Optimizacija metode zazemljanja jedra in klampov transformatorja

Varne ukrepe za zemljenje transformatorja so razdeljeni na dva tipa: prvi je zemljenje neutralne točke transformatorja. Ta varnostni ukrep preprečuje odklon napetosti na neutralni točki zaradi neravnovesja trofaznega obremenitve med delovanjem transformatorja, omogoča hitro odpaljanje varnostnih naprav in zmanjša strmi tokove. To se šteje za funkcionalno zemljenje transformatorja. Drugi ukrep je zemljenje jedra in priklopov transformatorja.

Ta varnost preprečuje nastanek induciranih napetosti na površinah jedra in priklopov zaradi notranjih magnetnih polj med delovanjem, kar bi lahko vodilo do delnih izbojkov. To se šteje za zaščitno zemljenje transformatorja. Za zagotavljanje varnega in zanesljivega delovanja transformatorja ta članek analizira in optimizira metode zemljenja specifično za jedro in priklope transformatorja.

1.Pomembnost zemljenja jedra in priklopov

Glavni notranji komponenti transformatorja vključujejo: ovije, jedro in priklope. Ovije tvorijo električno vez transformatorja, jedro sestavlja magnetno vez, priklopi pa se predvsem uporabljajo za fiksiranje ovij in silikatnih železov jedra. Med normalnim delovanjem generirata primarni in sekundarni čevlji magnetna polja, ko skozi njih tečejo tokovi. V tem magnetnem okolju se na površinah jedra in priklopov razvijajo inducirane napetosti. 

Ko se moč magnetnega polja poveča, se postopoma poveča tudi magnetni tok, kar vodi k postopnemu naraščanju induciranih napetosti. Zaradi neravnomernega razporeditve magnetnega polja ustvarijo neravnomerne inducirane napetosti potencialne razlike, kar vodi do zveznega izbojka na površinah jedra in priklopov, kar povzroča notranje napake v transformatorju. Ta napetost, ki povzroča notranje izbojke v transformatorju, se imenuje "plavajoča napetost." Zato morata med delovanjem jedro in priklopi transformatorja biti zazemljeni na eno točko, da se zmanjšajo in odstranijo inducirane napetosti.

Pri zemljenju jedra in priklopov transformatorja je dovoljena le ena zemljenjska točka, da se preprečijo cirkulirajoči tokovi med jedrom in priklopi. Če obstaja dve ali več zemljenjskih točk, bodo potencialne razlike povzročile cirkulirajoče tokove med jedrom in priklopi, kar bo vodilo do nenormalnega povečanja temperature znotraj transformatorja. To neposredno poškoduje notranje trdne izolacije in pospešuje staranje izolacijskega olja, kar vpliva na normalen uporabni življenjski čas transformatorja.

2. Metode zemljenja jedra in priklopov ter pristopi k optimizaciji

V trenutnih dizajniranjih transformatorjev v Kitajski se zemljenje jedra in priklopov predvsem doseže z vzpostavitvijo povezav skozi majhne utrditve ali izolirane vtičnice do zunanjosti rezervoarja transformatorja, preden se zazemlita. Ta pristop k zemljenju je dodatno razdeljen na dva načina:

Prvi način zemljenja (Slika 1) povezuje jedro in priklope skozi utrditve ali izolirane vtičnice, nato pa jih neposredno krati skupaj pred zemljenjem. Med normalnim delovanjem transformatorja ta način zemljenja prikazuje tri poti pretoka tokov, označene kot I1, I2 in I3:

• I1: Jedro → Zemljenjska točka → Zemlja

• I2: Priklopi → Zemljenjska točka → Zemlja

• I3: Jedro → Zemljenjska točka → Zemlja → Priklopi

Drugi način zemljenja (Slika 2) povezuje jedro in priklope skozi utrditve ali izolirane vtičnice na ločene zemljenjske točke. Ta način zemljenja tudi prikazuje tri poti pretoka tokov med normalnim delovanjem:

• I1: Jedro → Zemljenjska točka jedra → Zemlja

• I2: Priklopi → Zemljenjska točka priklopov → Zemlja

• I3: Jedro → Zemljenjska točka jedra → Zemlja → Zemljenjska točka priklopov → Priklopi

