Optimalisering av jordemetoder for kjerne og klemmer i strømtransformatorer

Transformatorjordingsbeskyttelsesforanstaltninger er inndelt i to typer: Den første er transformatorens nøytralpunktjording. Denne beskyttelsesforanstaltningen forhindrer at spenningen ved nøytralpunktet drifter på grunn av ubalansert trefasebelastning under transformator drift, noe som gjør det mulig for beskyttelsesenheter å utløse raskt og redusere kortslutningsstrømmer. Dette regnes som funksjonell jording for transformator. Den andre foranstaltningen er jording av transformatorjernkjerne og klamper.

Denne beskyttelsen forhindrer at induerte spenninger oppstår på overflaten av kjernen og klampene på grunn av interne magnetfelt under drift, noe som kan føre til delvis sladdfeil. Dette regnes som beskyttende jording for transformator. For å sikre trygg og pålitelig transformator drift, analyserer og optimiserer denne artikkelen jordemetoder spesielt for transformatorjernkjerne og klamper.

1. Viktigheten av jernkjerne- og klampjording

De viktigste interne komponentene i en transformator inkluderer: vindinger, jernkjerne, og klamper. Vindinger danner elektrisk krets i transformator, jernkjernen danner magnetisk krets, og klamper brukes hovedsakelig for å fastholde vindinger og silisijernplater i kjernen. Under normal drift genererer primær- og sekundærspoler magnetfelt når strøm passerer gjennom dem. I dette magnetiske miljøet utvikler overflaten av kjernen og klampene induerte spenninger. 

Når styrken av magnetfeltet øker, vokser magnetflaks gradvis større, noe som fører til at induerte spenninger stiger progressivt. På grunn av ujevn fordeling av magnetfeltet, skaper ikke-uniforme induerte spenninger potensielle forskjeller, noe som fører til kontinuerlig sladding på overflaten av kjernen og klampene, noe som fører til interne transformatorfeil. Denne spenningen som forårsaker interne sladdfeil i transformatorer kalles "flytende spenning." Derfor må transformatorjernkjerne og klamper være jordet på ett punkt under drift for å redusere og eliminere induerte spenninger.

Ved jording av transformatorjernkjerne og klamper, er bare ett jordingspunkt tillatt for å unngå sirkulerende strømmer mellom kjernen og klampene. Hvis det finnes to eller flere jordingspunkter, vil potensielle forskjeller føre til sirkulerende strømmer mellom kjernen og klampene, noe som fører til abnormale temperaturøkninger inne i transformator. Dette skader direkte interne solide isoleringer og forhaster aldring av isoleringsolje, noe som påvirker den normale tjenestetiden til transformator.

2. Jordemetoder for jernkjerne og klamper samt optimeringsmetoder

I dagens kinesiske transformatordesign blir jernkjerne- og klampjording hovedsakelig oppnådd ved å lede forbindelser gjennom små busser eller isolerte bulte til transformatortankens ytre side før jording. Denne jordemetoden er videre delt inn i to metoder:

Den første jordemetoden (Figur 1) kobler jernkjerne og klamper gjennom busser eller isolerte bulte, og deretter kortslutter dem direkte sammen før jording. Under normal transformator drift viser denne jordemetoden tre strømveier, merket I1, I2, og I3:

• I1: Kjerne → Jordingskontakt → Jorde

• I2: Klamper → Jordingskontakt → Jorde

• I3: Kjerne → Jordingskontakt → Jorde → Klamper

Den andre jordemetoden (Figur 2) leder jernkjerne og klamper gjennom busser eller isolerte bulte til separate jordingspunkter. Denne jordemetoden viser også tre strømveier under normal drift:

• I1: Kjerne → Kjerne jordingspunkt → Jorde

• I2: Klamper → Klampe jordingspunkt → Jorde

• I3: Kjerne → Kjerne jordingspunkt → Jorde → Klampe jordingspunkt → Klamper

Av de to nevnte jordemetodene, representerer induerte jordingsstrømmer I1 og I2 normale forhold. Imidlertid skiller den induerte jordingsstrømmen I3 seg betydelig:

