Krachttransformatoren: Risico's van korte sluiting, oorzaken en verbeteringsmaatregelen

Kransformatoren: Kortsluitingsrisico's, oorzaken en verbeteringsmaatregelen

Kransformatoren zijn fundamentele componenten in elektriciteitsnetwerken die energieoverdracht mogelijk maken en cruciale inductieve apparaten zijn die veilige elektriciteitsvoorziening waarborgen. Hun structuur bestaat uit primaire spoelen, secundaire spoelen en een ijzeren kern, waarbij het principe van elektromagnetische inductie wordt gebruikt om de spanning van wisselstroom te veranderen. Door lange-termijn technologische verbeteringen is de betrouwbaarheid en stabiliteit van de elektriciteitsvoorziening continu verbeterd. Er bestaan echter nog steeds diverse prominente verborgen gevaren. Sommige transformatoreenheden hebben onvoldoende weerstand tegen kortsluitingsimpact, waardoor ze gevoelig zijn voor kortsluitingverschijnselen. Om de oorzaak en locatie van storingen effectief te bepalen, moet onderzoek naar transformatorstoringen en diagnostische technologieën worden versterkt om overeenkomstige technologieën te implementeren die transformerstoringen efficiënt kunnen oplossen.

1.Risico's van kortsluitingen in kransformatoren

• Impact van stroompieken: Een plotselinge kortsluiting in een transformator veroorzaakt een grote kortsluitingsstroom. Hoewel de duur ervan kort is, kan dit gevaar al gevormd zijn voordat de hoofdschakeling van de transformator wordt afgebroken, wat potentiële interne schade aan de transformator en verminderde isolatieniveaus kan veroorzaken.

• Impact van elektromagnetische krachten: Tijdens een kortsluiting genereert overstroom significante elektromagnetische krachten die de stabiliteit beïnvloeden. In ernstige gevallen kunnen de transformatorwindingen hierdoor in zekere mate beïnvloed worden, zoals windingdeformatie, schade aan de isolatiesterkte van de windingen en schade aan andere componenten. In extreme gevallen kan dit leiden tot veiligheidsincidenten zoals brand in de transformator.

2.Oorzaken van kortsluitingen in kransformatoren

(1) Stromingsberekeningsprogramma's worden ontwikkeld op basis van idealiseerde modellen die uniforme lekage magnetisch veldverdeling, identieke spooldiameters en gelijkfase krachten aannemen. Echter, in de praktijk is het lekage magnetisch veld in transformatoren niet uniform verdeeld en is relatief geconcentreerd in de juksectie, waar elektromagnetische draden grotere mechanische krachten ervaren. Bij de overstappunten van continu getransponeerde kabels (CTC) verandert de klimhoogte de richting van de krachtsoverdracht, wat een koppel genereert. Vanwege de elasticiteitsfactor van de spacerblokken kan een onevenwichtige axiale verdeling van spacerblokken resulteren in trillende resonantie door de alterniërende lekage magnetische velden. Dit is de fundamentele reden waarom windingplaten in de ijzeren juksectie, overstappunten en overeenkomstige posities met tappunten als eerste vervormen.

(2) Het gebruik van conventionele getransponeerde geleiders met slechte mechanische sterkte maakt ze vatbaar voor vervorming, scheidingsdraden en blootgesteld koper wanneer ze worden blootgesteld aan kortsluitingsmechanische krachten. Wanneer conventionele getransponeerde geleiders worden gebruikt, genereren grote stromen en steile overstapklimmen op deze posities significant koppel. Bovendien ervaren windingplaten aan beide einden van de windingen aanzienlijk koppel door de gecombineerde effecten van radiale en axiale lekage magnetische velden, wat leidt tot draaiende vervorming. 

Bijvoorbeeld, de gemeenschappelijke winding A van de 500kV Yanggao-transformator had 71 overstappen, en door het gebruik van relatief dikke conventionele getransponeerde geleiders vertoonden 66 van deze overstappen verschillende graden van vervorming. Op soortgelijke wijze vertoonde de WuJing No. 11 hoofdtransformator ook verschillende graden van draadflipping en blootlegging aan de hoogspanningswindingeinden in de ijzeren juksectie door het gebruik van conventionele getransponeerde geleiders.

(3) Berekeningen van kortsluitingsweerstand nemen geen rekening met de impact van temperatuur op de buig- en treksterkte van elektromagnetische draden. Kortsluitingsweerstand ontworpen bij kamertemperatuur kan niet de werkelijke werkomstandigheden weerspiegelen. Volgens testresultaten heeft de temperatuur van elektromagnetische draden een significante invloed op hun opbrengstlimiet (σ0.2). Naarmate de temperatuur van elektromagnetische draden stijgt, nemen hun buig- en treksterkte en rek allemaal af. Bij 250°C zijn de buig- en treksterkte aanzienlijk lager dan bij 50°C, terwijl de rek met meer dan 40% afneemt. Tijdens de werking bereiken transformatoren gemiddeld een windingstemperatuur van 105°C bij nominale belasting, met heetste plektemperatuur die 118°C bereikt. De meeste transformatoren ondergaan automatische herinschakelprocessen tijdens de werking.

