Оптимізація методів заземлення для ядра та стяжок силового трансформатора

Захисні заходи заземлення трансформатора поділяються на два типи: Перший - це заземлення нейтральної точки трансформатора. Цей захисний захід запобігає зміщенню напруги нейтральної точки через несприйнятну балансування навантаження трьохфазного струму під час роботи трансформатора, дозволяючи захисним пристроям швидко відключатися і зменшуючи короткозамкнення струми. Це вважається функціональним заземленням для трансформатора. Другий захід - це заземлення серцевини та зажимів трансформатора.

Цей захист запобігає появи викликаних напруг на поверхнях серцевини і зажимів через внутрішні магнітні поля під час роботи, що може призвести до часткових випадків вибуху. Це вважається захисним заземленням для трансформатора. Для забезпечення безпечного та надійного функціонування трансформатора, ця стаття аналізує та оптимізує методи заземлення спеціально для серцевини та зажимів трансформатора.

1. Важливість заземлення серцевини та зажимів

Основні внутрішні компоненти трансформатора включають: обмотки, серцевину та зажими. Обмотки формують електричну схему трансформатора, серцевина складає магнітну схему, а зажими використовуються переважно для закріплення обмоток і кремнєво-сталевих пластин серцевини. Під час нормальної роботи, первинні та вторинні обмотки генерують магнітні поля, коли через них проходить струм. У цьому магнітному середовищі, викликані напруги з'являються на поверхнях серцевини та зажимів. 

По мірі зростання магнітного поля, магнітний потік поступово збільшується, що призводить до зростання викликаних напруг. Через нерівномірне розподілення магнітного поля, нерівномірні викликані напруги створюють різницю потенціалів, що призводить до постійних випадків вибуху на поверхнях серцевини та зажимів, що призводить до внутрішніх випадків трансформатора. Ця напруга, яка призводить до внутрішніх випадків вибуху в трансформаторах, називається "плаваючою напругою". Тому, під час роботи, серцевина та зажими трансформатора повинні бути заземлені в одній точці, щоб зменшити та усунути викликані напруги.

При заземленні серцевини та зажимів трансформатора, дозволяється лише одна точка заземлення, щоб запобігти циркулюванню струмів між серцевиною та зажимами. Якщо існує дві або більше точок заземлення, різниця потенціалів спричинить циркулювання струмів між серцевиною та зажимами, що призведе до аномального підвищення температури всередині трансформатора. Це безпосередньо шкодить внутрішній твердій ізоляції та прискорює старіння ізоляційного масла, що впливає на нормальну службову довговічність трансформатора.

2. Методи заземлення серцевини та зажимів та підходи до оптимізації

У сучасних конструкціях трансформаторів в Китаї, заземлення серцевини та зажимів в основному досягається через проводження з'єднань через маленькі втулки або ізольовані болти до зовнішньої сторони корпусу трансформатора перед заземленням. Цей підхід до заземлення поділяється на два методи:

Перший метод заземлення (Рисунок 1) з'єднує серцевину та зажими через втулки або ізольовані болти, а потім прямо замикати їх разом перед заземленням. Під час нормальної роботи трансформатора, цей метод заземлення демонструє три шляхи струму, позначені I1, I2, і I3:

• I1: Серцевина → Точка заземлення → Земля

• I2: Зажими → Точка заземлення → Земля

• I3: Серцевина → Точка заземлення → Земля → Зажими

Другий метод заземлення (Рисунок 2) проводить серцевину та зажими через втулки або ізольовані болти до окремих точок заземлення. Цей метод заземлення також демонструє три шляхи струму під час нормальної роботи:

• I1: Серцевина → Точка заземлення серцевини → Земля

• I2: Зажими → Точка заземлення зажимів → Земля

• I3: Серцевина → Точка заземлення серцевини → Земля → Точка заземлення зажимів → Зажими

