Optimering av jordningsmetoder för krafttransformatorernas kärna och klampar

Skyddsmått för transformatorjordning delas in i två typer: Den första är jordning av transformatorns neutralpunkt. Detta skyddsmått förhindrar drift av neutralpunktsvoltage orsakad av ojämn belastning mellan de tre faserna under transformatorns drift, vilket möjliggör snabb utlösning av skyddssystem och minskar kortslutningsströmmar. Detta anses vara funktionsmässig jordning för transformatorn. Det andra måttet är jordning av transformatorns kärna och klampar.

Detta skydd förhindrar inducerade spänningar på ytan av kärnan och klamparna till följd av interna magnetfält under drift, vilket kan leda till partiella utsläppsfel. Detta anses vara skyddsmässig jordning för transformatorn. För att säkerställa säker och pålitlig drift av transformatorn analyserar och optimiserar denna artikel specifikt jordningsmetoder för transformatorernas kärnor och klampar.

1.Betydelsen av kärna- och klamphjordning

De huvudsakliga interna komponenterna i en transformator inkluderar: vindingsarrangemang, kärna och klampar. Vindingsarrangemangen bildar transformatorns elektriska krets, kärnan utgör den magnetiska kretsen, och klamparna används huvudsakligen för att fasthålla vindingsarrangemangen och siliciumstålplattorna i kärnan. Under normal drift genererar primära och sekundära spolar magnetfält när ström passerar genom dem. I detta magnetiska miljö uppstår inducerade spänningar på ytan av kärnan och klamparna. 

När styrkan på det magnetiska fältet ökar, växer magnetflödet gradvis, vilket gör att inducerade spänningar stiger progressivt. På grund av ojämn fördelning av det magnetiska fältet skapar icke-uniforma inducerade spänningar potentialskillnader, vilket resulterar i kontinuerliga utsläpp på ytan av kärnan och klamparna, vilket leder till interna transformatorfel. Denna spänning som orsakar interna utsläppsfel i transformatorer kallas "flytande spänning." Därför måste kärnan och klamparna i transformatorn under drift jordnas vid en enda punkt för att minska och eliminera inducerade spänningar.

När man jordnar transformatorns kärna och klampar är endast ett jordningspunkt tillåtet för att förhindra cirkulerande strömmar mellan kärnan och klamparna. Om två eller flera jordningspunkter existerar, kommer potentialskillnader att orsaka cirkulerande strömmar mellan kärnan och klamparna, vilket leder till abnorma temperaturökningar inuti transformatorn. Detta skadar direkt den interna fasta isoleringen och förvärrar åldringen av isoleringsoljan, vilket påverkar den normala serviceleken för transformatorn.

2. Jordningsmetoder för kärna och klampar samt optimeringsmetoder

I dagens kinesiska transformatordesigner uppnås kärna- och klamphjordning huvudsakligen genom att röra anslutningar genom små buskningar eller isolerade muttrar till transformatorns tank utanför innan de jordnas. Denna jordningsmetod delas ytterligare in i två metoder:

Den första jordningsmetoden (Figur 1) ansluter kärnan och klamparna genom buskningar eller isolerade muttrar, sedan kortsluts dem tillsammans innan de jordnas. Under normal transformatordrift visar denna jordningsmetod tre strömförselningsvägar, märkta I1, I2 och I3:

• I1: Kärna → Jordningskontakt → Jorden

• I2: Klampar → Jordningskontakt → Jorden

• I3: Kärna → Jordningskontakt → Jorden → Klampar

Den andra jordningsmetoden (Figur 2) rör kärnan och klamparna genom buskningar eller isolerade muttrar till separata jordningspunkter. Denna jordningsmetod visar också tre strömförselningsvägar under normal drift:

• I1: Kärna → Jordningspunkt för kärna → Jorden

• I2: Klampar → Jordningspunkt för klampar → Jorden

• I3: Kärna → Jordningspunkt för kärna → Jorden → Jordningspunkt för klampar → Klampar

