Optimering af jordmetoder for krafttransformatorkerner og klamper

Transformator jordforbindelser er opdelt i to typer: Den første er transformatorens neutralpunkt jordet. Dette beskyttelsesforanstaltning forhindrer neutralpunkts spændingsdrift som skyldes ubalancerede trefasede laster under transformatorens drift, hvilket gør det muligt for beskyttelsesenheder at springe hurtigt og reducere kortslutningsstrømme. Dette betragtes som funktionelt jord for transformator. Anden foranstaltning er jordforbindelse af transformatorens kerne og klamper.

Dette beskyttelsesforanstaltning forhindrer inducerede spændinger fra at opstå på kernen og klampoverflader pga. interne magnetiske felter under drift, hvilket kan føre til partielle udladningsfejl. Dette betragtes som beskyttende jord for transformator. For at sikre sikkert og pålideligt drift af transformator, analyserer og optimiserer denne artikel specifikt jordmetoder for transformatorkerne og klamper.

1. Vigtigheden af Kernes og Klammers Jordforbindelse

De vigtigste interne komponenter i en transformator inkluderer: vindinger, kerne, og klamper. Vindinger danner den elektriske kredsløb i transformator, kernen udgør det magnetiske kredsløb, og klamper bruges primært til at fastholde vindinger og siliciumstålplader i kernen. Under normal drift genererer primære og sekundære spoler magnetiske felter, når strøm løber igennem dem. I dette magnetiske miljø dannes inducerede spændinger på overfladerne af kernen og klamperne. 

Når styrken af magnetfeltet øges, vokser magnetisk flux gradvist, hvilket fører til, at inducerede spændinger stiger progressivt. På grund af ulige fordeling af magnetfeltet, skaber ikke-uniforme inducerede spændinger potentialeforskelle, hvilket resulterer i kontinuerlige udladninger på kernen og klampoverflader, hvilket fører til interne transformatorfejl. Dette spænding, der forårsager interne udladningsfejl i transformatorer, kaldes "flydende spænding." Derfor skal transformatorens kerne og klamper være jordet ved et enkelt punkt under drift for at reducere og eliminere inducerede spændinger.

Når kernen og klamperne i en transformator jordes, er kun ét jordepunkt tilladt for at forhindre cirkulerende strømme mellem kernen og klamperne. Hvis der findes to eller flere jordepunkter, vil potentialeforskelle forårsage cirkulerende strømme mellem kernen og klamperne, hvilket fører til abnormale temperaturstigninger indeni transformator. Dette skader direkte interne solide isoleringer og accelererer aldringen af isoleringsolie, hvilket påvirker den normale levetid af transformator.

2. Jordmetoder for Kerne og Klamper og Optimeringsmetoder

I de nuværende kinesiske transformatordesigns opnås jordforbindelse af kernen og klamper hovedsagelig ved at rute forbindelser gennem små bushinger eller isolerede bolte til ydersiden af transformatorbeholderen, før de jordes. Denne jordmetode er desuden opdelt i to metoder:

Den første jordmetode (Figur 1) forbinder kernen og klamperne gennem bushinger eller isolerede bolte, derefter kortslutter dem sammen direkte, før de jordes. Under normal drift viser denne jordmetode tre strømveje, mærket I1, I2, og I3:

• I1: Kerne → Jordelement → Jorde

• I2: Klamper → Jordelement → Jorde

• I3: Kerne → Jordelement → Jorde → Klamper

Den anden jordmetode (Figur 2) ruter kernen og klamperne gennem bushinger eller isolerede bolte til separate jordepunkter. Denne jordmetode viser også tre strømveje under normal drift:

• I1: Kerne → Kernens jordepunkt → Jorde

• I2: Klamper → Klammens jordepunkt → Jorde

• I3: Kerne → Kernens jordepunkt → Jorden → Klammens jordepunkt → Klamper

Af de to nævnte jordmetoder repræsenterer de inducerede jordstrømme I1 og I2 normale forhold. Imidlertid adskiller den inducerede jordstrøm I3 sig markant:

