Трансформаторний життєвий цикл зменшується удвічі при кожному підвищенні температури на 8°C? Зрозуміння механізмів термічного старіння

Тривалість часу, протягом якого трансформатор може нормально працювати при номінальному напругі та навантаженні, називається терміном служби трансформатора. Матеріали, використовувані при виробництві трансформаторів, поділяються на дві основні категорії: металеві матеріали та ізоляційні матеріали. Металеві матеріали зазвичай можуть витримувати відносно високі температури без пошкодження, але ізоляційні матеріали швидко старіють та втрачають свої властивості, коли температура перевищує певне значення. Тому температура є одним із основних факторів, що впливають на термін служби трансформатора. В певному сенсі, термін служби трансформатора можна сказати, що це термін служби його ізоляційних матеріалів.

Зниження температури продовжує термін служби трансформатора

Тривалість часу, протягом якого трансформатор може нормально працювати при номінальному напругі та навантаженні, називається терміном служби трансформатора. Матеріали, використовувані при виробництві трансформаторів, поділяються на дві основні категорії: металеві матеріали та ізоляційні матеріали. Металеві матеріали зазвичай можуть витримувати відносно високі температури без пошкодження, але ізоляційні матеріали швидко старіють та втрачають свої властивості, коли температура перевищує певне значення. Тому температура є одним із основних факторів, що впливають на термін служби трансформатора. В певному сенсі, термін служби трансформатора можна сказати, що це термін служби його ізоляційних матеріалів.

Поступове втрату первинних механічних та ізоляційних властивостей ізоляційних матеріалів при тривалому впливі електричних полів та високих температур називається старінням. Швидкість старіння залежить від наступних факторів:

• Температура ізоляції.

• Вологість ізоляційного матеріалу.

• Для маслонаповнених трансформаторів також слід враховувати кількість розчиненого кисню у маслі.

Ці три фактори визначають термін служби трансформатора. Практика та дослідження показують, що якщо обмотка може постійно утримувати температуру 95°C, трансформатор може бути гарантований термін служби 20 років. На основі зв'язку між температурою та терміном служби можна вивести "правило 8°C": приймаючи термін служби при цій температурі за базу, кожне 8°C збільшення температури обмотки зменшує термін служби трансформатора удвічі.

Більшість електроенергетичних трансформаторів в Китаї використовують масло-бумажну ізоляцію, тобто клас A ізоляції. Для трансформаторів з ізоляцією класу A, при нормальній роботі, коли температура оточуючого повітря становить 40°C, максимальна робоча температура обмоток становить 105°C.

За даними та практикою:

• Коли робоча температура ізоляції трансформатора становить 95°C, його термін служби становить 20 років.

• Коли робоча температура ізоляції трансформатора становить 105°C, його термін служби становить 7 років.

• Коли робоча температура ізоляції трансформатора становить 120°C, його термін служби становить 2 роки.

Внутрішня температура ізоляції трансформатора, при практично сталій напругі, в основному залежить від величини струму навантаження: більший струм навантаження призводить до більшої температури ізоляції, а менший струм навантаження — до нижчої температури ізоляції.

Коли трансформатор перенавантажений або працює при номінальному навантаженні літом, його внутрішня ізоляція працює при високих температурах, що прискорює втрату терміну служби. Коли трансформатор працює при легкому навантаженні або при номінальному навантаженні зимою, його внутрішня ізоляція працює при нижчих температурах, що сповільнює втрату терміну служби. Тому, щоб повністю використовувати навантаження трансформатора протягом року без впливу на його нормальний термін служби, можна відповідно регулювати місячне навантаження.

Висока напруга прискорює старіння трансформатора

Наприклад, правила встановлюють, що робоча напруга трансформатора не повинна перевищувати 5% його номінальної напруги. Занадто висока напруга збільшує магнітний струм у серцевині трансформатора, може призвести до насичення серцевини, генерувати гармонічні потоки, що збільшують втрати в серцевині та призводять до перегріву серцевини. Занадто висока напруга також прискорює старіння трансформатора, скорочуючи його термін служби; тому, робоча напруга трансформатора не повинна бути занадто високою.

Коли ізоляційний матеріал старіє до певної міри, під впливом вібрацій та електромагнітних сил, ізоляція може тріснути, що збільшує ймовірність електричних пробоюв, що зменшує термін служби трансформатора.

Регулювання навантаження трансформатора для досягнення ідеального терміну служби

Внутрішня температура ізоляції трансформатора, при практично сталій напругі, в основному залежить від величини струму навантаження: більший струм навантаження призводить до більшої температури ізоляції, а менший струм навантаження — до нижчої температури ізоляції.

Коли трансформатор перенавантажений або працює при номінальному навантаженні літом, його внутрішня ізоляція працює при високих температурах, що прискорює втрату терміну служби. Коли трансформатор працює при легкому навантаженні або при номінальному навантаженні зимою, його внутрішня ізоляція працює при нижчих температурах, що сповільнює втрату терміну служби. Тому, щоб повністю використовувати навантаження трансформатора протягом року без впливу на його нормальний термін служби, можна відповідно регулювати місячне навантаження.

Правильне технічне обслуговування допомагає максимізувати термін служби трансформатора
Відомо, що коли трансформатор виходить з ладу, не лише ремонтні витрати та витрати на простій значні, але й перемотка обмотки або реконструкція великого енергетичного трансформатора можуть зайняти 6-12 місяців. Тому правильна програма технічного обслуговування допоможе трансформатору досягти максимально можливого терміну служби.

Три ключові пункти гарної програми технічного обслуговування

Встановлення та експлуатація

A. Забезпечте, щоб навантаження залишалось в межах проектних обмежень трансформатора. Для маслонаповнених трансформаторів, уважно контролюйте температуру верхнього масла.
B. Місце встановлення трансформатора повинно бути придатним для його конструкції та стандартів виконання. Якщо встановлено на вулиці, забезпечте, щоб трансформатор був придатний для зовнішньої експлуатації.
C. Захистіть трансформатор від ударів блискавки та зовнішніх пошкоджень.

Аналіз масла

Діелектрична міцність трансформаторного масла сильно зменшується зі збільшенням вмісту води. Навіть 0,01% води може знизити його діелектричну міцність майже на половину. Крім маленьких розподільчих трансформаторів, зразки масла всіх трансформаторів слід регулярно піддавати тестам на пробій для правильного виявлення води та її вилучення через фільтрацію.

Слід проводити аналіз газів виниклих в результаті виникнення дефектів у маслі. Використовуючи пристрій для онлайн-моніторингу восьми газів у маслі трансформатора, постійно вимірюйте концентрацію розчинених газів у маслі з розвитком дефектів. Аналізуючи типи та концентрації цих газів, можна визначити тип дефекту. Фізичні властивості масла слід перевіряти щорічно, щоб підтвердити його ізоляційні властивості, включаючи випробування на діелектричну міцність, кислотність, поверхневе натяг тощо.