ترانسفورماتورهای برق: ریسک‌های کوتاه شدن مدار، دلایل و اقدامات بهبود

تبدیل دهنده های برق: ریسک های کوتاه شدن مدار، دلایل و اقدامات بهبود

تبدیل دهنده های برق جزئیات اساسی در سیستم های توزیع برق هستند که انرژی را منتقل می کنند و دستگاه های القایی مهمی برای تضمین عملکرد ایمن برق هستند. ساختار آنها شامل پیچ های اولیه، پیچ های ثانویه و یک هسته آهنی است که از اصل القای الکترومغناطیسی برای تغییر ولتاژ متناوب استفاده می کنند. از طریق بهبود های فناوری در طول زمان، قابلیت اطمینان و ثبات تأمین برق به طور مداوم افزایش یافته است. با این حال، خطرات مختلف و مشهود همچنان وجود دارد. برخی از واحد های تبدیل دهنده دارای ظرفیت ضربه کوتاه مداری ناکافی هستند که آنها را مستعد وقوع پدیده کوتاه مدار می کند. برای تعیین موثر علل و مکان های خرابی، تحقیقات درباره خرابی های تبدیل دهنده و فناوری های تشخیصی باید تقویت شوند تا تکنولوژی های متناسبی برای حل موثر مشکلات تشخیص خرابی تبدیل دهنده اتخاذ شوند.

1. خطرات کوتاه مدار تبدیل دهنده های برق

• تأثیر جریان ناگهانی: کوتاه مدار ناگهانی در تبدیل دهنده جریان کوتاه مداری زیادی ایجاد می کند. اگرچه مدت زمان آن کوتاه است، قبل از قطع مدار اصلی تبدیل دهنده، این خطر ممکن است قبلاً شکل گرفته باشد که می تواند منجر به خسارت داخلی تبدیل دهنده و کاهش سطح عایق شود.

• تأثیر نیروهای الکترومغناطیسی: در حین کوتاه مدار، جریان بیش از حد نیروهای الکترومغناطیسی قابل توجهی تولید می کند که بر پایداری تأثیر می گذارند. در شرایط وخیم، پیچ های تبدیل دهنده می توانند تا حدی تحت تأثیر قرار گیرند، مانند تغییر شکل پیچ، خسارت در مقاومت عایق پیچ و خسارت به مؤلفه های دیگر. در شرایط بسیار شدید، این ممکن است منجر به حوادث ایمنی برق مانند سوختن تبدیل دهنده شود.

2. دلایل کوتاه مدار تبدیل دهنده های برق

(1) برنامه های محاسبه جریان بر اساس مدل های ایده آل توسعه یافته اند که توزیع یکنواخت میدان مغناطیسی نشت، قطر های دور یکسان و نیروهای هم فاز را فرض می کنند. اما در واقعیت، میدان مغناطیسی نشت در تبدیل دهنده ها به طور یکنواخت توزیع نمی شود و در بخش گردنده نسبتاً متمرکز است، جایی که سیم های الکترومغناطیسی نیروهای مکانیکی بیشتری تجربه می کنند. در نقاط ترانپوزیشن سیم های ترانپوزیشن مداوم (CTC)، تغییر شیب بالا رونده جهت انتقال نیرو را تغییر می دهد و گشتاور ایجاد می کند. به دلیل عامل مدول الاستیک بلوک های فاصله گذاری، توزیع نامساوی بلوک های فاصله گذاری در محور می تواند باعث رزونان تأخیری نیروهای متناوب تولید شده توسط میدان های مغناطیسی نشت متناوب شود. این دلیل اساسی است که ابتدا دیسک های پیچ در بخش گردنده هسته آهن، نقاط ترانپوزیشن و موقعیت های متناظر با تنظیمات تغییر دهنده ترانسفورمر تغییر شکل می یابند.

