Оптимизация методи на заземляване за ядро и клампи на електроенергийните трансформатори

Мерките за защита от заземляне на трансформатори се делят на два типа: Първият е заземляне на нейтралната точка на трансформатора. Тази мерка за защита предотвратява дрейф на напрежението в нейтралната точка, причинен от несъответствие на трите фазни натоварвания при експлоатацията на трансформатора, позволява бързо изключване на защитни устройства и намаляване на късо-мрежовите токове. Това се счита за функционално заземляне на трансформатора. Втората мярка е заземляне на ядрото и обхватните ленти на трансформатора.

Тази защита предотвратява появата на индуцирани напрежения на повърхността на ядрото и обхватните ленти, причинени от вътрешни магнитни полета при експлоатация, които могат да доведат до частични разрядни дефекти. Това се счита за защитно заземляне на трансформатора. За да се осигури безопасна и надеждна експлоатация на трансформатора, тази статия анализира и оптимизира методите за заземляне специално за ядрата и обхватните ленти на трансформатора.

1. Значение на заземлянето на ядрото и обхватните ленти

Основните вътрешни компоненти на трансформатора включват: обмотки, ядро и обхватни ленти. Обмотките формират електрическата верига на трансформатора, ядрото образува магнитната верига, а обхватните ленти се използват главно за закрепване на обмотките и силителни листове на ядрото. При нормална експлоатация, основните и вторичните обмотки генерират магнитни полета, когато през тях протича ток. В това магнитно окружение, на повърхността на ядрото и обхватните ленти се развива индуцирано напрежение. 

С увеличаването на силата на магнитното поле, магнитният поток постепенно нараства, като това води до последователно увеличение на индуцираните напрежения. При неравномерно разпределение на магнитното поле, неравномерните индуцирани напрежения създават потенциални разлики, които довеждат до непрекъснат разряд на повърхността на ядрото и обхватните ленти, водещ до вътрешни дефекти на трансформатора. Това напрежение, причиняващо вътрешни разрядни дефекти в трансформаторите, се нарича "плаващо напрежение". Ето защо при експлоатация, ядрото и обхватните ленти на трансформатора трябва да се заземят в една точка, за да се намалят и изключат индуцираните напрежения.

При заземлянето на ядрото и обхватните ленти на трансформатора, се допуска само една точка за заземляне, за да се предотврати циркулиращ ток между ядрото и обхватните ленти. Ако съществуват две или повече точки за заземляне, потенциалните разлики ще доведат до циркулиращ ток между ядрото и обхватните ленти, което ще доведе до аномално увеличение на температурата във вътрешността на трансформатора. Това директно повредява вътрешната твърда изолация и ускорява стареенето на изолационното масло, влияйки на нормалния срок на служба на трансформатора.

2. Методи за заземляне на ядрото и обхватните ленти и подходи за оптимизация

В сегашните дизайни на трансформатори в Китай, заземлянето на ядрото и обхватните ленти се постига чрез превод на връзките чрез малки бушони или изолирани болтове до външната страна на резервоара на трансформатора, преди да се заземят. Този метод за заземляне се дели на два начина:

Първият метод за заземляне (Фигура 1) свързва ядрото и обхватните ленти чрез бушони или изолирани болтове, след което ги краткосвързва заедно, преди да се заземят. По време на нормалната експлоатация на трансформатора, този метод за заземляне показва три пътя на протичане на тока, обозначени като I1, I2 и I3:

• I1: Ядро → Точка за заземляне → Земя

• I2: Обхватни ленти → Точка за заземляне → Земя

• I3: Ядро → Точка за заземляне → Земя → Обхватни ленти

Вторият метод за заземляне (Фигура 2) свързва ядрото и обхватните ленти чрез бушони или изолирани болтове до отделни точки за заземляне. Този метод за заземляне също показва три пътя на протичане на тока по време на нормална експлоатация:

• I1: Ядро → Точка за заземляне на ядрото → Земя

• I2: Обхватни ленти → Точка за заземляне на обхватните ленти → Земя

• I3: Ядро → Точка за заземляне на ядрото → Земя → Точка за заземляне на обхватните ленти → Обхватни ленти

