Transformadors d'Alta Tensió: Riscos de Curtcircuit, Causes i Mesures d'Millora

Transformadors d'energia: Riscos de curtcircuït, causes i mesures d' millora

Els transformadors d'energia són components fonamentals en els sistemes elèctrics que proporcionen la transmissió d'energia i són dispositius d'inducció crucials que asseguren l'operació segura de l'energia. La seva estructura consta de bobines primàries, bobines secundàries i un nucli de ferro, utilitzant el principi de la inducció electromagnètica per alterar la tensió AC. A través de millores tecnològiques a llarg termini, la fiabilitat i estabilitat del subministrament d'energia han augmentat continuament. No obstant això, encara existeixen diversos perills ocults prominents. Algunes unitats de transformador pateixen una capacitat insuficient d'impacte anticurtcircuit, fent-los propensos a fenòmens de curtcircuït. Per determinar eficacement les causes i ubicacions de les fallades, cal intensificar la recerca sobre les fallades dels transformadors i les tecnologies de diagnòstic per adoptar tecnologies corresponents que resolen eficientment els problemes de diagnòstic de fallades dels transformadors.

1.Perills dels Curtcircuïts en Transformadors d'Energia

• Impacte de la Corrent D'Impuls: Un curtcircuït súbit en un transformador genera una gran corrent de curtcircuït. Tot i que la seva durada és breu, abans que es desconnecti el circuit principal del transformador, aquest perill ja pot haver esdevingut, causant possibles danys interns al transformador i una reducció dels nivells d'aïllament.

• Impacte de les Forces Electromagnètiques: Durant un curtcircuït, la sobrecorrent genera forces electromagnètiques significatives que afecten l'estabilitat. En casos greus, les bobines del transformador poden veure's afectades en certa mesura, com ara la deformació de les bobines, el deteriorament de la fortalesa d'aïllament de les bobines i el dañ de altres components. En casos extrems, això pot conduir a accidents de seguretat elèctrica com la combustió del transformador.

2.Causes dels Curtcircuïts en Transformadors d'Energia

(1) Els programes de càlcul de corrent són desenvolupats basant-se en models idealitzats que assumen una distribució uniforme del camp magnètic de fuga, diàmetres de voltants idèntics i forces en fase. No obstant això, en realitat, el camp magnètic de fuga en els transformadors no està distribuït uniformement i es concentra relativament en la secció de jug, on els fils electromagnètics experimenten forces mecàniques més grans. En els punts de transposició dels cables de transposició contínua (CTC), la pendent de escalada canvia la direcció de la transmissió de força, generant moment. Degut al factor de mòdul elàstic dels blocs separadors, la distribució axial desigual dels blocs separadors pot fer que les forces alternades produïdes pels camps magnètics de fuga alternats experimentin resonància retardada. Això és la raó fonamental per la qual primer es deformen els discs de bobina a la secció de jug del nucli de ferro, als punts de transposició i a les posicions corresponents amb els reguladors de tocs.

(2) L'ús de conductors transposats convencionals amb poca resistència mecànica els fa propensos a la deformació, la separació de filaments i l'exposició de cobre quan són sotmesos a forces mecàniques de curtcircuït. Quan s'utilitzen conductors transposats convencionals, corrents grans i pendents d'escalada escarpades en aquestes posicions generen moments significatius. A més, els discs de bobina als dos extrems de les bobines experimenten un moment considerable degut a l'efecte combinat dels camps magnètics de fuga radial i axial, provocant una deformació de torsió.

Per exemple, la bobina comuna de la fase A del transformador de 500kV Yanggao tenia 71 transposicions, i a causa de l'ús de conductors transposats convencionals relativament gruixuts, 66 d'aquestes transposicions mostraven graus variables de deformació. De manera similar, el transformador principal número 11 de WuJing també va mostrar diferents graus de gir de fil i exposició a les parts finals de la bobina de alta tensió a la secció de jug del nucli de ferro a causa de l'ús de conductors transposats convencionals.

(3) Els càlculs de resistència a curtcircuït no tenen en compte l'impacte de la temperatura en la flexibilitat i la resistència a la tracció dels fils electromagnètics. La resistència a curtcircuït dissenyada a temperatura ambiente no reflecteix les condicions reals d'operació. Segons els resultats de les proves, la temperatura dels fils electromagnètics afecta significativament el seu límit de rendiment (σ0.2). Com la temperatura dels fils electromagnètics augmenta, la seva resistència a la flexió, la resistència a la tracció i l'allongament tots disminueixen. A 250°C, la resistència a la flexió i la tracció són considerablement inferiors a 50°C, mentre que l'allongament disminueix més de 40%. En operació real, els transformadors arriben a una temperatura mitjana de bobina de 105°C a càrrega nominal, amb temperatures de punts calents que arriben a 118°C. La majoria dels transformadors passen per processos d'automàtica reconexió durant l'operació.