(2) استفاده از رسانه های ترانپوزیشن سنتی با مقاومت مکانیکی ضعیف آنها را مستعد تغییر شکل، جدا شدن ریسمان ها و بروز کردن مس در مواجهه با نیروهای مکانیکی کوتاه مدار می کند. هنگام استفاده از رسانه های ترانپوزیشن سنتی، جریان های بزرگ و شیب ترانپوزیشن تند در این موقعیت ها گشتاور قابل توجهی تولید می کنند. علاوه بر این، دیسک های پیچ در دو طرف پیچ ها به دلیل تأثیرات ترکیبی میدان های مغناطیسی نشت شعاعی و محوری گشتاور قابل توجهی تجربه می کنند که منجر به تغییر شکل چرخشی می شود. 

به عنوان مثال، پیچ مشترک فاز A تبدیل دهنده 500kV یانگاو 71 ترانپوزیشن داشت و به دلیل استفاده از رسانه های ترانپوزیشن سنتی نسبتاً ضخیم، 66 از این ترانپوزیشن ها تغییر شکل های متفاوتی داشتند. به طور مشابه، تبدیل دهنده اصلی شماره 11 ووجینگ نیز در بخش گردنده هسته آهن در انتهای پیچ های فشار بالا به دلیل استفاده از رسانه های ترانپوزیشن سنتی تغییرات متفاوتی در چرخش سیم و بروز کردن مس داشت.

(3) محاسبات مقاومت در برابر کوتاه مدار تأثیر دمایی بر خمش و مقاومت کششی سیم های الکترومغناطیسی را در نظر نمی گیرند. مقاومت کوتاه مدار طراحی شده در دمای اتاق نمی تواند شرایط عملیاتی واقعی را منعکس کند. بر اساس نتایج آزمایش، دمای سیم های الکترومغناطیسی به طور قابل توجهی بر حد تسلب (σ0.2) تأثیر می گذارد. با افزایش دمای سیم های الکترومغناطیسی، مقاومت خمشی، مقاومت کششی و طول تمدید همه کاهش می یابند. در 250 درجه سانتیگراد، مقاومت خمشی و کششی به طور قابل توجهی کمتر از 50 درجه سانتیگراد است، در حالی که طول تمدید بیش از 40 درصد کاهش می یابد. در عملیات واقعی، تبدیل دهنده ها در بار اسمی دمای متوسط پیچ 105 درجه سانتیگراد دارند، در حالی که دمای نقاط داغ به 118 درجه سانتیگراد می رسند. بیشتر تبدیل دهنده ها در طول عملیات از فرآیند دوباره بسته شدن خودکار می گذرند.

بنابراین، اگر نقطه کوتاه مدار بلافاصله ناپدید نشود، تبدیل دهنده در مدت زمان بسیار کوتاه (0.8 ثانیه) ضربه کوتاه مدار دوم را تجربه خواهد کرد. اما پس از ضربه جریان کوتاه مدار اول، دمای پیچ به طور قابل توجهی افزایش می یابد. بر اساس استاندارد GB1094، دمای حداکثر مجاز 250 درجه سانتیگراد است که در آن زمان مقاومت کوتاه مدار پیچ به طور قابل توجهی کاهش یافته است. این توضیح می دهد که چرا بیشتر حوادث کوتاه مدار تبدیل دهنده ها پس از عملیات دوباره بسته شدن رخ می دهند.

(4) ساختار پیچ لaxies، پردازش ترانپوزیشن ناصحيح و بیش از حد نازک بودن باعث می شود که سیم های الکترومغناطیسی معلق شوند. از دیدگاه محل های خرابی در حوادث، تغییر شکل بیشتر در نقاط ترانپوزیشن، به ویژه در مکان های ترانپوزیشن سیم های ترانپوزیشن مشاهده می شود.

(5) استفاده از رسانه های نرم یکی از دلایل اصلی مقاومت ضعیف در برابر کوتاه مدار در تبدیل دهنده ها است. به دلیل درک ناکافی در ابتدا یا مشکلات با تجهیزات پیچ و فرآیندها، سازندگان تمایلی به استفاده از رسانه های نیمه سخت یا نداشتن چنین الزاماتی در طراحی ها نداشتند. تمام تبدیل دهنده هایی که خراب شده اند از رسانه های نرم استفاده کرده اند.

