۸ اقدام کلیدی برای کاهش رها شدن بخشی در ترانسفورماتورهای قدرت

نیازهای رشد کننده برای سیستم های خنک کننده ترانسفورماتورهای قدرت و نقش خنک کننده ها

با توسعه سریع شبکه های برق و افزایش ولتاژ انتقال، شبکه های برق و مصرف کنندگان برق به طور مداوم نیازمند قابلیت اطمینان بالاتر از عایق بندی برای ترانسفورماتورهای قدرت بزرگ می باشند. چون آزمون دلخواهی جزئی (partial discharge) بر روی عایق بندی غیر مخرب است و بسیار حساس، قادر است به شناسایی موثر عیوب ذاتی در عایق بندی ترانسفورماتور یا عیوب تهدید کننده ایمنی که در حین حمل و نصب ایجاد می شود، آزمون دلخواهی جزئی محلی به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است. این آزمون به عنوان یک مورد آزمون الزامی کمیسیون برای ترانسفورماتورهای با ولتاژ 72.5 kV و بالاتر فهرست شده است.

1.دلخواهی جزئی و اصول آن

دلخواهی جزئی، که همچنین به عنوان یونیزاسیون الکترواستاتیک شناخته می شود، به جریان بارهای الکترواستاتیک اشاره دارد. تحت یک ولتاژ اعمالی مشخص، بارهای الکترواستاتیک ابتدا در مکان هایی با عایق بندی ضعیف تر در مناطقی با میدان الکتریکی قوی تر یونیزه می شوند بدون اینکه عایق بندی کامل را موجب تخریب کنند. این پدیده جریان بار الکترواستاتیک را دلخواهی جزئی می نامند. دلخواهی جزئی که در نزدیکی رسانه های محاط شده با گاز رخ می دهد، به عنوان کرونا شناخته می شود.

دلخواهی جزئی یک دلخواهی الکتریکی است که در موقعیت های محلی داخل عایق بندی داخلی ترانسفورماتورها رخ می دهد. چون دلخواهی محلی است و انرژی کمی دارد، مستقیماً موجب تخریب کامل عایق بندی داخلی نمی شود.

برای آزمون دلخواهی جزئی ترانسفورماتورها، چین ابتدا فقط نیازمندی هایی را برای ترانسفورماتورهای با ولتاژ 220kV و بالاتر اجرا کرد. در ادامه، استاندارد جدید IEC تعیین کرد که اندازه گیری دلخواهی جزئی باید زمانی انجام شود که ولتاژ عملیاتی ماکزیمم تجهیزات Um ≥ 126kV باشد. استاندارد ملی نیز مشخص می کند که برای ترانسفورماتورهای با ولتاژ عملیاتی ماکزیمم Um ≥ 72.5kV و ظرفیت اسمی P ≥ 10,000kVA، مگر اینکه به طور متفاوت توافق شود، اندازه گیری دلخواهی جزئی انجام شود.

روش آزمون دلخواهی جزئی مطابق با مقررات در GB1094.3-2003 است، با حد استانداردی که بیش از 500pC نمی شود. با این حال، در قراردادهای واقعی، مشتریان معمولاً محدوده ≤300pC یا ≤100pC را می طلبند. چنین توافقات فنی می توانند تولید کنندگان ترانسفورماتور را ملزم به حفظ استانداردهای فنی بالاتر برای محصولات خود کنند.

2.خطرات دلخواهی جزئی

شدت خطرات دلخواهی جزئی مرتبط با دلایل آن، مکان و سطح ولتاژهای آغاز و پایان است. ولتاژهای آغاز و پایان بالاتر به معنای خطر کمتر و بلعکس است. از نظر ویژگی های دلخواهی، دلخواهی هایی که عایق بندی صلب را تحت تاثیر قرار می دهند، بیشترین خطر را برای ترانسفورماتورها دارند، که قدرت عایق بندی را کاهش می دهند یا حتی آن را موجب تخریب می کنند.

