Strømtransformatorer: Risici ved kortslutning årsager og forbedringsforanstaltninger

Krafttransformatorer: Risici ved kortslutning, årsager og forbedringsforanstaltninger

Krafttransformatorer er grundlæggende komponenter i kraftsystemer, der leverer energioverførsel, og er vigtige induktionsenheder, der sikrer sikker drift af strøm. Deres struktur består af primærspoler, sekundærspoler og en jernkern, der anvender principperne for elektromagnetisk induktion til at ændre AC-spænding. Gennem langtids teknologiske forbedringer har pålideligheden og stabilitетet af strømforsyningen konstant forbedret sig. Dog findes der stadig forskellige fremtrædende skjulte farer. Nogle transformatorenheder lider under utilstrækkelig modstandsdygtighed over for kortslutningsindflydelse, hvilket gør dem udsat for kortslutningsfænomener. For effektivt at fastslå fejlårsager og -steder, skal forskning i transformatorfejl og diagnosticeringsteknologier intensiveres for at anvende de relevante teknologier, der effektivt løser problemstillinger inden for transformatorfejldiagnose.

1.Farevirkninger af kortslutninger i krafttransformatorer

• Indflydelse af strømstød: En pludselig kortslutning i en transformator genererer en stor kortslutningsstrøm. Selvom dens varighed er kort, kan denne skjulte fare allerede være dannet, inden hovedkredsen af transformatoren bliver afbrudt, med potentielt indre skade på transformatoren og nedsat isolationsniveau.

• Indflydelse af elektromagnetiske kræfter: Under en kortslutning genererer overstrøm betydelige elektromagnetiske kræfter, der påvirker stabiliteten. I alvorlige tilfælde kan transformatorens spoler blive påvirket, såsom spoldannelsesdeformation, skade på spolers isolationsstyrke og skade på andre komponenter. I ekstreme tilfælde kan dette føre til strømsikkerhedsulykker som transformatorbrand.

2.Årsager til kortslutninger i krafttransformatorer

(1) Strømberegningprogrammer er udviklet baseret på idealiserede modeller, der antager en uniform leckage magnetfeltfordeling, identiske spoldiameterer og in-phase kræfter. Imidlertid er leckage magnetfeltet i transformatorer ikke ensartet fordelt og er relativt koncentreret i yoke-sektionen, hvor elektromagnetiske ledninger oplever større mekaniske kræfter. Ved transpositions punkter for kontinuerligt transponerede kabler (CTC) ændrer stigningen retningen af kraftoverførslen, hvilket genererer drejning. På grund af spacer blokke elastiske modulus faktor kan ulige axiale fordeling af spacer blokke give alternativ kræfter, der opstår fra alternative leckage magnetfelter, forsinket resonans. Dette er den fundamentale årsag til, at spoldiscs i jernkern yoke sektion, transposition punkter, og korresponderende positioner med tap changers først deformeres.

(2) Brug af konventionelle transponerede ledere med dårlig mekanisk styrke gør dem udsatte for deformation, tråde separation, og eksponeret kobber når de udsættes for kortslutningsmekaniske kræfter. Når man bruger konventionelle transponerede ledere, genererer store strømme og stejle transposition stigninger betydelig drejning. Desuden oplever spoldiscs i begge ender af spoler betydelig drejning pga kombineret effekt af radiale og axiale leckage magnetfelter, hvilket fører til torsion deformation. 

For eksempel havde fase A fælles spole i 500kV Yanggao-transformator 71 transpositioner, og på grund af brug af relativt tykke konventionelle transponerede ledere viste 66 af disse transpositioner forskellige grader af deformation. Ligesåledes viste WuJing Nr. 11 hovedtransformator forskellige grader af tråd flipping og eksponering ved højspændings spole ender i jernkern yoke sektion på grund af brug af konventionelle transponerede ledere.

(3) Beregninger af kortslutningsmodstand tager ikke højde for temperaturens indflydelse på bøjning og stræk styrke af elektromagnetiske ledere. Kortslutningsmodstand designet ved rumtemperatur kan ikke afspejle de faktiske driftsbetingelser. Ifølge testresultater har temperaturen på elektromagnetiske ledere betydelig indflydelse på deres fluensgrænse (σ0.2). Jo højere temperaturen på elektromagnetiske ledere, jo mindre er deres bøjning, stræk styrke og udvidelse. Ved 250°C er bøjning og stræk styrke betragteligt lavere end ved 50°C, mens udvidelsen falder med mere end 40%. Under faktisk drift når transformatorer en gennemsnitlig spole temperatur på 105°C ved nominel last, med hot spot temperaturer, der når 118°C. De fleste transformatorer gennemgår automatiske genstart processer under drift.

