Optimizacija metoda zemljisanja jezgra i klampa transformatora snage

Mere zaštite transformatora od zemljanja se dele na dve vrste: Prva je zemljenje neutralne tačke transformatora. Ova mera zaštite sprečava odstupanje napona u neutralnoj tački uzrokovano nesimetričnom opterećenjem tri faze tokom rada transformatora, omogućavajući brzo iskakanje uređaja za zaštitu i smanjujući strujne krugove kratkog spoja. Ovo se smatra funkcionalnim zemljenjem transformatora. Druga mera je zemljenje jezgra i klampi transformatora.

Ova zaštita sprečava razvoj indukovanih napona na površinama jezgra i klampi izazvanih unutrašnjim magnetnim poljima tokom rada, što bi moglo dovesti do grešaka parcijalnog iskapanja. Ovo se smatra zaštitnim zemljenjem transformatora. Da bi se osigurala bezbedna i pouzdana operacija transformatora, ovaj članak analizira i optimizuje metode zemljenja specifično za jezgra i klampe transformatora.

1. Važnost zemljenja jezgra i klampi

Glavni unutrašnji komponenti transformatora uključuju: vitiče, jezgro i klampe. Vitići formiraju električnu kolačicu transformatora, jezgro čini magnetnu kolačicu, a klampe su uglavnom koriscene za fiksiranje vitiča i silicijskih željezničkih listova jezgra. Toku normalne operacije, primarni i sekundarni vitići generišu magnetna polja kada kroz njih prođe struja. U ovom magnetnom okruženju, indukovani naponi se razvijaju na površinama jezgra i klampi. 

Kako se jačina magnetnog polja povećava, magnetni fluks postaje sve veći, dovodeći do postepenog porasta indukovanih napona. Zbog neuniformne distribucije magnetnog polja, neuniformni indukovani naponi stvaraju potencijalne razlike, što dovodi do kontinuiranog iskapanja na površinama jezgra i klampi, što dovodi do unutrašnjih grešaka transformatora. Napon koji dovodi do unutrašnjih grešaka iskapanja u transformatorima naziva se "plivajući napon." Stoga, tijekom rada, jezgro i klampe transformatora moraju biti zemljene na jednoj tački kako bi se smanjili i eliminisali indukovani naponi.

Pri zemljenju jezgra i klampi transformatora, dopuštena je samo jedna tačka zemljenja kako bi se sprecio cirkulacioni tokovi između jezgra i klampi. Ako postoji dve ili više tačaka zemljenja, potencijalne razlike će dovesti do cirkulacionih tokova između jezgra i klampi, što dovodi do abnormalnog povećanja temperature unutar transformatora. To direktno oštećuje unutrašnju čvrstu izolaciju i ubrzava staranje izolacijskog ulja, utičući na normalnu životnu vreme transformatora.

2. Metode zemljenja jezgra i klampi i pristupi optimizaciji

U trenutnim dizajnima transformatora u Kini, zemljenje jezgra i klampi uglavnom se ostvaruje prebacivanjem veza kroz male presice ili izolovane boltove na spoljnu stranu rezervoara transformatora pre zemljenja. Ovaj pristup zemljenja dalje se deli na dve metode:

Prva metoda zemljenja (Slika 1) povezuje jezgro i klampe preko presica ili izolovanih boltova, a zatim ih direktno krati skupa pre zemljenja. Tijekom normalne operacije transformatora, ova metoda zemljenja pokazuje tri putanje toka struje, označene kao I1, I2 i I3:

• I1: Jezgro → Terminal zemljenja → Zemlja

• I2: Klampe → Terminal zemljenja → Zemlja

• I3: Jezgro → Terminal zemljenja → Zemlja → Klampe

Druga metoda zemljenja (Slika 2) prebacuje jezgro i klampe preko presica ili izolovanih boltova na odvojene tačke zemljenja. Ova metoda zemljenja takođe pokazuje tri putanje toka struje tijekom normalne operacije:

• I1: Jezgro → Tačka zemljenja jezgra → Zemlja

• I2: Klampe → Tačka zemljenja klampi → Zemlja

• I3: Jezgro → Tačka zemljenja jezgra → Zemlja → Tačka zemljenja klampi → Klampe

Od dve navedene metode zemljenja, indukovani tokovi zemljenja I1 i I2 predstavljaju normalne uslove. Međutim, indukovani tok zemljenja I3 značajno se razlikuje:

