Krafttransformatorer: Risiko for kortslutning årsaker og forbedrings tiltak

Krafttransformatorer: Risikoer ved kortslutning, årsaker og forbedringsforanstaltninger

Krafttransformatorer er grunnleggende komponenter i kraftsystemer som gir energioverføring og er viktige induksjonsenheter som sikrer trygg drift av strøm. Deres struktur består av primærspoler, sekundærspoler og et jernkjern, og de bruker prinsippet om elektromagnetisk induksjon til å endre AC-spenn. Gjennom langevarig teknologisk forbedring har påliteligheten og stabilitетen av strømforsyningen kontinuerlig økt. Imidlertid eksisterer det fremdeles ulike framtrådende skjulte farer. Noen transformatorenheter lider av utilstrekkelig motstand mot kortslutningspåvirkning, noe som gjør dem utsatt for kortslutningsfenomener. For å effektivt fastslå feilårsaker og lokasjoner må forskningen på transformatorfeil og diagnostikkteknologier intensiveres for å innføre tilsvarande teknologier som effektivt løser problemene med transformatorfeildiagnose.

1. Farene ved kortslutning i krafttransformatorer

• Påvirkning av strømstøt: En plutselig kortslutning i en transformator genererer en stor kortslutningsstrøm. Selv om dens varighet er kort, kan denne skjulte fare allerede ha dannet seg før hovedkretsen i transformatoren blir koblet fra, og den kan potensielt forårsake interne skader på transformatoren og redusert isolasjon.

• Påvirkning av elektromagnetiske krefter: Under en kortslutning genererer overstrøm betydelige elektromagnetiske krefter som påvirker stabiliteten. I alvorlige tilfeller kan transformatorspoler bli påvirket i en vis grad, slik som spoldeformering, skade på spolens isolasjonsevne og skade på andre komponenter. I ekstreme tilfeller kan dette føre til strømsikkerhetshendelser som transformatorbrann.

2. Årsaker til kortslutning i krafttransformatorer

(1) Strømberegningprogrammer utvikles basert på idealiserte modeller som antar uniform lekkasje av magnetfelt, identiske spoldiameterer og in-phase krefter. Imidlertid er lekkasjemagnetfeltet i transformatorer ikke jevnt fordelt i virkeligheten, og er relativt koncentrert i yoke-seksjonen, hvor elektromagnetiske ledninger opplever større mekaniske krefter. Ved transposisjonspunkter for kontinuerlig transponerte kabler (CTC), endrer klatringsslope retningen for kraftoverføring, og genererer dreiemoment. På grunn av elastisk modulusfaktoren til mellomromsblokker, kan ujevn aksefordeling av mellomromsblokker føre til at alternerende krefter produsert av alternerende lekkasje av magnetfelt opplever forsinket resonans. Dette er den grunnleggende årsaken til at spoldisker i jernkjernen, transposisjonspunkter og tilsvarende posisjoner med tappeendringer deformeres først.

(2) Bruk av konvensjonelle transponerte ledere med dårlig mekanisk styrke gjør dem utsatt for deformering, trådseparasjon og eksponert kobber når de utsattes for kortslutningsmekaniske krefter. Når man bruker konvensjonelle transponerte ledere, genererer store strømmer og bratte transposisjonsglir betydelige dreiemoment. I tillegg opplever spoldisker på begge ender av spoler betydelige dreiemoment på grunn av kombinasjonen av radiell og aksial lekkasje av magnetfelt, noe som fører til vrangdeformering.

For eksempel hadde fase A fellesvindingen i 500kV Yanggao-transformator 71 transposisjoner, og på grunn av bruk av relativt tykke konvensjonelle transponerte ledere, viste 66 av disse transposisjonene ulike grad av deformering. Tilsvarende viste WuJing Nr. 11 hovedtransformator ulike grad av trådflipping og eksponering ved høytrykkvindingens ender i jernkjernyokeseksjonen pga bruk av konvensjonelle transponerte ledere.

(3) Beregninger av kortslutningsmotstand tar ikke hensyn til temperaturens påvirkning på bøyning og strekkstyrken til elektromagnetiske ledere. Kortslutningsmotstand designet ved romtemperatur kan ikke reflektere de faktiske driftsforholdene. Ifølge testresultater, har temperaturen på elektromagnetiske ledere betydelig påvirkning på deres grenseverdi (σ0.2). Når temperaturen på elektromagnetiske ledere øker, minker både deres bøyningstyrke, strekkstyrke og forlening. Ved 250°C er bøyning og strekkstyrke betydelig lavere enn ved 50°C, mens forleningen minker med mer enn 40%. Under normal drift når transformatorer en gjennomsnittlig vindings temperatur på 105°C ved nominell belastning, med hetspottemperaturer på 118°C. De fleste transformatorer undergår automatiske rekoblingsprosesser under drift.

