Optimalizace způsobů zapojení kmenového uzemnění transformátoru a svorkových klepet

Ochranná opatření pro zazemnění transformátoru se dělí na dva typy: Prvním je zazemnění neutrálního bodu transformátoru. Toto ochranné opatření brání posunu napětí v neutrálním bodu způsobenému nesrovnalostí třífázového zatížení během provozu transformátoru, umožňuje ochranným zařízením rychlé spnutí a snižuje krátkozávodné proudy. Považuje se za funkční zazemnění transformátoru. Druhým opatřením je zazemnění jádra a držáků transformátoru.

Toto ochranné opatření brání vzniku indukovaných napětí na povrchu jádra a držáků způsobených vnitřními magnetickými poli během provozu, což by mohlo vést k poruchám částečných výbojů. Považuje se za ochranné zazemnění transformátoru. Aby byl zajištěn bezpečný a spolehlivý provoz transformátoru, tento článek analyzuje a optimalizuje metody zazemnění specificky pro jádro a držáky transformátoru.

1. Význam zazemnění jádra a držáků

Hlavní vnitřní komponenty transformátoru zahrnují: cívky, jádro a držáky. Cívky tvoří elektrickou obvod transformátoru, jádro tvoří magnetický obvod a držáky jsou především používány k upevnění civek a silikátových ocelových listů jádra. Během normálního provozu generují primární a sekundární cívky magnetická pole, když proud prochází jimi. V tomto magnetickém prostředí se na povrchu jádra a držáků vyvíjejí indukovaná napětí. 

S rostoucí intenzitou magnetického pole se postupně zvětšuje magnetický tok, což vedá ke stoupajícím indukovaným napětím. Kvůli nerovnoměrné distribuci magnetického pole vytvářejí nerovnoměrná indukovaná napětí potenciální rozdíly, což vede k trvalým výbojům na povrchu jádra a držáků a k vzniku vnitřních poruch transformátoru. Toto napětí, které způsobuje vnitřní výbojové poruchy v transformátoru, se nazývá "plavající se napětí." Proto během provozu musí být jádro a držáky transformátoru zazemněny v jediném bodě, aby se snížila a eliminovala indukovaná napětí.

Při zazemnění jádra a držáků transformátoru je dovoleno pouze jedno místo zazemnění, aby se zabránilo cirkulačním proudům mezi jádrem a držáky. Pokud existuje dvě nebo více míst zazemnění, potenciální rozdíly způsobí cirkulační proudy mezi jádrem a držáky, což vede k neobvyklému zvýšení teploty uvnitř transformátoru. To přímo poškozuje vnitřní tuhé izolace a urychluje stárnutí izolačního oleje, což ovlivňuje normální životnost transformátoru.

2. Metody zazemnění jádra a držáků a optimalizační přístupy

V současných čínských konstrukcích transformátorů se zazemnění jádra a držáků dosahuje přivedením spojení přes malé vývodnice nebo izolované šrouby na vnější stranu nádrže transformátoru, kde je pak zazemněno. Tento způsob zazemnění se dále dělí na dvě metody:

První metoda zazemnění (Obrázek 1) spojuje jádro a držáky přes vývodnice nebo izolované šrouby, které jsou pak přímo krátkozávodně spojeny a zazemněny. Během normálního provozu transformátoru tato metoda zazemnění ukazuje tři cesty proudu označené I1, I2 a I3:

• I1: Jádro → Terminál zazemnění → Zem

• I2: Držáky → Terminál zazemnění → Zem

• I3: Jádro → Terminál zazemnění → Zem → Držáky

Druhá metoda zazemnění (Obrázek 2) vede jádro a držáky přes vývodnice nebo izolované šrouby na samostatná místa zazemnění. Tato metoda zazemnění také ukazuje tři cesty proudu během normálního provozu:

• I1: Jádro → Bod zazemnění jádra → Zem

• I2: Držáky → Bod zazemnění držáků → Zem

• I3: Jádro → Bod zazemnění jádra → Zem → Bod zazemnění držáků → Držáky

Z obou zmíněných metod zazemnění představují indukované zazemnění proudy I1 a I2 normální podmínky. Nicméně, indukovaný zazemnění proud I3 se liší výrazně:

