A teljesítménytranszformátor magja és a zárkók talajzatolási módszereinek optimalizálása

A transzformátorok talajzat-védelmi intézkedéseit két típusba osztják: az első a transzformátor központi pontjának talajzat-összekötése. Ez a védelmi intézkedés megelőzi a központi pont feszültség-driftjét, amelyet a háromfázisú terhelés egyensúlytalansága okoz a transzformátor működése során, lehetővé téve a védelmi eszközök gyors kikapcsolását és a rövidzárló áramok csökkentését. Ez a funkcionális talajzat-összekötésnek számít a transzformátor számára. A második intézkedés a transzformátor magja és szellőzőinek talajzat-összekötése.

Ez a védelem megelőzi a belső mágneses mezők által indukált feszültségek kialakulását a mágneses kerék és a szellőző felületein, amelyek parciális levezetési hibákat okozhatnak. Ez a védelmi talajzat-összekötésnek számít a transzformátor számára. A transzformátor biztonságos és megbízható működésének biztosítása érdekében ebben a cikkben elemzik és optimalizálják a mágneses kerék és szellőzők talajzat-összekötési módszereit.

1. A mágneses kerék és szellőzők talajzat-összekötésének jelentősége

A transzformátor főbb belső alkatrészei: tekercsek, mágneses kerék, és szellőzők. A tekercsek alkotják a transzformátor elektrikai áramkörét, a mágneses kerék a mágneses áramkört, a szellőzők pedig főleg a tekercsek és a mágneses kerék silíciumvaslapjainak rögzítésére szolgálnak. Normál működés során, amikor áram folyik a primáris és sekundáris tekercsekön, mágneses mezőket generálnak. Ezen mágneses környezetben indukált feszültségek kialakulnak a mágneses kerék és a szellőző felületein. 

Ahogy a mágneses mező ereje nő, a mágneses fluxus is nő, ami fokozatosan növeli az indukált feszültségeket. Az egyenlőtlen mágneses mező eloszlás miatt, a nem egyenletes indukált feszültségek potenciális különbségeket eredményeznek, ami folyamatos levezetést okoz a mágneses kerék és a szellőző felületein, ami belső transzformátor hibákat okoz. Ez a feszültség, ami belső levezetési hibákat okoz a transzformátorban, "levitő feszültség" néven ismert. Ezért a működés során a transzformátor mágneses keréke és szellőzői egyetlen ponton kell, hogy legyenek talajzatra összekötve, hogy csökkentsék és eltávolítsák az indukált feszültségeket.

A transzformátor mágneses kerékének és szellőzőinek talajzat-összekötésekor csak egy talajzat-összekötő pont engedélyezett, hogy elkerülje a mágneses kerék és a szellőzők közötti cirkulációs áramokat. Ha két vagy több talajzat-összekötő pont létezik, a potenciális különbségek cirkulációs áramokat okozhatnak a mágneses kerék és a szellőzők között, ami hipertermiát eredményez a transzformátor belső részeiben. Ez közvetlenül sérül a belső szilárd izoláció és gyorsítja az izolációs olaj öregedését, ami befolyásolja a transzformátor normál élettartamát.

2. A mágneses kerék és szellőzők talajzat-összekötési módjai és optimalizálási megoldások

Kínában a jelenlegi transzformátor tervezésben a mágneses kerék és szellőzők talajzat-összekötése főleg olyan módon történik, hogy a kapcsolatot kis szivattyúk vagy izolált szívószekerek révén vezetik a transzformátor tartálya külső részéig, majd ott talajzatra kötik. Ez a talajzat-összekötési módszer tovább oszlik két módszerre:

Az első talajzat-összekötési módszer (Ábra 1) a mágneses kerék és szellőzőket szivattyúk vagy izolált szívószekerek révén kapcsolja, majd közvetlenül rövidzárat tesz velük, mielőtt talajzatra kötik. A normál transzformátor működés során ez a talajzat-összekötési módszer három áramútot mutat, I1, I2, és I3:

• I1: Mágneses kerék → Talajzat-összekötő végpont → Talaj

• I2: Szellőzők → Talajzat-összekötő végpont → Talaj

• I3: Mágneses kerék → Talajzat-összekötő végpont → Talaj → Szellőzők

A második talajzat-összekötési módszer (Ábra 2) a mágneses kerék és szellőzőket szivattyúk vagy izolált szívószekerek révén külön talajzat-összekötő pontokhoz kapcsolja. Ez a talajzat-összekötési módszer is három áramútot mutat a normál működés során:

• I1: Mágneses kerék → Mágneses kerék talajzat-összekötő pontja → Talaj

• I2: Szellőzők → Szellőzők talajzat-összekötő pontja → Talaj

• I3: Mágneses kerék → Mágneses kerék talajzat-összekötő pontja → Föld → Szellőzők talajzat-összekötő pontja → Szellőzők