3.علل دلخواهی جزئی

دلایل دلخواهی جزئی شامل در نظر گرفتن ناکافی طراحی است، اما بیشتر از فرآیند تولید ناشی می شود:

• لبه های تیز و ساییدگی های قطعات که میدان الکتریکی را تحریک کرده و ولتاژ آغاز دلخواهی را کاهش می دهند؛

• اجسام خارجی و گرد و غبار که موجب تمرکز میدان الکتریکی می شوند و تحت میدان الکتریکی خارجی موجب دلخواهی کرونا یا دلخواهی تخریب می شوند؛

• رطوبت یا حباب های گاز. به دلیل ثابت دی الکتریک پایین آب و گاز، دلخواهی ابتدا تحت تأثیر میدان الکتریکی رخ می دهد؛

• تماس ضعیف اجزای ساختاری فلزی معلق که موجب تمرکز میدان یا ایجاد دلخواهی شمعی می شود.

4.تدابیر کاهش دلخواهی جزئی

4.1 کنترل گرد و غبار

از میان عوامل موجب دلخواهی جزئی، اجسام خارجی و گرد و غبار محرک های بسیار مهمی هستند. نتایج آزمون نشان می دهد که ذرات فلزی بزرگتر از 1.5μm می توانند تحت تأثیر میدان الکتریکی دلخواهی هایی بسازند که بسیار بیش از 500pC باشند. هم گرد و غبار فلزی و هم غیر فلزی موجب تمرکز میدان الکتریکی می شوند، که ولتاژ آغاز دلخواهی و ولتاژ تخریب عایق بندی را کاهش می دهد.

بنابراین، حفظ محیط پاک و بدنه ترانسفورماتور در طول تولید بسیار مهم است و باید کنترل گرد و غبار را به طور строго соблюдать. Необходимо создать закрытые цеха с защитой от пыли в зависимости от степени воздействия пыли на продукцию в процессе производства. Например, при выпрямлении проволоки, обертывании проволоки бумагой, изготовлении обмотки, сборке обмотки, укладке сердечника, производстве изоляционных компонентов, сборке и отделке сердечника, ни в коем случае не должно оставаться или попадать посторонних предметов или пыли.

4.2 پردازش متمرکز اجزای عایق بندی

اجزای عایق بندی به خصوص در معرض آلودگی با گرد و غبار فلزی هستند، زیرا یک بار که گرد و غبار فلزی به اجزای عایق بندی متصل شود، بسیار دشوار است که به طور کامل آن را حذف کنیم. بنابراین، پردازش متمرکز در کارگاه عایق بندی لازم است، با یک منطقه پردازش مکانیکی اختصاصی که از سایر مناطق تولید گرد و غبار جدا شده است.

4.3 کنترل دقیق ساییدگی های ورقه های سیلیکونی

ورقه های سیلیکونی تشکیل دهنده لایه های ترانسفورماتور از طریق فرآیندهای برش طولی و عرضی ساخته می شوند که حتماً ساییدگی های متفاوتی ایجاد می کند. این ساییدگی ها نه تنها باعث کوتاه شدن بین لایه ها می شوند، که موجب ایجاد جریان های حلقوی داخلی و افزایش تلفات بدون بار می شوند، بلکه به طور مؤثر ضخامت هسته را افزایش می دهند و تعداد واقعی لایه ها را کاهش می دهند. بیشتر از همه، در زمان مونتاژ هسته یا در حین ارتعاش در عملیات، ساییدگی ها ممکن است به بدنه هسته بپیوندند و موجب دلخواهی شوند. حتی ساییدگی هایی که به پایین ظرف می روند ممکن است تحت تأثیر میدان الکتریکی همخط شوند و موجب دلخواهی پتانسیل زمین شوند. بنابراین، باید ساییدگی های لایه های هسته را به حداقل ممکن کاهش داد. برای محصولات 110kV، ساییدگی های لایه های هسته نباید بیش از 0.03mm باشد؛ برای محصولات 220kV، نباید بیش از 0.02mm باشد.