З двох методів заземлення, які були згадані вище, викликані струми I1 і I2 представляють нормальні умови. Однак, викликаний струм I3 відрізняється значно:

У методі заземлення, показаному на Рисунку 1, викликаний струм проходить шлях: серцевина → точка заземлення → зажими, створюючи "циркулюючий струм" між серцевиною та зажимами трансформатора. За термічного ефекту цього струму, внутрішня температура трансформатора аномально зростає. Висока температура безпосередньо призводить до вироблення твердої ізоляції та старіння ізоляційного масла. Крім того, через вплив циркулюючого струму, онлайн системи моніторингу не можуть точно вимірювати струми заземлення серцевини та зажимів, що призводить до невірної діагностики при виникненні випадків обладнання. Тому, перший метод заземлення має значні недоліки.

Наприкінці, метод заземлення, показаний на Рисунку 2, проводить викликаний струм через: серцевина → заземлення серцевини → земля → заземлення зажимів → зажими. Оскільки струм проходить через високоопорний землю, немає "циркулюючого струму" між серцевиною та зажимами. Це запобігає аномальному підвищенню температури в трансформаторі та дозволяє онлайн системам моніторингу точно вимірювати струми заземлення серцевини та зажимів (відповідно до DL/T 596-2021 Енергетичний код профілактичних випробувань, струм заземлення серцевини не повинен перевищувати 0,1 А, а струм заземлення зажимів - 0,3 А під час роботи трансформатора). Це надає надійні докази для визначення, чи існують внутрішні випадки в трансформаторі.

Для xx-223000/500 безстрічкового регулювання напруги, серцевина та зажими заземлені методом, показаним на Рисунку 1, що викликає ряд проблем під час роботи:

(1) Під час роботи, легко утворюється "циркулюючий струм" між внутрішньою серцевиною та зажимами. Термічний ефект призводить до аномального підвищення температури, прискорюючи вироблення твердої ізоляції та старіння ізоляційного масла, що зменшує службову довговічність трансформатора.

(2) Завдяки впливу "циркулюючого струму" системи онлайн-моніторингу не можуть точно вимірювати заземлюючі струми ядра та зажимів, що робить неможливим надання вичерпних доказів для визначення внутрішніх дефектів.

(3) Викликані заземлюючі струми ядра та зажимів можна постійно вимірювати та порівнювати з струмами утечки, що моніторяться системою онлайн, для перевірки точності системи моніторингу.

(4) Під час технічного обслуговування та ремонту трансформатора, при вимірюванні опору ізоляції між ядром/зажимами та землею, зовнішні заземлюючі проводники повинні бути відключені. Оскільки ця модель трансформатора використовує медні болти M10 (ізольовані від землі) для з'єднання ядра та зажимів, які мають відмінну провідність, але низьку механічну міцність і схильні до розриву. Під час полівних робіт, обмежені простори та нерівномірні сили легко можуть призвести до розриву медних болтів. враховуючи компактну внутрішню структуру трансформатора, вирішення цієї несправності потребує підйому кришки резервуара для заміни, що впливає на нормальні цикли обслуговування та ефективність роботи.

Враховуючи ці чотири питання, для забезпечення точного виявлення викликаних заземлюючих струмів ядра та зажимів під час роботи, продовження терміну служби трансформатора, усунення "циркулюючих струмів" та запобігання тому, щоб операції з технічним обслуговуванням не призводили до поширення ремонтних робіт, рекомендується оптимізувати метод заземлення ядра та зажимів трансформатора з конфігурації, показаної на рис. 1, до конфігурації, показаної на рис. 2.

3.Висновок

Шляхом детального ознайомлення з внутрішніми компонентами та функціями трансформатора, а також наукового аналізу випадкових дефектів, що виникають під час роботи, успішно впроваджені модифікації дефектних частин. Цей підхід дозволяє продовжити термін служби обладнання, підвищити безпеку електромережі та знизити витрати на обслуговування обладнання.