Optimizacija metoda zemljanja za jezgra i klipse transformatora

Mjere zazaštitu transformatora od zaraženja podijeljene su u dva tipa: Prvi je zaraženje neutralne točke transformatora. Ova zaštitna mjera sprečava otklon napona na neutralnoj točki uzrokovanih nesimetričnim opterećenjem tijekom rada transformatora, omogućujući brz ispad zaštitnih uređaja i smanjujući strujni krugove. To se smatra funkcionalnim zaraženjem za transformator. Druga mjera je zaraženje jezgra i zglobova transformatora.

Ova zaštita sprečava nastanak induciranih napona na površinama jezgra i zglobova zbog unutarnjih magnetskih polja tijekom rada, što bi moglo dovesti do pojave djelomičnih razbojnih grešaka. To se smatra zaštitnim zaraženjem za transformator. Da bi se osiguralo sigurno i pouzdano funkcioniranje transformatora, ovaj članak analizira i optimizira metode zaraženja specifično za jezgra i zglobove transformatora.

1. Važnost zaraženja jezgra i zglobova

Glavni unutarnji komponenti transformatora uključuju: zavojnice, jezgro i zglobove. Zavojnice formiraju električnu mrežu transformatora, jezgro čini magnetsku mrežu, a zglobovi se uglavnom koriste za fiksiranje zavojnica i silicijevih željeznih listića jezgra. Tijekom normalnog rada, primarni i sekundarni zavojnici generiraju magnetska polja kada struja prođe kroz njih. U tom magnetskom okruženju, inducirani naponi nastaju na površinama jezgra i zglobova. 

Kako se jačina magnetskog polja povećava, magnetski tok postupno raste, uzrokujući da inducirani naponi postupno narastu. Zbog neuniformnosti raspodjele magnetskog polja, neuniformni inducirani naponi stvaraju razlike potencijala, što dovodi do kontinuiranog razboja na površinama jezgra i zglobova, uzrokujući interne greške u transformatoru. Taj napon koji uzrokuje interne razbojne greške u transformatorima naziva se "plivajući napon." Stoga, tijekom rada, jezgro i zglobovi transformatora moraju biti zaraženi na jednoj točki kako bi se smanjili i eliminirali inducirani naponi.

Pri zaraženju jezgra i zglobova transformatora, dopuštena je samo jedna točka zaraženja kako bi se spriječile cirkulacijske struje između jezgra i zglobova. Ako postoje dvije ili više točaka zaraženja, razlike potencijala će uzrokovati cirkulacijske struje između jezgra i zglobova, što dovodi do anormalnog porasta temperature unutar transformatora. To izravno oštećuje unutarnju čvrstu izolaciju i ubrzava starenje izolacijskog ulja, utjecajući na normalan životni vijek transformatora.

2. Metode zaraženja jezgra i zglobova te pristupi optimizaciji

U trenutnim dizajnima transformatora u Kini, zaraženje jezgra i zglobova uglavnom se ostvaruje preko malih kutija ili izoliranih šrafova prije zaraženja vanjskom bočnicom transformatora. Ovaj pristup zaraženja dalje se dijeli na dvije metode:

Prva metoda zaraženja (Slika 1) povezuje jezgro i zglobove preko kutija ili izoliranih šrafova, zatim ih direktno krati prije zaraženja. Tijekom normalnog rada transformatora, ova metoda zaraženja pokazuje tri putanje struje, označene kao I1, I2 i I3:

• I1: Jezgro → Terminal zaraženja → Zemlja

• I2: Zglobovi → Terminal zaraženja → Zemlja

• I3: Jezgro → Terminal zaraženja → Zemlja → Zglobovi

Druga metoda zaraženja (Slika 2) povezuje jezgro i zglobove preko kutija ili izoliranih šrafova na različite točke zaraženja. Ova metoda zaraženja također pokazuje tri putanje struje tijekom normalnog rada:

• I1: Jezgro → Točka zaraženja jezgra → Zemlja

• I2: Zglobovi → Točka zaraženja zglobova → Zemlja

• I3: Jezgro → Točka zaraženja jezgra → Zemlja → Točka zaraženja zglobova → Zglobovi