4.4 اتصالات سرد برای سیم های پیشرو

استفاده از ترمینال‌های فشار سرد برای سیم‌های پیشرو روش موثری برای کاهش مقدار تخلیه جزئی است. جوشکاری برنج فسفری تعداد زیادی ذرات پاشانده را تولید می‌کند که به آسانی به بدن هسته و مولفه‌های عایق پخش می‌شوند. علاوه بر این، ناحیه مرزی جوشکاری نیازمند جداسازی با طناب آسمبست خیس است که رطوبت را به عایق می‌آورد. اگر رطوبت پس از پیچیدن عایق به طور کامل حذف نشود، مقدار تخلیه جزئی ترانسفورماتور افزایش می‌یابد.

۴.۵ گرد کردن لبه‌های مولفه‌ها

گرد کردن لبه‌های مولفه‌ها دو هدف دارد: ۱) بهبود توزیع میدان الکتریکی و افزایش ولتاژ شروع تخلیه. بنابراین، مولفه‌های ساختاری فلزی در هسته مانند ضامن‌ها، صفحات کشش، پایه‌ها، قاب‌ها، صفحات فشار، لبه‌های خروجی، دیواره‌های بالشتک و صفحات محافظ مغناطیسی روی دیواره‌های داخلی ظرف باید همه گرد شوند. ۲) جلوگیری از اصطکاک که تبرهای آهنی را تولید می‌کند. به عنوان مثال، بخش‌های تماسی بین سوراخ‌های بلند کردن ضامن و طناب یا گیره نیازمند گرد کردن هستند.

۴.۶ محیط محصول و تکمیل هسته در مرحله مونتاژ نهایی

پس از خشک کردن خلأی هسته، قبل از نصب ظرف، تکمیل هسته باید انجام شود. محصولات بزرگ‌تر با ساختار پیچیده‌تر نیاز به زمان‌های تکمیل بیشتری دارند. از آنجا که فشار دادن هسته و سفت کردن پیچ‌ها در حالی که هسته به هوا مواجه است انجام می‌شود، جذب رطوبت و آلودگی غبار ممکن است در این مدت رخ دهد. بنابراین، تکمیل هسته باید در یک منطقه ضد غبار انجام شود. اگر زمان تکمیل (یا زمان قرار گرفتن در هوا) بیش از ۸ ساعت باشد، نیاز به درمان مجدد خشک کردن وجود دارد.

پس از تکمیل هسته، بخش بالایی ظرف نصب می‌شود و سپس خلأ گرفته و روغن تزریق می‌شود. از آنجا که عایق هسته در مرحله تکمیل رطوبت جذب می‌کند، نیاز به درمان خشک کردن وجود دارد که از طریق خلأ گرفتن محصول انجام می‌شود. این یک اقدام مهم برای تضمین قدرت عایق محصولات فشار بالا است. سطح خلأ بر اساس رطوبت هسته و محیط و معیارهای محتوای رطوبت تعیین می‌شود، در حالی که مدت زمان خلأ بر اساس زمان خروج از فر، دما و رطوبت محیط تعیین می‌شود.

۴.۷ تزریق روغن تحت خلأ

هدف از تزریق روغن تحت خلأ این است که با خلأ گرفتن، نقاط مرده در ساختار عایق ترانسفورماتور حذف شوند، هوا به طور کامل بیرون رانده شود و سپس تحت شرایط خلأ با روغن ترانسفورماتور پر شود تا تضمین شود که هسته به طور کامل ترکیب شده باشد. پس از تزریق روغن، ترانسفورماتور باید حداقل برای ۷۲ ساعت ایستاده بماند تا قبل از تست، زیرا درجه ترکیب ماده عایق بستگی به ضخامت ماده عایق، دما و زمان ترکیب دارد. ترکیب بهتر احتمال تخلیه را کاهش می‌دهد و این امر نشان می‌دهد که زمان ایستاده کافی ضروری است.

۴.۸ ختم کردن ظرف و مولفه‌ها

کیفیت ساختارهای ختم کردن مستقیماً بر نشتی ترانسفورماتور تأثیر می‌گذارد. اگر نقاط نشتی وجود داشته باشد، رطوبت به طور حتم وارد داخل ترانسفورماتور خواهد شد و باعث جذب رطوبت توسط روغن ترانسفورماتور و سایر مولفه‌های عایق می‌شود - این یکی از عوامل ایجاد تخلیه جزئی است. بنابراین، عملکرد ختم کردن مناسب باید تضمین شود.