Transformatori snage: Rizici od kratkog spoja uzroke i mjere za poboljšanje

Transformatori snage: rizici od kratkog spoja, uzroci i mjere unapređenja

Transformatori snage su temeljni komponenti u sustavima energije koji omogućuju prijenos energije i su ključni induktivni uređaji koji osiguravaju sigurno operiranje struje. Njihova struktura sastoji se od primarnih zavojnica, sekundarnih zavojnica i željeznog jezgra, koristeći princip elektromagnetske indukcije za promjenu napona AC struje. Kroz dugotrajne tehnološke poboljšanja, pouzdanost i stabilnost opskrbe strujom su kontinuirano unaprijedile. Ipak, različiti izraženi skriveni opasnosti još uvijek postoje. Neki transformatorni jedinice imaju nedostatak sposobnosti otpora na udar kratkog spoja, što ih čini podložnim pojavi kratkog spoja. Za efektivno utvrđivanje uzroka grešaka i lokacija, istraživanje ovaraka transformatora i dijagnostičkih tehnologija treba intenzificirati kako bi se usvojile odgovarajuće tehnologije koje učinkovito rješavaju probleme dijagnoze varaka transformatora.

1. Opasnosti kratkog spoja transformatora snage

• Utjecaj toka talasnog naponskog vala: Iznenadni kratki spoj u transformatoru stvara veliki tok kratkog spoja. Iako je njegov trajanje kratko, prije nego što se glavni krug transformatora prekine, ova skrivena opasnost se može već formirati, potencijalno uzrokujući unutarnje oštećenje transformatora i smanjenje razine izolacije.

• Utjecaj elektromagnetskih sila: Tijekom kratkog spoja, prekomjerna struja generira značajne elektromagnetske sile koje utječu na stabilnost. U teškim slučajevima, zavojnice transformatora mogu do neke mjeri biti utjecene, kao što su deformacija zavojnice, oštećenje čvrstoće izolacije zavojnice i oštećenje drugih komponenti. U ekstremnim slučajevima, to može dovesti do električnih sigurnosnih nesreća, poput sagorijevanja transformatora.

2. Uzroci kratkog spoja transformatora snage

(1) Programi za izračun struje razvijeni su na temelju idealiziranih modela koji pretpostavljaju uniformnu distribuciju curenog magnetskog polja, identične prečnike zavojnice i sile u fazi. Međutim, u stvarnosti, curenje magnetskog polja u transformatorima nije ravnomjerno distribuirano, već je relativno koncentrirano u dijelu jare, gdje elektromagnetske žice ispuštaju veće mehaničke sile. Na mjestima transpozicije kontinuirano transponiranih kabelova (CTC), nagib penjanja mijenja smjer prenosa sile, generirajući moment. Zbog faktora elastičnog modula blokova razdvajanja, neravnomjerna aksijalna distribucija blokova razdvajanja može uzrokovati da se izmjenjive sile proizvedene izmjenjivim curenjima magnetskog polja suočavaju s pospjetovanjem rezonancije. To je osnovni razlog zbog kojeg se najprije deformiraju diskovi zavojnice na dijelu jare, mjestima transpozicije i odgovarajućim položajima s tap changerima.

(2) Upotreba konvencionalnih transponiranih vodilaca s lošom mehaničkom čvrstoćom čini ih podložnim deformaciji, odvajanju niti i izlaganju bakra kada su izloženi mehaničkim silama kratkog spoja. Korištenjem konvencionalnih transponiranih vodilaca, veliki tokovi i strmim penjanjima na tim mjestima generiraju značajne momente. Također, diskovi zavojnice na oba kraja zavojnice ispuštaju značajne momente zbog kombiniranih utjecaja radialnog i aksijalnog curenja magnetskog polja, što dovodi do deformacije savijanja. 

Na primjer, zajednička zavojnica faze A 500kV Yanggao transformatora imala je 71 transpozicija, a zbog upotrebe relativno debljih konvencionalnih transponiranih vodilaca, 66 tih transpozicija pokazalo je različite stupnjeve deformacije. Slično tome, WuJing No. 11 glavni transformator također je pokazao različite stupnjeve okretanja žica i izlaganja na krajevima visokonaponske zavojnice u dijelu jare zbog upotrebe konvencionalnih transponiranih vodilaca.

(3) Izračuni otpornosti na kratki spoj ne uzimaju u obzir utjecaj temperature na savijanje i vlačna čvrstoća elektromagnetskih žica. Otpornost na kratki spoj dizajnirana na sobnoj temperaturi ne može odraziti stvarne uvjete rada. Prema rezultatima testova, temperatura elektromagnetskih žica značajno utječe na granicu tršćenja (σ0.2). Kako se temperatura elektromagnetskih žica povećava, njihova savijna čvrstoća, vlačna čvrstoća i produljenje smanjuju. Pri 250°C, savijna i vlačna čvrstoća znatno manje su nego pri 50°C, dok produljenje smanjuje više od 40%. U stvarnom radu, transformatori dostižu prosječnu temperaturu zavojnice od 105°C pri nominalnoj opterećenosti, s točkama toplinskog točka dosegujući 118°C. Većina transformatora podliježe procesu automatskog ponovnog zatvaranja tijekom rada.

