Życie transformatora zmniejsza się o połowę przy każdym 8°C wzrostu? Zrozumienie mechanizmów starzenia termicznego

Czas, przez który transformator może działać normalnie pod znamionowym napięciem i obciążeniem, nazywany jest żywotnością transformatora. Materiały wykorzystywane do produkcji transformatorów dzielą się na dwie główne kategorie: materiały metaliczne i izolacyjne. Materiały metaliczne ogółem mogą wytrzymać stosunkowo wysokie temperatury bez uszkodzeń, ale materiały izolacyjne szybko starzeją się i degradują, gdy temperatura przekracza pewną wartość. Dlatego temperatura jest jednym z głównych czynników wpływających na żywotność transformatora. W pewnym sensie, życie transformatora można określić jako życie jego materiałów izolacyjnych.

Obniżenie temperatury przedłuża żywotność transformatora

Czas, przez który transformator może działać normalnie pod znamionowym napięciem i obciążeniem, nazywany jest żywotnością transformatora. Materiały wykorzystywane do produkcji transformatorów dzielą się na dwie główne kategorie: materiały metaliczne i izolacyjne. Materiały metaliczne ogółem mogą wytrzymać stosunkowo wysokie temperatury bez uszkodzeń, ale materiały izolacyjne szybko starzeją się i degradują, gdy temperatura przekracza pewną wartość. Dlatego temperatura jest jednym z głównych czynników wpływających na żywotność transformatora. W pewnym sensie, życie transformatora można określić jako życie jego materiałów izolacyjnych.

Stopniowa utrata oryginalnych właściwości mechanicznych i izolacyjnych materiałów izolacyjnych w wyniku długotrwałego wystawiania ich na pola elektryczne i wysokie temperatury nazywana jest starzeniem. Szybkość starzenia zależy głównie od następujących czynników:

• Temperatura izolacji.

• Zawartość wilgoci w materiale izolacyjnym.

• Dla transformatorów olejowych należy również uwzględnić ilość tlenu rozpuszczonego w oleju.

Te trzy czynniki decydują o żywotności transformatora. Praktyka i badania pokazują, że jeśli cewka może ciągle utrzymywać temperaturę 95°C, to transformator może być gwarantowany na 20 lat. Na podstawie relacji między temperaturą a życiem, można wyprowadzić "prawo 8°C": biorąc za podstawę żywotność przy tej temperaturze, każda 8°C wzrost temperatury cewki skutkuje połowieniem żywotności transformatora.

Większość transformatorów energetycznych w Chinach używa izolacji olejowo-papierowej, tzn. klasy A. Dla transformatorów z izolacją klasy A, przy normalnej pracy, gdy temperatura powietrza otoczenia wynosi 40°C, maksymalna temperatura pracy cewek wynosi 105°C.

Według odpowiednich danych i praktyki:

• Gdy temperatura pracy izolacji transformatora wynosi 95°C, jego żywotność wynosi 20 lat.

• Gdy temperatura pracy izolacji transformatora wynosi 105°C, jego żywotność wynosi 7 lat.

• Gdy temperatura pracy izolacji transformatora wynosi 120°C, jego żywotność wynosi 2 lata.

Wewnętrzna temperatura izolacji transformatora, przy praktycznie stałym napięciu, zależy głównie od wielkości prądu obciążenia: wyższy prąd obciążenia prowadzi do wyższej temperatury izolacji, a niższy prąd obciążenia do niższej temperatury izolacji.

Gdy transformator jest przeciążony lub pracuje przy znamionowym obciążeniu latem, jego wewnętrzna izolacja działa przy wysokich temperaturach, co przyspiesza straty żywotności. Gdy transformator działa przy małym obciążeniu lub przy znamionowym obciążeniu zimą, jego wewnętrzna izolacja działa przy niższych temperaturach, co spowalnia straty żywotności. Dlatego, aby w pełni wykorzystać zdolność obciążeniową transformatora przez cały rok, nie wpływając na jego normalną żywotność, można odpowiednio dostosować miesięczne obciążenie.