Med omenjenima dvema načinoma zemljenja predstavljata inducirana zemljenjska tokova I1 in I2 normalne razmere. Vendar pa se značilno razlikuje induciran zemljenjski tok I3:

V načinu zemljenja, prikazanem na Sliki 1, inducirani tok teče skozi pot: jedro → zemljenjska točka → priklopi, kar ustvari "cirkulirajoči tok" med jedrom in priklopi transformatorja. Pod vplivom toplotnega učinka tega toka se notranja temperatura transformatorja nenormalno poveča. Visoka temperatura neposredno povzroči degradacijo trdne izolacije in staranje izolacijskega olja. Poleg tega, zaradi vpliva cirkulirajočega toka, ne morejo online nadzorne sistemi natančno meriti zemljenjskih tokov jedra in priklopov, kar vodi do napačne diagnoze ob pojavu napak opreme. Zato ima prvi način zemljenja značilne pomanjkljivosti.

Na drugi strani, način zemljenja, prikazan na Sliki 2, usmerja inducirani tok skozi: jedro → zemljenjska točka jedra → zemlja → zemljenjska točka priklopov → priklopi. Ker tok teče skozi viskokohziontno zemljo, se ne more formirati "cirkulirajoči tok" med jedrom in priklopi. To prepreči nenormalno povečanje temperature v transformatorju in omogoča, da online nadzorne sistemi natančno meritve zemljenjskih tokov jedra in priklopov (po DL/T 596-2021 Preventivne preskusne kode za energijo, zemljenjski tok jedra ne sme presegati 0,1 A in zemljenjski tok priklopov ne sme presegati 0,3 A med delovanjem transformatorja). To priskrbi zanesljivi dokaz za določanje, ali obstajajo notranje napake v transformatorju.

Za xx-223000/500 breznaporni regulabilni transformator se jedro in priklopi zazemlita z uporabo metode, prikazane na Sliki 1, kar povzroča nekaj operativnih težav:

(1) Med delovanjem se lažje formira "cirkulirajoči tok" med notranjim jedrom in priklopi. Toplotni učinek povzroča nenormalno povečanje temperature, pospešuje degradacijo trdne izolacije in staranje izolacijskega olja, kar zmanjša življenjski čas transformatorja.

(2) Zaradi vpliva "toka cikla" on-line nadzorni sistemi ne morejo točno meriti tokov taljenja jedra in stiskal, kar onemogoča zagotavljanje zaključnega dokaza za določanje notranjih napak.

(3) Toki taljenja, ki so izvedeni iz jedra in stiskal, se lahko neprekinjeno meritve in primerjajo z toki iztekanja, ki jih nadzoruje on-line sistem, da bi preverili natančnost nadzornega sistema.

(4) Med vzdrževanjem in popravkom transformatorja, ko se meri izolacijska upornost med jedrom/stiskali in talo, je treba odvzeti zunanje povezave taljenja. Ker ta model transformatorja uporablja M10 bakrene vintne glave (izolirane od tala) za povezave med jedrom in stiskali, ki imajo odlično prevodnost, a nizko mehansko trdoto in so podvržene lomu. V polju lahko omejeni prostori in neravnotežni sili hitro povzročijo lom bakrenih vintnih glav. Zaradi kompaktnega notranjega strukturnega oblikovanja transformatorja, ta napaka zahteva dviganje pokrova rezervoara za zamenjavo, kar vpliva na običajne cikle vzdrževanja in operativno učinkovitost.

Ob upoštevanju teh štirih problemov, da bi se zagotovila točna zaznavanje induciranih tokov taljenja jedra in stiskal med delovanjem, podaljšana življenjska doba transformatorja, odstranitev "tokov cikla" in preprečevanje poškodb zaradi vzdrževalnih operacij, ki lahko razširijo obseg popravkov, se priporoča optimizacija metode taljenja jedra in stiskal transformatorja od konfiguracije Slika 1 do konfiguracije Slika 2.

3.Zaključek

S podrobno predstavitevnotranjih komponent in funkcij transformatorja ter znanstveno analizo napak izpustov, ki se pojavljajo med delovanjem, so bile uspešno izvedene spremembe defektne opreme. Ta pristop doseže podaljšano življenjsko dobo opreme, izboljšano varnost električne mreže in zmanjšane stroške vzdrževanja opreme.