Stoga, ako točka kratkog spoja ne nestane odmah, transformator će doživjeti drugi udar kratkog spoja u vrlo kratkom vremenu (0,8 sekundi). Međutim, nakon prvog udara toka kratkog spoja, temperatura zavojnice brzo raste. Prema standardima GB1094, maksimalna dopuštena temperatura je 250°C, pri kojoj se otpornost zavojnice na kratki spoj značajno smanji. To objašnjava zašto se većina nesreća s transformatorima događa nakon ponovnog zatvaranja.

(4) Ruhave konstrukcije zavojnice, netočno obrada transpozicije i prevelika tankost dovode do suspenzije elektromagnetskih žica. Sa perspektive lokacija oštećenja u nesrećama, deformacija se najčešće nalazi na mjestima transpozicije, posebno na mjestima transpozicije transponiranih vodilaca.

(5) Upotreba mekih vodilaca jest jedan od glavnih razloga loše otpornosti na kratki spoj u transformatorima. Zbog nedostatka rane razumijevanja ovog problema ili teškoća s opremom i procesima zavojnice, proizvođači su bili nevoljni koristiti polučvrste vodilace ili nisu imali takve zahtjeve u svojim dizajnima. Svi transformatori koji su padnuli koristili su meke vodilace.

(6) Prevelike praznine montaže rezultiraju nedostatkom podrške na elektromagnetskim žicama, stvarajući skrivene opasnosti za otpornost transformatora na kratki spoj.

(7) Neravnomjerne predzagružujuće sile primijenjene na različitim zavojnicama ili položajima tapa dovode do skakanja diskova zavojnice tijekom udara kratkog spoja, što rezultira prekomjernim savijanjem stresa na elektromagnetskim žicama i kasnijom deformacijom.

(8) Nedostatak tretmana sušenja između namotnih zavoja ili žica uzrokuje lošu otpornost na kratki spoj. Rani namoti tretirani impregnacijom lakom nisu pretrpjeli oštećenja.

(9) Nepravilno upravljanje prednapetosti namota uzrokuje neravnotežu vodiča u konvencionalnim transponiranim vodičima.

(10) Česti vanjski kratkospojni incidenti uzrokuju kumulativne efekte elektromagnetskih sila nakon višestrukih udara struje kratkog spoja, što dovodi do omekšavanja elektromagnetskih žica ili unutarnjeg relativnog pomaka, konačno rezultirajući probojem izolacije.

3. Mjere poboljšanja za povećanje otpornosti snaga transformatora na kratki spoj

(1) Provođenje ispitivanja kratkog spoja radi sprečavanja problema prije nego što nastanu

 Radna pouzdanost velikih transformatora u prvom redu ovisi o njihovoj konstrukciji i kvaliteti proizvodnog procesa, a zatim o različitim testovima provedenim tijekom rada kako bi se pravodobno utvrdilo stanje opreme. Kako bi se razumjela mehanička stabilnost transformatora, može se provesti ispitivanje kratkog spoja kako bi se identificirale slabe točke za unapređenje, osiguravajući povjerenje u projektiranje čvrstoće strukture transformatora.

(2) Standardizacija dizajna i naglasak na aksijalnom postupku stiskanja tijekom proizvodnje zavojnica

Prilikom projektiranja transformatora, proizvođači trebaju razmatrati ne samo smanjenje gubitaka i poboljšanje razine izolacije, već i povećanje mehaničke čvrstoće i otpornosti na kvarove zbog kratkog spoja. U pogledu proizvodnih procesa, budući da mnogi transformatori koriste izolacijske podloge s visokonaponskim i niskonaponskim zavojnicama koje dijele jednu istu podlogu, ovakva konstrukcija zahtijeva visoke standarde proizvodnje. Blokovi razdjelnika trebaju biti podvrgnuti zbijenom tretmanu, a nakon obrade zavojnice, pojedinačne zavojnice trebaju proći sušenje pod stalnim tlakom s mjerenjem visine komprimirane zavojnice.

Nakon navedenih postupaka, zavojnice na istoj podlozi trebaju se podešavati na istu visinu. Tijekom finalne montaže, određeni tlak treba primijeniti na zavojnice pomoću hidrauličnih uređaja kako bi se postigla projektirana i tehnološki potrebna visina. Tijekom finalne montaže, treba obratiti pozornost ne samo na stiskanje visokonaponskih zavojnica već i posebno na kontrolu stiskanja niskonaponskih zavojnica.