยการปล่อยประจุไฟฟ้ารูปต้นไม้ตามมุมของฉนวนปลาย สาเหตุหลักคือวัสดุฉนวนที่ไม่ได้มาตรฐาน

เมื่อมีการปล่อยประจุไฟฟ้าเกิดขึ้นบนผิวฉนวนแข็ง โดยเฉพาะเมื่อมีองค์ประกอบทั้งปกติและส่วนประกอบที่ตั้งฉากของความเข้มสนามไฟฟ้า ความผิดพลาดจากการปล่อยประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจะรุนแรงที่สุด ความผิดพลาดจากการปล่อยประจุไฟฟ้าสามารถเกิดขึ้นที่ใดก็ได้ที่มีวัสดุฉนวนที่ไม่ดีหรือสนามไฟฟ้าที่มีความเข้มสูง เช่น ระหว่างวงจรขดลวด ที่สายนำของชิลด์ไฟฟ้าสถิตของวงจรขดลวดแรงดันสูง ระหว่างแผ่นแบ่งเฟส และที่สายนำแรงดันสูง

หม้อแปลงไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในวงจรไฟฟ้าและระบบพลังงานไฟฟ้า ในฐานะอุปกรณ์หลักในการใช้ กระจาย และส่งผ่านพลังงานไฟฟ้า หม้อแปลงไฟฟ้ามีบทบาทที่ไม่สามารถแทนที่ได้ ดังนั้น ควรมีความสนใจมากขึ้นในหม้อแปลงไฟฟ้าในการใช้งานจริง