I jordemetoden vist i figur 1, flyter den induerte strømmen gjennom banen: kjerne → jordingskontakt → klamper, noe som skaper en "sirkulerende strøm" mellom transformatorjernkjerne og klamper. Under varmeeffekten av denne strømmen øker den interne temperaturen i transformator abnormt. Høy temperatur forårsaker direkte nedbryting av solide isoleringer og forhaster aldring av isoleringsolje. I tillegg, på grunn av påvirkningen av sirkulerende strøm, kan online overvåkingssystemer ikke måle jordingsstrømmer for jernkjerne og klamper nøyaktig, noe som fører til feildiagnose når utstyrsfeil oppstår. Derfor har den første jordemetoden betydelige ulemper.

I motsetning til dette, leder jordemetoden vist i figur 2 den induerte strømmen gjennom: kjerne → kjerne jord → jorde → klampe jord → klamper. Ettersom strømmen passerer gjennom høyresistiv jorde, kan ingen "sirkulerende strøm" dannes mellom kjernen og klampene. Dette forhindrer abnorm temperaturøkning i transformator og lar online overvåkingssystemer måle jordingsstrømmer for både kjerne og klamper nøyaktig (ifølge DL/T 596-2021 Power Preventive Test Code, må ikke kjerne jordingsstrømmen overstige 0,1 A og klampe jordingsstrømmen overstige 0,3 A under transformator drift). Dette gir pålitelig bevis for å bestemme om det eksisterer interne feil i transformator.

For xx-223000/500 no-excitation voltage regulating power transformer, er jernkjerne og klamper jordet ved hjelp av metoden vist i figur 1, noe som gir flere driftsutfordringer:

(1) Under drift, dannes en "sirkulerende strøm" lett mellom den interne kjernen og klampene. Varme effekten fører til abnorme temperaturøkninger, noe som forskynder nedbryting av solide isoleringer og aldring av isoleringsolje, noe som reduserer transformatorens tjenestetid.

(2) På grunn av "sirkulerende strøm" kan online overvåkingssystemer ikke måle jordstrømmene i kjernen og klemmene nøyaktig, noe som gjør det umulig å gi konklusiv bevis for å fastslå interne feil.

(3) De induksjonerte jordstrømmene i kjernen og klemmene kan kontinuerlig måles og sammenlignes med lekkasjestrømmene overvåket av online-systemet for å verifisere overvåkingssystemets nøyaktighet.

(4) Under vedlikehold og reparasjon av transformator, når isolasjonsmotstand mellom kjerne/klemme og jord måles, må eksterne jordforbindelser kobles fra. Siden denne transformatormodellen bruker M10 kobberbolter (isolert fra jord) for tilkobling av kjerne og klemme, som har utmerket ledningsevne men lav mekanisk styrke og er utsatt for brudd. Under feltoperasjoner kan begrenset rom og ubalanserte krefter lett føre til at kobberboltene bryter. Gitt transformatorens kompakte indre struktur, krever behandling av denne feilen løfting av tanklokka for erstatning, noe som påvirker normale vedlikeholdsperioder og driftseffektivitet.

Med hensyn på disse fire problemene, for å sikre nøyaktig deteksjon av de induksjonerte jordstrømmene i kjerne og klemme under drift, forlenge transformatorens levetid, eliminere "sirkulerende strøm" og unngå at vedlikeholdsoperasjoner forårsaker skader som utvider reperasjonsomfanget, anbefales det å optimalisere transformatorens metode for jording av kjerne og klemme fra Figur 1-konfigurasjonen til Figur 2-konfigurasjonen.

3.Konklusjon

Gjennom detaljert introduksjon av transformatorers indre komponenter og funksjoner, sammen med vitenskapelig analyse av utslippfeil som oppstår under drift, har modifikasjoner av defekte deler blitt vellykket implementert. Dette tilnærmingen oppnår forlenget levetid for utstyr, forbedret sikkerhet i kraftnett og reduserte vedlikeholdsutgifter for utstyr.