Av de två jordningsmetoder som nämns ovan representerar de inducerade jordningsströmmarna I1 och I2 normala förhållanden. Men den inducerade jordningsströmmen I3 skiljer sig markant:

I den jordningsmetod som visas i figur 1, flyter den inducerade strömmen genom vägen: kärna → jordningskontakt → klampar, vilket skapar en "cirkulerande ström" mellan transformatorns kärna och klampar. Under strömmens termiska effekt ökar den interna temperaturen i transformatorn abnormalt. Hög temperatur orsakar direkt nedbrytning av den fasta isoleringen och åldring av isoleringsoljan. Dessutom, på grund av cirkulerande ströms inflytande, kan onlineövervakningssystem inte korrekt mäta jordningsströmmarna för kärnan och klamparna, vilket leder till felbedömningar när utrustningsfel inträffar. Därför har den första jordningsmetoden betydande nackdelar.

I kontrast, rör den jordningsmetod som visas i figur 2 den inducerade strömmen genom: kärna → kärnjordning → jorden → klampjordning → klampar. Eftersom strömmen passerar genom högresistiv jord, kan ingen "cirkulerande ström" bilda sig mellan kärnan och klamparna. Detta förhindrar abnorm temperaturhöjning i transformatorn och möjliggör för onlineövervakningssystem att exakt mäta jordningsströmmarna för både kärna och klampar (enligt DL/T 596-2021 Power Preventive Test Code, får kärnjordningsströmmen inte överstiga 0.1 A och klampjordningsströmmen får inte överstiga 0.3 A under transformatorns drift). Detta ger tillförlitliga bevis för att avgöra om det finns interna fel i transformatorn.

För xx-223000/500 no-excitation voltage regulating power transformer, jordnas kärnan och klamparna med metoden som visas i figur 1, vilket ger flera driftproblem:

(1) Under drift bildas en "cirkulerande ström" lätt mellan den interna kärnan och klamparna. Termisk effekt orsakar abnorma temperaturhöjningar, vilket accelererar nedbrytningen av den fasta isoleringen och åldringen av isoleringsoljan, vilket minskar transformatorns livslängd.

(2) På grund av påverkan av "cirkulerande ström" kan onlineövervakningssystem inte mäta grundströmmar för kärnan och klamparna med tillräcklig noggrannhet, vilket gör det omöjligt att ge konklusiv bevisning för att fastställa inre fel.

(3) Den inducerade grundströmmen för kärnan och klamparna kan mätas kontinuerligt och jämföras med läckageströmmar som övervakas av online-systemet för att verifiera övervakningssystemets noggrannhet.

(4) Vid underhåll och reparation av transformatorer, när isolationsresistans mäts mellan kärna/klamper och jord, måste externa jordningsledningar kopplas bort. Eftersom denna transformatormodell använder M10-kopparbultar (isoleras från jorden) för anslutning av kärna och klamper, vilka har utmärkt ledningsförmåga men låg mekanisk styrka och är sårbara för bristning. Under fältarbete kan begränsad utrymmes- och obalanserade krafter enkelt orsaka fraktur av kopparbultar. Med tanke på transformatorns kompakta inre struktur krävs det att tanklocket lyfts för ersättning, vilket påverkar normala underhållscykler och driftseffektivitet.

Med hänsyn tagen till dessa fyra problem, för att säkerställa korrekt mätning av den inducerade grundströmmen för kärna och klamper under drift, förlänga transformatorernas livslängd, eliminera "cirkulerande strömmar" och förhindra att underhållsåtgärder orsakar skador som ökar reparationens omfattning, rekommenderas det att optimera transformatorns jordningsmetod för kärna och klamper från figur 1 till figur 2-konfiguration.

3.Slutord

Genom en detaljerad introduktion av transformatorns interna komponenter och funktioner, tillsammans med vetenskaplig analys av utsläppsfel som uppstår under drift, har modifieringar av defekta delar framgångsrikt genomförts. Denna metod uppnår en förlängd utrustningslivslängd, förbättrad elnätssäkerhet och minskade underhållskostnader för utrustningen.