Od navedenih dvije metode zaraženja, inducirane struje zaraženja I1 i I2 predstavljaju normalne uvjete. Međutim, inducirana struja zaraženja I3 značajno se razlikuje:

U metodi zaraženja prikazanoj na Slici 1, inducirana struja protječe putanjom: jezgro → terminal zaraženja → zglobovi, stvarajući "cirkulacijsku struju" između jezgra i zglobova transformatora. Pod toplinskim efektom ove struje, interna temperatura transformatora anormalno raste. Visoka temperatura izravno uzrokuje degradaciju čvrste izolacije i starenje izolacijskog ulja. Također, zbog utjecaja cirkulacijske struje, onlajn nadzorne sustave ne mogu precizno mjeriti struje zaraženja jezgra i zglobova, što dovodi do pogrešnog dijagnoziranja kada dođe do grešaka opreme. Stoga, prva metoda zaraženja ima značajne nedostatke.

Nasuprot tome, metoda zaraženja prikazana na Slici 2 protječe induciranom strujom putanjom: jezgro → zemlja jezgra → zemlja → zemlja zglobova → zglobovi. Budući da struja prođe kroz visokouprugu zemlju, ne može se formirati "cirkulacijska struja" između jezgra i zglobova. To sprečava anormalni porast temperature u transformatoru i omogućuje onlajn nadzornim sustavima precizno mjeriti struje zaraženja oba, jezgra i zglobova (prema DL/T 596-2021 Kodeks za preventivne probne radnje, struja zaraženja jezgra ne smije preći 0,1 A, a struja zaraženja zglobova ne smije preći 0,3 A tijekom rada transformatora). To pruža pouzdani dokaz za utvrđivanje postoji li interne greške unutar transformatora.

Za xx-223000/500 beznavodne regulacijske snage transformatora, jezgro i zglobovi zaraženi su metodom prikazanom na Slici 1, što dovodi do nekoliko operativnih problema:

(1) Tijekom rada, lako se formira "cirkulacijska struja" između internog jezgra i zglobova. Toplinski efekt uzrokuje anormalni porast temperature, ubrzavajući degradaciju čvrste izolacije i starenje izolacijskog ulja, s tim smanjujući životni vijek transformatora.

(2) Zbog utjecaja "krugljenja struje," sustavi za online nadzor ne mogu točno izmjeriti struje zemljanih jezgri i klipa, što čini nemogućim pružanje zaključnog dokaza za određivanje unutarnjih grešaka.

(3) Inducirane struje zemljanih jezgri i klipa mogu se kontinuirano mjeriti i uspoređivati s strujama curenja koje nadgleda online sustav kako bi se provjerila točnost sustava za nadzor.

(4) Tijekom održavanja i popravka transformatora, pri mjerenju otpornosti izolacije između jezgre/klipa i zemlje, vanjske spojeve zemlje moraju biti odspojeni. Budući da ovaj model transformatora koristi bakrene vijake M10 (izolirane od zemlje) za spojeve jezgre i klipa, koji imaju odličnu vodljivost, ali nisku mehaničku čvrstoću i lako se lome. Tijekom terenskih operacija, ograničeni prostori i neizbalansirane sile lako mogu uzrokovati loma bakrenih vijaka. Uzimajući u obzir kompaktnu unutarnju strukturu transformatora, rješavanje ove greške zahtijeva podizanje poklopca spremnika za zamjenu, što utječe na normalne cikluse održavanja i operativnu učinkovitost.

Uzimajući u obzir ova četiri pitanja, kako bi se osiguralo točno otkrivanje induciranih struja zemljanih jezgri i klipa tijekom rada, produžen životni vijek transformatora, eliminirano "krugljenje struje" i sprečeno širenje raspona popravaka zbog oštećenja uzrokovanog održavanjem, preporučuje se optimizacija metode zemljanja jezgre i klipa transformatora sa konfiguracije prikazane na Slici 1 na konfiguraciju prikazanu na Slici 2.

3.Zaključak

Kroz detaljno predstavljanje unutarnjih dijelova i funkcija transformatora, zajedno s znanstvenom analizom grešaka razlaganja tijekom rada, uspješno su implementirane modifikacije defektnih dijelova. Ovaj pristup postiže produžen životni vijek opreme, poboljšanu sigurnost mreže i smanjene troškove održavanja opreme.