I jordmetoden vist i figur 1, flyder den inducerede strøm gennem vejen: kerne → jordelement → klamper, hvilket skaber en "cirkulerende strøm" mellem transformatorens kerne og klamper. Under termisk effekt af denne strøm, stiger den interne temperatur af transformator abnormt. Høj temperatur forårsager direkte nedbrydning af solid isolering og aldring af isoleringsolie. Desuden kan online overvågningsystemer ikke præcist måle jordstrømmene af kernen og klamperne på grund af cirkulerende strøms påvirkning, hvilket fører til misdiagnose, når udstyr fejler. Derfor har den første jordmetode betydelige ulemper.

I modsætning hermed ruter jordmetoden vist i figur 2 den inducerede strøm gennem: kerne → kernens jord → jorden → klammens jord → klamper. Da strømmen passerer gennem høj resistans jord, kan ingen "cirkulerende strøm" dannes mellem kernen og klamperne. Dette forhindrer abnorm temperaturstigning i transformator og gør det muligt for online overvågningsystemer at præcist måle jordstrømmene af både kernen og klamperne (i henhold til DL/T 596-2021 Power Preventive Test Code, må kernens jordstrøm ikke overstige 0,1 A, og klammens jordstrøm må ikke overstige 0,3 A under transformatordrift). Dette giver pålidelig bevis for at bestemme, om der findes interne fejl i transformator.

For xx-223000/500 no-excitation voltage regulating power transformer, er kernen og klamper jordet ved hjælp af metoden vist i figur 1, hvilket frembringer flere driftsproblemer:

(1) Under drift dannes en "cirkulerende strøm" let mellem den interne kerne og klamper. Termisk effekt forårsager abnorme temperaturstigninger, hvilket accelererer nedbrydning af solid isolering og aldring af isoleringsolie, hvilket reducerer transformatorens levetid.

(2) På grund af "cirkulerende strøm" kan online overvågningssystemer ikke præcist måle jordstrømmene i kernen og klammene, hvilket gør det umuligt at give konkluderende bevis for at fastslå interne fejl.

(3) De inducerede jordstrømme i kernen og klammene kan kontinuerligt måles og sammenlignes med leckagestrømme overvåget af online systemet for at verificere overvågningssystemets præcision.

(4) Under vedligeholdelse og reparation af transformatorerne, hvor isolationsmodstanden mellem kerne/klamme og jord måles, skal eksterne jordforbindelser afkobles. Da denne transformatormodel anvender M10 kobberbolte (isolerede fra jorden) til forbindelser mellem kerne og klamme, som har fremragende ledningsevne, men lav mekanisk styrke og er følsomme over for brud. Under feltarbejde kan begrænsede rum og ubalancerede kræfter let forårsage brud i kobberbolter. Givet den kompakte indre struktur af transformatorerne, kræver løsning af dette fejl, hævelse af tankdæk for udskiftning, hvilket påvirker normale vedligeholdelsescykler og driftseffektivitet.

Med hensyn til disse fire problemer, for at sikre præcis registrering af de inducerede jordstrømme i kernen og klammene under drift, forlænge transformatorernes levetid, eliminere "cirkulerende strøm," og forhindre vedligeholdelsesarbejde i at forårsage skader, der øger reparationsomfanget, anbefales det at optimere transformatorernes jordforbindelsesmetode fra figur 1-konfigurationen til figur 2-konfigurationen.

3. Konklusion

Gennem en detaljeret introduktion til transformatorernes indre komponenter og funktioner, samt en videnskabelig analyse af udladningsfejl under drift, er ændringer af defekte dele blevet succesfuldt implementeret. Dette tilgang resulterer i forlænget udstyrlevetid, forbedret sikkerhed i strømnettet, og reducerede vedligeholdelsesomkostninger for udstyret.