V metodě zazemnění znázorněné na Obrázku 1, indukovaný proud prochází cestou: jádro → terminál zazemnění → držáky, což vytváří "cirkulační proud" mezi jádrem a držáky transformátoru. Pod tepelným efektem tohoto proudu dojde k neobvyklému zvýšení teploty uvnitř transformátoru. Vysoká teplota přímo způsobuje degradaci tuhých izolací a stárnutí izolačního oleje. Kromě toho, kvůli vlivu cirkulačního proudu, nemohou online monitorovací systémy přesně měřit zazemnění proudy jádra a držáků, což vede k nesprávné diagnóze při výskytu poruch zařízení. Proto má první metoda zazemnění významné nedostatky.

Naopak, metoda zazemnění znázorněná na Obrázku 2 vede indukovaný proud cestou: jádro → bod zazemnění jádra → zem → bod zazemnění držáků → držáky. Protože proud prochází vysokoodporovou zemí, nelze vytvořit "cirkulační proud" mezi jádrem a držáky. Tím se zabrání neobvyklému zvýšení teploty uvnitř transformátoru a umožní online monitorovacím systémům přesné měření zazemnění proudů jak jádra, tak držáků (podle DL/T 596-2021 Předpis pro prevencijní zkoušky v energetice, zazemnění proud jádra nesmí přesáhnout 0,1 A a zazemnění proud držáků nesmí přesáhnout 0,3 A během provozu transformátoru). Poskytuje to spolehlivé důkazy pro určení, zda existují vnitřní poruchy uvnitř transformátoru.

Pro xx-223000/500 bezzapojový transformátor s regulací napětí je jádro a držáky zazemněny metodou znázorněnou na Obrázku 1, což přináší několik operačních problémů:

(1) Během provozu se snadno vytváří "cirkulační proud" mezi vnitřním jádrem a držáky. Tepelný efekt způsobuje neobvyklé zvýšení teploty, což urychluje degradaci tuhých izolací a stárnutí izolačního oleje, což snižuje životnost transformátoru.

(2) Vlivem „oběžného proudu“ nemohou online monitorovací systémy přesně měřit zazemňovací proudy jádra a stiskových kroužků, což znemožňuje poskytnutí rozhodujících důkazů pro určení vnitřních vad.

(3) Proudy zazemnění jádra a stiskových kroužků lze neustále měřit a porovnat s proudy úniku sledovanými online systémem, aby byla ověřena přesnost monitorovacího systému.

(4) Během údržby a opravy transformátoru, při měření odporu izolace mezi jádrem/stiskovým kroužkem a zemí, musí být externí vodiče zazemnění odpojeni. Protože tento typ transformátoru používá M10 mosazné šrouby (izolované od země) pro spojení jádra a stiskových kroužků, které mají vynikající vodivost, ale nízkou mechanickou pevnost a jsou náchylné k lámání. Během prací na místě, omezené prostory a nerovnoměrné síly snadno způsobují lámání mosazných šroubů. Z důvodu kompaktního vnitřního uspořádání tohoto transformátoru je nutné pro řešení této vady zdvihnout víko nádrže k provedení výměny, což ovlivňuje normální cykly údržby a operační efektivitu.

Vzhledem k těmto čtyřem problémům, aby bylo možné při provozu přesně detekovat proudy zazemnění indukované u jádra a stiskových kroužků, prodloužit životnost transformátoru, eliminovat „oběžné proudy“ a zabránit tomu, aby údržbové operace způsobily poškození, které rozšiřuje rozsah oprav, doporučuje se optimalizovat způsob zazemnění jádra a stiskových kroužků z konfigurace podle obrázku 1 na konfiguraci podle obrázku 2.

3.Závěr

Díky detailnímu představení vnitřních komponent a funkcí transformátoru a vědecké analýze výbojových vad, které se vyskytují během provozu, byly úspěšně provedeny úpravy vadných částí. Tímto přístupem byl dosažen prodloužený životnost zařízení, zlepšena bezpečnost elektrické sítě a sníženy náklady na údržbu zařízení.