От двата метода за заземляне, споменати по-горе, индуцираните токове I1 и I2 представляват нормални условия. Но индуцираният ток I3 се различава значително:

В метода за заземляне, показан на Фигура 1, индуцираният ток протича по пътя: ядро → точка за заземляне → обхватни ленти, създавайки „циркулиращ ток“ между ядрото и обхватните ленти на трансформатора. Под термичния ефект на този ток, вътрешната температура на трансформатора аномално нараства. Високата температура директно причинява деградация на твърдата изолация и стареене на изолационното масло. Освен това, поради влиянието на циркулиращия ток, системите за онлайн наблюдение не могат точно да измерват токовете за заземляне на ядрото и обхватните ленти, което води до грешна диагностика при дефекти на оборудването. Ето защо, първият метод за заземляне има значителни недостатъци.

В сравнение, методът за заземляне, показан на Фигура 2, свързва индуцирания ток по пътя: ядро → заземляне на ядрото → земя → заземляне на обхватните ленти → обхватни ленти. Тъй като токът минава през земята с високо съпротивление, не може да се формира „циркулиращ ток“ между ядрото и обхватните ленти. Това предотвратява аномално нарастване на температурата в трансформатора и позволява на системите за онлайн наблюдение да измерват точно токовете за заземляне както на ядрото, така и на обхватните ленти (според DL/T 596-2021 Кодекс за предпазни изпитвания на електроустановки, токът за заземляне на ядрото не трябва да надхвърля 0,1 A, а токът за заземляне на обхватните ленти – 0,3 A по време на експлоатацията на трансформатора). Това предоставя надежден доказателствен материал за определяне дали съществуват вътрешни дефекти в трансформатора.

За трансформатора xx-223000/500 без регулиране на напрежението, ядрото и обхватните ленти се заземяват с метода, показан на Фигура 1, което дава няколко оперативни проблема:

(1) По време на експлоатация, лесно се формира „циркулиращ ток“ между вътрешното ядро и обхватните ленти. Термичният ефект причинява аномално нарастване на температурата, ускорява деградацията на твърдата изолация и стареенето на изолационното масло, което намалява срока на служба на трансформатора.

(2) В резултат на влиянието на "циркулиращия ток" онлайн системите за наблюдение не могат да измерват точно заземящите токове на ядрото и прихвата, което прави невъзможно предоставянето на убедителни доказателства за определяне на вътрешни дефекти.

(3) Индуктираните заземящи токове на ядрото и прихвата могат да се измерват непрекъснато и да се сравняват с теченията, наблюдавани от онлайн системата, за да се провери точността на системата за наблюдение.

(4) По време на поддръжка и ремонт на трансформатора, когато се измерва изолационното съпротивление между ядрото/прихват и земята, външните заземящи водачи трябва да бъдат разключени. Тъй като този модел трансформатор използва медни болтове M10 (изолирани от земята) за връзка на ядрото и прихвата, които имат отлична проводимост, но ниска механична устойчивост и са склонни към прекъсване. По време на полеви операции, ограничените пространства и несбалансираните сили лесно могат да причинят фрактури на медните болтове. Учитывайки компактната вътрешна структура на трансформатора, поправката на този дефект изисква вдигане на капака на резервоара за замяна, което влияе на нормалния цикъл на поддръжка и експлоатационната ефективност.

Учитывайки тези четири проблема, за да се гарантира точното откриване на индуктирани заземящи токове на ядрото и прихвата по време на експлоатация, продължаване на срока на служба на трансформатора, елиминиране на "циркулиращите токове" и предотвратяване на повреди, причинени от поддръжката, които разширяват обхвата на ремонта, се препоръчва оптимизиране метода на заземяване на ядрото и прихвата от конфигурацията на Фигура 1 до конфигурацията на Фигура 2.

3.Заключение

Чрез детайлно представяне на вътрешните компоненти и функции на трансформатора, както и чрез научен анализ на дефектите, които се появяват по време на експлоатация, са извършени успешни промени в дефектните части. Този подход позволява удължаване на срока на служба на оборудването, подобряване на безопасността на електрическата мрежа и намаляване на разходите за поддръжка на оборудването.