(6) فواصل مونتاژ بیش از حد باعث عدم پشتیبانی کافی روی سیم های الکترومغناطیسی می شود که خطرات پنهانی برای مقاومت کوتاه مدار تبدیل دهنده ایجاد می کند.

(7) نیروهای پیش فشرده نامساوی که به پیچ های مختلف یا موقعیت های تنظیم دهنده اعمال می شود باعث می شود که دیسک های پیچ در حین ضربه کوتاه مدار پرش کنند و منجر به استرس خمشی بیش از حد روی سیم های الکترومغناطیسی و تغییر شکل بعدی شوند.

(۸) عدم وجود درمان تثبیت بین لایه‌های پیچشی یا سیم‌ها منجر به مقاومت ضعیف در برابر خازن می‌شود. پیچش‌های اولیه که با غوطه‌وری در رزین درمان شده بودند، هیچ آسیبی ندیده بودند.

(۹) کنترل ناصحیح نیروی پیش-فشردن پیچشی باعث اختلال در همراستایی هادی‌ها در هادی‌های متداول تعویض‌شده می‌شود.

(۱۰) حوادث خارجی خازن مکرر باعث اثرات تجمعی نیروهای الکترومغناطیسی پس از ضربات مکرر جریان خازن می‌شود، که منجر به نرم شدن سیم‌های الکترومغناطیسی یا جابجایی نسبی داخلی، و در نهایت خرابی عایق می‌گردد.

۳. اقدامات بهبود برای افزایش مقاومت خازن دگرجه حرارتی قدرت

(۱) انجام آزمون خازن برای جلوگیری از مشکلات قبل از وقوع

 قابلیت اطمینان عملیاتی دگرهای حرارتی بزرگ عموماً به ساختار و کیفیت فرآیند تولید آن‌ها بستگی دارد، و سپس آزمون‌های مختلفی در طول عملیات انجام می‌شود تا وضعیت تجهیزات به موقع درک شود. برای درک ثبات مکانیکی یک دگرجه حرارتی، می‌توان آزمون خازن را انجام داد تا نقاط ضعف شناسایی شده و بهبود یافته، و اطمینان از طراحی مقاوم ساختاری دگرهای حرارتی حاصل شود.

(۲) استانداردسازی طراحی و تأکید بر فرآیند فشردن محوری در تولید پیچشی

هنگام طراحی دگرهای حرارتی، سازندگان باید نه تنها کاهش تلفات و افزایش سطوح عایق‌بندی را در نظر بگیرند بلکه مقاومت مکانیکی و مقاومت در برابر خطاهای خازن را نیز افزایش دهند. از نظر فرآیندهای تولید، چون بسیاری از دگرهای حرارتی از صفحات فشاری عایق‌بندی شده استفاده می‌کنند که دایره‌های ولتاژ بالا و پایین یک صفحه فشاری مشترک دارند، این ساختار نیازمند استانداردهای بالای فرآیند تولید است. بلوک‌های فاصله‌دار باید تحت درمان تراکم قرار گیرند، و پس از پردازش پیچشی، پیچش‌های انفرادی باید تحت خشک کردن تحت فشار ثابت قرار گیرند و ارتفاع پیچش فشرده اندازه‌گیری شود.

پس از پردازش فوق، پیچش‌های روی یک صفحه فشاری باید به ارتفاع یکسان تنظیم شوند. در زمان مونتاژ نهایی، باید فشار مشخصی با استفاده از دستگاه‌های هیدرولیک به پیچش‌ها وارد شود تا ارتفاع طراحی شده و مورد نیاز فرآیند به دست آید. در مونتاژ نهایی، باید نه تنها به فشردن دایره‌های ولتاژ بالا توجه شود بلکه به ویژه کنترل فشردن دایره‌های ولتاژ پایین نیز مورد توجه قرار گیرد.