Pengubah Tegangan: Risiko Sambungan Pendek Penyebab dan Langkah Peningkatan

Pengubah Tenaga: Risiko Sambungan Pendek, Penyebab, dan Tindakan Peningkatan

Pengubah tenaga adalah komponen asas dalam sistem tenaga yang menyediakan penghantaran tenaga dan merupakan peranti induksi penting yang memastikan operasi tenaga yang selamat. Strukturnya terdiri daripada gegelung utama, gegelung sekunder, dan inti besi, menggunakan prinsip induksi elektromagnetik untuk mengubah voltan AC. Melalui penambahbaikan teknologi jangka panjang, kebolehpercayaan dan kestabilan bekalan tenaga telah berterusan meningkat. Walau bagaimanapun, pelbagai bahaya tersembunyi masih wujud. Sesetengah unit pengubah tenaga menderita dari keupayaan tahanan sambungan pendek yang tidak mencukupi, menjadikan mereka cenderung kepada fenomena sambungan pendek. Untuk menentukan sebab dan lokasi kerosakan dengan berkesan, penyelidikan tentang kegagalan pengubah tenaga dan teknologi diagnosis harus diperkuatkan untuk menerapkan teknologi yang berkaitan yang dapat menyelesaikan masalah diagnosis kerosakan pengubah tenaga secara efisien.

1. Bahaya Sambungan Pendek Pengubah Tenaga

• Impak Arus Gelombang: Sambungan pendek mendadak pada pengubah tenaga menghasilkan arus pendek yang besar. Walaupun tempohnya singkat, sebelum litar utama pengubah tenaga diputuskan, bahaya tersembunyi ini mungkin sudah terbentuk, boleh menyebabkan kerosakan dalaman pada pengubah tenaga dan penurunan tahap pengasingan.

• Impak Daya Elektromagnetik: Semasa sambungan pendek, arus berlebihan menghasilkan daya elektromagnetik yang signifikan yang mempengaruhi kestabilan. Dalam kes yang teruk, gegelung pengubah tenaga boleh dipengaruhi hingga tahap tertentu, seperti deformasi gegelung, kerosakan kekuatan pengasingan gegelung, dan kerosakan komponen lain. Dalam kes ekstrem, ini mungkin menyebabkan kemalangan keselamatan tenaga seperti pembakaran pengubah tenaga.

2. Penyebab Sambungan Pendek Pengubah Tenaga

(1) Program pengiraan arus dibangunkan berdasarkan model ideal yang mengandaikan taburan medan magnet bocor seragam, diameter putaran yang sama, dan daya fasa yang sama. Walau bagaimanapun, dalam realiti, medan magnet bocor di dalam pengubah tenaga tidak bertaburan seragam dan agak terpusat di bahagian yoke, di mana wayar elektromagnetik mengalami daya mekanikal yang lebih besar. Di titik transposisi kabel bertansposisi berterusan (CTC), perubahan lereng merambat mengubah arah penghantaran daya, menghasilkan momen. Karena faktor modulus elastik blok pemisah, taburan aksial blok pemisah yang tidak seragam boleh menyebabkan daya bergantian yang dihasilkan oleh medan magnet bocor bergantian mengalami risonansi yang tertunda. Ini adalah sebab asas mengapa cakera gegelung di bahagian yoke inti, titik transposisi, dan kedudukan yang sepadan dengan perubahan tap berdeformasi dahulu.

(2) Menggunakan konduktor bertansposisi konvensional dengan kekuatan mekanikal yang lemah membuatnya mudah berdeformasi, berpisah, dan tembaga terdedah apabila diserang oleh daya mekanikal sambungan pendek. Apabila menggunakan konduktor bertansposisi konvensional, arus yang besar dan tanjakan transposisi yang curam di kedudukan ini menghasilkan momen yang signifikan. Selain itu, cakera gegelung di kedua-dua hujung gegelung mengalami momen yang signifikan akibat gabungan kesan medan magnet bocor radial dan aksial, menyebabkan deformasi melinting.

Sebagai contoh, gegelung biasa fasa A pengubah tenaga 500kV Yanggao mempunyai 71 transposisi, dan kerana menggunakan konduktor bertansposisi konvensional yang relatif tebal, 66 daripada transposisi ini menunjukkan tahap deformasi yang berbeza. Begitu juga, transformer utama WuJing No. 11 juga menunjukkan tahap lipatan wayar dan pendedahan yang berbeza di hujung gegelung tegangan tinggi di bahagian yoke inti kerana menggunakan konduktor bertansposisi konvensional.

(3) Pengiraan tahanan sambungan pendek gagal mempertimbangkan impak suhu terhadap kekuatan melengkung dan tarikan wayar elektromagnetik. Tahanan sambungan pendek yang direka pada suhu bilik tidak dapat mencerminkan keadaan operasi sebenar. Berdasarkan hasil ujian, suhu wayar elektromagnetik sangat mempengaruhi had rendah (σ0.2). Seiring dengan peningkatan suhu wayar elektromagnetik, kekuatan melengkung, kekuatan tarikan, dan pemanjangan semuanya berkurang. Pada 250°C, kekuatan melengkung dan tarikan jauh lebih rendah daripada pada 50°C, manakala pemanjangan berkurang lebih daripada 40%. Dalam operasi sebenar, pengubah tenaga mencapai suhu gegelung purata 105°C pada beban dinamakan, dengan suhu titik panas mencapai 118°C. Kebanyakan pengubah tenaga mengalami proses reklosan automatik semasa operasi.