A fenti két talajzat-összekötési módszer közül az I1 és I2 indukált talajzat-áramok normál állapotot jelölnek. Azonban az I3 indukált talajzat-áram jelentősen eltér:

Az Ábra 1-ben látható talajzat-összekötési módszerben az indukált áram a következő úton halad: mágneses kerék → talajzat-összekötő végpont → szellőzők, ami „cirkulációs áramot” hoz létre a transzformátor mágneses kerékének és szellőzőinek között. Ennek a cirkulációs áramnak a hőhatásával a transzformátor belső hőmérséklete rendellenesen nő. A magas hőmérséklet közvetlenül okozza a szilárd izoláció romlását és az izolációs olaj öregedését. Továbbá, a cirkulációs áram hatására az online monitorozási rendszerek nem tudják pontosan mérni a mágneses kerék és szellőzők talajzat-áramait, ami hibás diagnosztizálást eredményezhet a berendezés hibái esetén. Ezért az első talajzat-összekötési módszer jelentős hátrányokkal jár.

Ellenben, az Ábra 2-ben látható talajzat-összekötési módszerben az indukált áram a következő úton halad: mágneses kerék → mágneses kerék talajzat-összekötő pontja → föld → szellőzők talajzat-összekötő pontja → szellőzők. Mivel az áram a magas ellenállású földön halad, nem képződhet „cirkulációs áram” a mágneses kerék és a szellőzők között. Ez megelőzi a transzformátor rendellenes hőmérsékleti emelkedését, és lehetővé teszi, hogy az online monitorozási rendszerek pontosan mérjék a mágneses kerék és szellőzők talajzat-áramait (a DL/T 596-2021 Elektromos Préventív Próbafolyamat Rendelethez, a mágneses kerék talajzat-áramának nem kell 0,1 A-nál nagyobbnak lennie, a szellőzők talajzat-áramának pedig nem kell 0,3 A-nál nagyobbnak lennie a transzformátor működése során). Ez megbízható bizonyítékot ad arra vonatkozóan, hogy a transzformátor belső részeiben hiba van-e.

Az xx-223000/500 nem-indukáló feszültség-rendszerű tápegység transzformátoránál a mágneses kerék és szellőzők talajzat-összekötése az Ábra 1-ben látható módszer szerint történik, ami több működési problémát jelent:

(1) A működés során könnyen kialakulhat „cirkulációs áram” a mágneses kerék és szellőzők között. A hőhatás miatt rendellenesen nő a hőmérséklet, ami gyorsítja a szilárd izoláció romlását és az izolációs olaj öregedését, ami csökkenti a transzformátor élettartamát.

(2) A "köráram" hatására az online monitorozó rendszerek nem tudják pontosan meghatározni a mag és a szellőzési rögzítők talajhoz való áramát, így nem tudnak meggyőző bizonyítékokat adni belső hibák felfedezéséhez.

(3) A mag és a szellőzési rögzítők indukált talajhoz való áramait folyamatosan lehet mérni, és össze lehet hasonlítani az online rendszer által figyelt lecsapódási áramokkal, hogy ellenőrizze a monitorozó rendszer pontosságát.

(4) A transzformátor karbantartása és javítása során, amikor a mag/szellőzési rögzítők és a talaj közötti izolációs ellenállást mérjük, a külső talajkapcsoló vezetékeket leválasztani kell. Mivel ez a transzformátor modell M10-es réz csavarkapcsolatot (izolált a talajtól) használ a mag és a szellőzési rögzítők kapcsolatára, amelyeknek nagyszerű a vezetőképessége, de alacsony a mechanikai erősségük, és könnyen törhetők. A területi műveletek során, a korlátozott tér és a nem egyensúlyban lévő erők könnyen okozhatják a réz csavarak töréseit. A transzformátor kompakt belső szerkezetének miatt ezt a hibát csak a tartályfedél felhúzásával lehet kijavítani, ami befolyásolja a normál karbantartási ciklusokat és a működési hatékonyságot.

Ezen négy probléma figyelembe vételével, hogy garantáljuk a mag és a szellőzési rögzítők indukált talajhoz való áramainak pontos észlelését a működés során, meghosszabbítsuk a transzformátor élettartamát, megszüntessük a "köráramokat", és elkerüljük, hogy a karbantartási műveletek károsodást okozzanak, ami bővítene a javítási területet, ajánlott a transzformátor mag és szellőzési rögzítők talajhoz való kapcsolódási módjának optimalizálása a 1. ábráról a 2. ábra konfigurációjára.

3.Következtetés

A transzformátor belső alkotórészeit és funkcióit részletesen bemutató, illetve a működés során fellépő kiadó hibákat tudományosan elemző bevezetés révén sikerült sikeresen módosítani a defektusos részeket. Ez a megközelítés hosszabbítja az eszközök élettartamát, javítja az energia-hálózat biztonságát, és csökkenti az eszközök karbantartási költségeit.