Derfor, hvis et kortslutningspunkt ikke umiddelbart forsvinder, vil transformatoren opleve et andet kortslutningsindtryk inden for en meget kort tid (0,8 sekunder). Men efter det første kortslutningsstrøm indtryk stiger spoletemperaturen skarpt. Ifølge GB1094 standarder er den maksimalt tilladte temperatur 250°C, hvorved spolens kortslutningsmodstand er betydeligt nedsat. Dette forklarer, hvorfor de fleste transformator kortslutningsulykker forekommer efter genstart operationer.

(4) Slap spolekonstruktion, ukorrekt transposition behandling, og overdreven tyndhed gør, at elektromagnetiske ledere kommer til at hænge. Set fra synsvinkel på skadeplaceringer i ulykker, findes deformation mest ofte ved transposition punkter, især ved transposition lokationer af transponerede ledere.

(5) Brug af bløde ledere er en af de hovedårsager til dårlig kortslutningsmodstand i transformatorer. På grund af utilstrækkelig tidlig forståelse af dette problem eller vanskeligheder med spoleudstyr og processer, var producenter uvilje til at bruge halvhårde ledere eller havde ingen sådanne krav i deres design. Transformatorer, der har mislykkedes, brugte alle bløde ledere.

(6) Overflodige monteringsspacing resulterer i utilstrækkelig støtte på elektromagnetiske ledere, hvilket skaber skjulte farer for transformator kortslutningsmodstand.

(7) Ujævn forhåndsstramning kraft anvendt på forskellige spoler eller tap positioner giver anledning til, at spoldiscs hopper under kortslutningsindtryk, hvilket resulterer i overskridende bøjning stress på elektromagnetiske ledere og efterfølgende deformation.

(8) Mangel på kurering mellem vindingslag eller ledninger fører til dårlig kortslutningsbestandhed. Tidligere behandlet med impregnation i lak oplevede ingen skade.

(9) Ukorrekt kontrol af forudspændingskraften i vindinger forårsager misjustering af ledere i konventionelle transponerede ledere.

(10) Hyppige eksterne kortslutninger forårsager kumulative effekter af elektromagnetiske kræfter efter flere kortslutningsstrømme, hvilket fører til blødning af elektromagnetiske ledninger eller intern relativ forskydning, og endelig til isolationsnedbrydning.

3.Forbedringsforanstaltninger for at forhøje kortslutningsbestandheden af strømtransformatorer

(1) Gennemfør kortslutningstests for at forebygge problemer inden de opstår

 Den driftsmæssige pålidelighed af store transformatorer afhænger hovedsageligt af deres struktur og kvaliteten af produktionen, efterfulgt af forskellige tester, der udføres under drift for at til enhver tid have styr på udstyrsforholdene. For at forstå en transformators mekaniske stabilitet kan kortslutningstests gennemføres for at identificere svage punkter, som kan forbedres, og sikre tillid til den strukturelle styrke i transformatorerne.

(2) Standardiser design og læg vægt på akset komprimeringsproces i spoleproduktionen

Når man designer transformatorer, bør producenter ikke kun overveje at reducere tab og forbedre isolationsniveauer, men også forbedre mekanisk styrke og modstandskraft over for kortslutningsfejl. Med hensyn til produktionsteknikker, da mange transformatorer anvender isolerede trykplader, hvor lav- og højspændingsspoiler deler en enkelt trykplade, kræver denne struktur høje produktionsstandarder. Afstandsholdere bør undergå fordensificering, og efter spolebehandling skal individuelle spoler undergå konstanttrykstørring med måling af komprimeret spolehøjde.

Efter ovenstående behandling skal spoler på samme trykplade justeres til samme højde. Under den endelige montering skal det specificerede tryk anvendes på spoler ved hjælp af hydrauliske anordninger for at opnå den designede og processkrævede højde. Under den endelige montering bør der ikke blot fokuseres på komprimering af højspændingsspoiler, men der skal særligt tages højde for kontrollen af komprimeringen af lavspændingsspoiler.