U metodi zemljenja prikazanoj na Slici 1, indukovani tok teče putanjom: jezgro → terminal zemljenja → klampe, stvarajući "cirkulacioni tok" između jezgra i klampi transformatora. Pod termičkim efektom ovog toka, unutrašnja temperatura transformatora anormalno se povećava. Visoka temperatura direktno dovodi do degradacije čvrste izolacije i starjenja izolacijskog ulja. Takođe, zbog uticaja cirkulacionog toka, sistemi za online nadzor ne mogu precizno meriti tokove zemljenja jezgra i klampi, što dovodi do pogrešnog dijagnoziranja kada se javi greška na opremi. Stoga, prva metoda zemljenja ima značajne nedostatke.

Na suprotnoj strani, metoda zemljenja prikazana na Slici 2 preusmjerava indukovani tok putanjom: jezgro → zemlja jezgra → zemlja → zemlja klampi → klampe. Budući da tok prođe kroz visokouprugu zemlju, ne može se formirati "cirkulacioni tok" između jezgra i klampi. Ovo sprečava anormalno povećanje temperature transformatora i omogućava sistemima za online nadzor precizno merenje tokova zemljenja oba jezgra i klampi (prema DL/T 596-2021 Pravilnik za preventivne testove snage, tok zemljenja jezgra ne sme preći 0,1 A, a tok zemljenja klampi ne sme preći 0,3 A tokom rada transformatora). To pruža pouzdan dokaz za određivanje da li postoje unutrašnje greške unutar transformatora.

Za xx-223000/500 transformator beznaponske regulacije, jezgro i klampe su zemljene metodom prikazanom na Slici 1, što dovodi do nekoliko problema u radu:

(1) Tijekom rada, lako se formira "cirkulacioni tok" između unutrašnjeg jezgra i klampi. Termički efekt dovodi do anormalnog povećanja temperature, ubrzava degradaciju čvrste izolacije i starjenje izolacijskog ulja, smanjujući životnu vreme transformatora.

(2) Uticajem "cirkulacionog toka" sistemi za online nadzor ne mogu tačno meriti tokove zemljišta jezgra i klipa, što čini nemogućim pružanje zaključnih dokaza za određivanje unutrašnjih kvarova.

(3) Indukovani tokovi zemljišta jezgra i klipa mogu se kontinualno meriti i upoređivati sa tokovima curenja kojima praćenjem sistem za online nadzor kako bi se verifikovala tačnost sistema za nadzor.

(4) Tijekom održavanja i popravka transformatora, prilikom merenja otpornosti izolacije između jezgra/klipa i zemljišta, vanjski vodiči za zemljenje moraju biti odspojeni. Budući da ovaj model transformatora koristi M10 bakrene vijake (izolirane od zemljišta) za povezivanje jezgra i klipa, koji imaju odličnu provodljivost, ali nisku mehaničku čvrstoću i podložni su lomanju. Tijekom terenskih operacija, ograničeni prostori i nebalansirane sile lako mogu dovesti do loma bakrenih vijaka. Uzimajući u obzir kompaktnu unutrašnju strukturu transformatora, ispravljanje ovog kvara zahtijeva podizanje poklopca rezervoara radi zamene, što utiče na normalne cikluse održavanja i operativnu efikasnost.

Uzimajući u obzir ove četiri problema, kako bi se osiguralo tačno detektovanje indukovanih tokova zemljišta jezgra i klipa tijekom rada, produžio životni vijek transformatora, eliminisali "cirkulacione tokove" i sprečili oštećenja tijekom održavanja koji proširuju opseg popravka, preporučuje se optimizacija metode zemljenja jezgra i klipa transformatora od konfiguracije prikazane na Slici 1 na konfiguraciju prikazanu na Slici 2.

3.Zaključak

Kroz detaljno uvođenje unutrašnjih komponenata i funkcija transformatora, zajedno sa znanstvenom analizom kvarova različitih razležaja tijekom rada, uspešno su implementirane modifikacije defektnih dijelova. Ovaj pristup postiže produženje životnog vijeka opreme, poboljšanje sigurnosti mreže i smanjenje troškova održavanja opreme.