Wysokie napięcie przyspiesza starzenie transformatora

Na przykład przepisy stanowią, że napięcie robocze transformatora nie może przekraczać 5% jego znamionowego napięcia. Zbyt wysokie napięcie zwiększa prąd namagnesowania w rdzeniu transformatora, może spowodować nasycenie rdzenia, generować harmoniczne pole magnetyczne, dalsze zwiększenie strat w rdzeniu i prowadzić do nadmiernego nagrzewania rdzenia. Zbyt wysokie napięcie również przyspiesza starzenie transformatora, skracając jego żywotność; dlatego napięcie robocze transformatora nie może być zbyt wysokie.

Gdy materiał izolacyjny staje się do pewnego stopnia zestarzały, pod wpływem wibracji operacyjnych i sił elektromagnetycznych, izolacja może pęknąć, co zwiększa prawdopodobieństwo awarii przebicia elektrycznego i zmniejsza żywotność transformatora.

Dostosowanie obciążenia transformatora dla osiągnięcia idealnej żywotności

Wewnętrzna temperatura izolacji transformatora, przy praktycznie stałym napięciu, zależy głównie od wielkości prądu obciążenia: wyższy prąd obciążenia prowadzi do wyższej temperatury izolacji, a niższy prąd obciążenia do niższej temperatury izolacji.

Gdy transformator jest przeciążony lub pracuje przy znamionowym obciążeniu latem, jego wewnętrzna izolacja działa przy wysokich temperaturach, co przyspiesza straty żywotności. Gdy transformator działa przy małym obciążeniu lub przy znamionowym obciążeniu zimą, jego wewnętrzna izolacja działa przy niższych temperaturach, co spowalnia straty żywotności. Dlatego, aby w pełni wykorzystać zdolność obciążeniową transformatora przez cały rok, nie wpływając na jego normalną żywotność, można odpowiednio dostosować miesięczne obciążenie.

Prawidłowe konserwacja pomaga maksymalizować żywotność transformatora
Wiadomo, że po awarii transformatora nie tylko koszty naprawy i czas przestojowy są znaczne, ale nawinięcie cewki lub odbudowa dużego transformatora mocy może zająć 6 do 12 miesięcy. Dlatego właściwy program konserwacji pomoże transformatorowi osiągnąć maksymalną żywotność.

Trzy kluczowe punkty dobrego programu konserwacji

Instalacja i eksploatacja

A. Upewnij się, że obciążenie pozostaje w granicach projektowych transformatora. Dla transformatorów olejowych monitoruj dokładnie temperaturę górnego oleju.
B. Miejsce instalacji transformatora powinno być odpowiednie dla jego standardów projektowych i konstrukcyjnych. Jeśli jest instalowany na zewnątrz, upewnij się, że transformator jest odpowiedni do pracy na zewnątrz.
C. Chronij transformator przed uderzeniami piorunów i zewnętrznymi uszkodzeniami.

Badanie oleju

Przewodność dielektryczna oleju transformatorowego gwałtownie spada wraz ze wzrostem zawartości wilgoci. Nawet 0,01% zawartości wody może zmniejszyć jej przewodność dielektryczną niemal o połowę. Poza małymi transformatorami dystrybucyjnymi, próbki oleju z wszystkich transformatorów powinny regularnie podlegać testom przebicia, aby poprawnie wykrywać wilgoć i usuwać ją przez filtrację.

Należy przeprowadzić analizę gazów awaryjnych w oleju. Używając urządzenia do monitorowania online ośmiu gazów awaryjnych w oleju transformatora, ciągle mierz stężenie gazów rozpuszczonych w oleju, które powstają wraz z rozwojem awarii. Analizując rodzaj i stężenie tych gazów, można określić typ awarii. Testy właściwości fizycznych oleju powinny być przeprowadzane corocznie, aby zweryfikować jego właściwości izolacyjne, w tym testy przewodności dielektrycznej, kwasowości, napięcia interfejsowego itp.