Daarom, als het kortsluitingspunt niet onmiddellijk verdwijnt, zal de transformator binnen een zeer korte tijd (0,8 seconden) een tweede kortsluitingsimpact ervaren. Echter, na de eerste kortsluitingsstroomimpact stijgt de windingstemperatuur sterk. Volgens GB1094-normen is de maximale toegestane temperatuur 250°C, waarbij de kortsluitingsweerstand van de winding aanzienlijk is afgenomen. Dit verklaart waarom de meeste transformerstoringen door kortsluiting optreden na herinschakeloperaties.

(4) Losse windingconstructies, onjuiste overstapprocedures en te dunne constructies doen elektromagnetische draden zweven. Vanuit het perspectief van beschadigingslocaties in ongelukken, is vervorming het meest voorkomend bij overstappunten, vooral bij de overstapposities van getransponeerde geleiders.

(5) Het gebruik van zachte geleiders is een van de belangrijkste oorzaken van slechte kortsluitingsweerstand in transformatoren. Vanwege een onvoldoende vroege begrip van dit probleem of problemen met windingapparatuur en -processen, waren fabrikanten terughoudend om half-rigide geleiders te gebruiken of hadden geen dergelijke eisen in hun ontwerpen. Transformatoren die defecten vertoonden, gebruikten allemaal zachte geleiders.

(6) Excessieve montagegaten resulteert in onvoldoende ondersteuning op elektromagnetische draden, wat gevaarlijke situaties creëert voor de kortsluitingsweerstand van transformatoren.

(7) Ongelijke voorbelasting van verschillende windingen of tapposities zorgt ervoor dat windingplaten springen tijdens kortsluitingsimpacten, wat leidt tot excessieve buigspanningen op elektromagnetische draden en vervolgens vervorming.

(8) Het ontbreken van een verhardingstreatment tussen de windingen of draden leidt tot een slechte korte-slagsbestendigheid. Vroegere windingen die met een vernisbad werden behandeld, liepen geen schade op.

(9) Onjuiste controle van de voorverdichtingskracht van de windingen zorgt voor misplaatste geleiders in traditionele omgewisselde geleiders.

(10) Regelmatige externe korte slagen veroorzaken cumulatieve effecten van elektromagnetische krachten na meerdere korte-slagelektrische stroomimpacten, wat leidt tot verzachting van elektromagnetische draden of interne relatieve verschuiving, uiteindelijk resultaterend in isolatie-throughdrift.

3. Verbeteringsmaatregelen om de korte-slagsbestendigheid van elektriciteitstransformatoren te verhogen

(1) Voer kortsluitproeven uit om problemen voor te zijn

 De operationele betrouwbaarheid van grote transformatoren hangt vooral af van hun structuur en de kwaliteit van het productieproces, gevolgd door verschillende proeven tijdens de bedrijfsvoering om de toestand van de apparatuur op tijd te begrijpen. Om de mechanische stabiliteit van een transformator te begrijpen, kunnen kortsluitproeven worden uitgevoerd om zwakke punten te identificeren voor verbetering, waardoor vertrouwen wordt gegarandeerd in het structuursterkteontwerp van transformatoren.

(2) Standaardiseer het ontwerp en benadruk het axiale compressieproces bij de vervaardiging van spoelen

Bij het ontwerpen van transformatoren moeten fabrikanten niet alleen rekening houden met het verminderen van verliezen en het verbeteren van isolatieniveaus, maar ook de mechanische sterkte en de bestendigheid tegen korte-slagelektrische stroomfouten verhogen. Wat het productieproces betreft, aangezien veel transformatoren gebruikmaken van geïsoleerde persplaten waarbij hoog- en laagspanningsspoelen een enkele persplaat delen, vereist deze structuur hoge standaarden van het productieproces. Tussenplanken moeten ondergaan aan verdichting en na de spoelbewerking moeten individuele spoelen ondergaan aan constant-drukdroging met meting van de samengedrukte spoelhoogte.

Na bovenstaande bewerking moet de hoogte van de spoelen op dezelfde persplaat worden aangepast naar dezelfde hoogte. Tijdens de eindmontage moet met hydraulische apparatuur de gespecificeerde druk worden toegepast op de spoelen om de ontworpen en procesvereiste hoogte te bereiken. Tijdens de eindmontage moet niet alleen aandacht worden besteed aan de compressie van de hoogspanningsspoelen, maar ook speciaal aan het controleren van de compressie van de laagspanningsspoelen.