Derfor, hvis kortslutningspunktet ikke umiddelbart forsvinner, vil transformatoren oppleve en annen kortslutningspåvirkning innen en svært kort tid (0,8 sekunder). Men etter den første kortslutningsstrømpåvirkningen, stiger vindings temperaturen skarpt. Ifølge GB1094-standarder er den maksimalt tillatte temperaturen 250°C, da har vindings kortslutningsmotstand signifikant sunket. Dette forklarer hvorfor de fleste transformator-kortslutningsulykker skjer etter rekoblingsoperasjoner.

(4) Løs vindingskonstruksjon, upassende transposisjonsbehandling og for mye tynnhet gjør at elektromagnetiske ledere blir suspenderet. Fra perspektivet av skadested i ulykker, er deformering mest vanlig ved transposisjonspunkter, spesielt ved transposisjonsplasseringer av transponerte ledere.

(5) Bruk av myke ledere er en av de hovedårsakene til dårlig kortslutningsmotstand i transformatorer. På grunn av utilstrekkelig tidlig forståelse av dette problemet eller vanskeligheter med vindingsutstyr og prosesser, var produsenter motvilje mot å bruke halvhårde ledere eller hadde ingen slike krav i sine design. Transformatorer som har mislyktes, brukte alle myke ledere.

(6) For store monteringsglipper resulterer i utilstrekkelig støtte på elektromagnetiske ledere, og skaper skjulte farer for transformatorers kortslutningsmotstand.

(7) Ujevne forhåndsinnspenningskrefter på ulike vindinger eller tappeposisjoner fører til at vindingsdisker hopper under kortslutningspåvirkninger, noe som resulterer i for stor bøyningsspenn på elektromagnetiske ledere og følgende deformering.

(8) Mangel på kurering mellom vindingslag eller ledninger fører til dårlig motstand mot kortslutning. Tidligere vindinger behandlet med impregnering i lak ble ikke skadet.

(9) Ukorrekt kontroll av forhåndsforsterkingskraften fører til misplacering av lederne i konvensjonelle transponerte ledere.

(10) Hyppige eksterne kortslutningshendelser fører til kumulative effekter av elektromagnetiske krefter etter flere kortslutningsstrømmer, som fører til formening av elektromagnetiske ledere eller intern relativ forskyvning, og til slutt isoleringsbrudd.

3.Forbedrings tiltak for å øke strømtransformerens motstand mot kortslutning

(1) Utfør kortslutningstesting for å forebygge problemer før de oppstår

 Operasjonsfiabiliteten til store transformerer avhenger hovedsakelig av deres struktur og kvaliteten på produksjonsprosessen, etterfulgt av ulike tester utført under drift for å holde styr på utstyrsforhold. For å forstå en transformers mekaniske stabilitet, kan kortslutningstesting utføres for å identifisere svake punkter for forbedring, slik at man kan ha tillit til den konstruksjonelle styrke designet av transformerer.

(2) Standardiser design og legg vekt på aksekomprimeringsprosess under spoleproduksjon

Når transformerer designes, bør produsenter ikke bare vurdere reduksjon av tap og forbedring av isolasjonnivå, men også forbedring av mekanisk styrke og motstand mot kortslutningsfeil. Når det gjelder produksjonsprosesser, da mange transformerer bruker isolerte pressplate med høy- og lavspenningsspoiler som deler en enkelt pressplate, krever denne strukturen høye standarder for produksjonsprosesser. Mellomromsblokker bør undergå tetthetsbehandling, og etter spolebehandling bør individuelle spoler undergå konstanttrykk tørking med måling av komprimert spoledybde.

Etter denne prosessen bør spoler på samme pressplate justeres til samme høyde. Under siste montering bør spesifisert trykk anvendes på spoler ved hjelp av hydrauliske enheter for å oppnå den designerte og prosesskravene høyden. Under siste montering bør det ikke bare legges vekt på komprimering av høyspenningsspoiler, men også spesielt på kontroll av komprimering av lavspenningsspoiler.