Oleh itu, jika titik sambungan pendek tidak hilang segera, pengubah tenaga akan mengalami impak sambungan pendek kedua dalam masa yang sangat singkat (0.8 saat). Namun, selepas impak arus sambungan pendek pertama, suhu gegelung meningkat dengan tiba-tiba. Menurut piawaian GB1094, suhu maksimum yang dibenarkan adalah 250°C, di mana tahanan sambungan pendek gegelung telah berkurang secara signifikan. Ini menerangkan mengapa kebanyakan kemalangan sambungan pendek pengubah tenaga berlaku selepas operasi reklosan.

(4) Konstruksi gegelung yang longgar, pemprosesan transposisi yang tidak tepat, dan ketipisan berlebihan menyebabkan wayar elektromagnetik menjadi tersangkut. Dari sudut pandangan lokasi kerosakan dalam kemalangan, deformasi paling sering ditemui di titik transposisi, terutamanya di lokasi transposisi konduktor bertansposisi.

(5) Penggunaan konduktor lembut adalah salah satu sebab utama tahanan sambungan pendek yang lemah pada pengubah tenaga. Kerana pemahaman awal yang tidak mencukupi terhadap isu ini atau kesukaran dengan peralatan dan proses gegelung, pembuat enggan menggunakan konduktor separuh keras atau tidak mempunyai keperluan sedemikian dalam reka bentuk mereka. Pengubah tenaga yang gagal semua menggunakan konduktor lembut.

(6) Celah penyatuan yang berlebihan menyebabkan sokongan yang tidak mencukupi pada wayar elektromagnetik, mencipta bahaya tersembunyi bagi tahanan sambungan pendek pengubah tenaga.

(7) Daya pre-ketat yang tidak seragam dikenakan pada pelbagai gegelung atau kedudukan tap menyebabkan cakera gegelung melompat semasa impak sambungan pendek, menghasilkan tekanan melengkung berlebihan pada wayar elektromagnetik dan deformasi seterusnya.

(8) Kekurangan rawatan penyembuhan antara lilitan atau dawai menyebabkan ketahanan terhadap korsleting yang lemah. Lilitan awal yang dirawat dengan rendaman vernis tidak mengalami kerosakan.

(9) Kawalan yang tidak tepat terhadap daya pengencangan pralilitan menyebabkan salah perletakan konduktor dalam konduktor transposisi konvensional.

(10) Insiden korsleting luaran yang sering menyebabkan kesan kumulatif dari daya elektromagnetik selepas beberapa impak arus korsleting, yang membawa kepada pelembutan dawai elektromagnetik atau perletakan relatif dalaman, akhirnya menyebabkan pemecahan isolasi.

3. Langkah Peningkatan untuk Meningkatkan Ketahanan Korsleting Transformator Kuasa

(1) Lakukan Ujian Korsleting untuk Mencegah Masalah Sebelum Berlaku

 Kerelaiabilitan operasi transformator besar sebahagian besarnya bergantung pada strukturnya dan kualiti proses pembuatan, diikuti oleh pelbagai ujian yang dijalankan semasa operasi untuk menggenggam keadaan peralatan secara tepat pada masanya. Untuk memahami kestabilan mekanikal transformator, ujian korsleting boleh dilakukan untuk mengenal pasti titik-titik lemah bagi penambahbaikan, memastikan keyakinan dalam reka bentuk kekuatan struktur transformator.

(2) Standarkan Reka Bentuk dan Tumpukan Proses Pengepresan Aksial dalam Pembuatan Lilitan

Apabila merancang transformator, pembuat-pembuat harus mempertimbangkan bukan sahaja pengurangan kerugian dan peningkatan tahap isolasi tetapi juga peningkatan kekuatan mekanikal dan ketahanan terhadap ralat korsleting. Dari segi proses pembuatan, kerana banyak transformator menggunakan plat tekan berisolasi dengan lilitan tegangan tinggi dan rendah berkongsi satu plat tekan, struktur ini memerlukan standard proses pembuatan yang tinggi. Baki pemisah harus menjalani rawatan penebatan, dan selepas pemprosesan lilitan, setiap lilitan harus menjalani pengeringan bawah tekanan tetap dengan pengukuran ketinggian lilitan yang dipres.

Selepas pemprosesan di atas, lilitan pada plat tekan yang sama harus disesuaikan kepada ketinggian yang sama. Semasa penyusunan akhir, tekanan tertentu harus dikenakan kepada lilitan menggunakan peranti hidraulik untuk mencapai ketinggian yang direka dan diperlukan oleh proses. Semasa penyusunan akhir, perhatian harus diberikan bukan sahaja kepada pengepresan lilitan tegangan tinggi tetapi juga khususnya kepada kawalan pengepresan lilitan tegangan rendah.