Per tant, si un punt de curtcircuït no desapareix immediatament, el transformador experimentarà un segon impacte de curtcircuït en molt poc temps (0,8 segons). No obstant això, després de l'impacte de la corrent de curtcircuït inicial, la temperatura de la bobina augmenta bruscament. Segons els estàndards GB1094, la temperatura màxima permessa és de 250°C, en aquest moment la resistència a curtcircuït de la bobina ha disminuït significativament. Això explica per què la majoria dels accidents de curtcircuït en transformadors ocorren després de les operacions de reconexió.

(4) Una construcció de bobines feta de manera laxa, un tractament de transposició inadecuat i una excessiva finor fan que els fils electromagnètics quedin suspesos. Des del punt de vista de les ubicacions de dany en els accidents, la deformació es troba més sovint en els punts de transposició, especialment en les ubicacions de transposició dels conductors transposats.

(5) L'ús de conductors mous és una de les principals raons de la poca resistència a curtcircuït en els transformadors. Degut a una comprensió insuficient d'aquest problema en els primers temps o a dificultats amb l'equipament de bobinat i els processos, els fabricants eren reticents a utilitzar conductors semirígids o no tenien aquesta exigència en els seus dissenys. Tots els transformadors que han fallat van utilitzar conductors mous.

(6) Les gapes d'ensamblat excessives resulten en un suport insuficient en els fils electromagnètics, creant perillos ocults per la resistència a curtcircuït dels transformadors.

(7) Les forces de pre-tensionament desuniformes aplicades a diverses bobines o posicions de tocs fan que els discs de bobina salten durant els impacts de curtcircuït, causant una tensió de flexió excessiva en els fils electromagnètics i una posterior deformació.

(8) La falta de tractament de cura entre les voltes o fils del bobinat porta a una resistència pobra a la sobrecàrrega. Els primers bobinats tractats amb immersió en vernís no patiren cap dany.

(9) El control inadequat de la força de pre-apretat del bobinat provoca desalineació dels conductors en els conductors transposats convencionals.

(10) Les incidents freqüents de sobrecàrregues externes causen efectes acumulatius de forces electromagnètiques després de múltiples impactes de corrent de sobrecàrrega, provocant l'ablandament dels fils electromagnètics o el desplaçament relatiu intern, que finalment resulta en la ruptura de l'aïllament.

3.Mesures d'Millora per Augmentar la Resistència a la Sobrecàrrega dels Transformadors Elèctrics

(1) Realitzar Proves de Sobrecàrrega per Prevenir Problemes Abans Que Sorgeixin

 La fiabilitat operativa dels grans transformadors depèn principalment de la seva estructura i de la qualitat del procés de fabricació, seguit de diverses proves realitzades durant l'operació per aconseguir una comprensió oportuna de l'estat de l'equipament. Per entendre la estabilitat mecànica d'un transformador, es poden realitzar proves de sobrecàrrega per identificar punts febles per a la millora, assegurant confiança en el disseny de la fortalesa estructural dels transformadors.

(2) Normalitzar el Disseny i Posar èmfasi en el Procés de Compressió Axial en la Fabricació de Bobinats

En el disseny de transformadors, els fabricants haurien de considerar no només la reducció de pèrdues i la millora del nivell d'aïllament, sinó també l'increment de la fortalesa mecànica i la resistència a les faults de sobrecàrrega. En termes de processos de fabricació, ja que molts transformadors utilitzen plaques d'aïllament premsades amb bobines d'alta i baixa tensió compartint una sola placa de pressió, aquesta estructura requereix estàndards de processos de fabricació alts. Es hauria de fer un tractament de densificació als blocs separadors, i després del processament dels bobinats, s'haurien de sotmetre a un secatge sota pressió constant amb mesura de l'alçada del bobinat comprimit.

Després d'aquest processament, s'haurien d'ajustar a la mateixa alçada els bobinats en la mateixa placa de pressió. Durant l'ensamblat final, s'ha d'aplicar una pressió especificada als bobinats utilitzant dispositius hidràulics per aconseguir l'alçada dissenyada i requerida pel procés. Durant l'ensamblat final, s'ha de prestar atenció no només a la compressió de les bobines d'alta tensió, sinó també especialment al control de la compressió de les bobines de baixa tensió.