Трансформаторы мощности: Риски короткого замыкания причины и меры улучшения

Трансформаторы мощности: риски короткого замыкания, причины и меры улучшения

Трансформаторы мощности являются основными компонентами в энергетических системах, обеспечивающими передачу энергии, и являются важными индукционными устройствами, гарантирующими безопасную работу энергосистем. Их структура состоит из первичных обмоток, вторичных обмоток и железного сердечника, использующих принцип электромагнитной индукции для изменения напряжения переменного тока. Благодаря долгосрочным технологическим улучшениям, надежность и стабильность энергоснабжения непрерывно повышаются. Однако существуют различные значительные скрытые опасности. Некоторые трансформаторные установки имеют недостаточную способность к противостоянию удару при коротком замыкании, что делает их подверженными явлению короткого замыкания. Для эффективного определения причин неисправностей и их местоположения необходимо усиление исследований по неисправностям трансформаторов и диагностическим технологиям, чтобы применять соответствующие технологии, которые эффективно решают проблемы диагностики неисправностей трансформаторов.

1. Опасности короткого замыкания в трансформаторах мощности

• Влияние импульсного тока: внезапное короткое замыкание в трансформаторе генерирует большой ток короткого замыкания. Хотя его продолжительность кратковременна, до отключения основного цепи трансформатора, эта скрытая опасность может уже сформироваться, потенциально вызывая внутренние повреждения трансформатора и снижение уровня изоляции.

• Влияние электромагнитных сил: во время короткого замыкания перегрузочный ток генерирует значительные электромагнитные силы, влияющие на устойчивость. В серьезных случаях обмотки трансформатора могут быть повреждены, например, деформация обмоток, повреждение прочности изоляции обмоток и повреждение других компонентов. В крайних случаях это может привести к авариям безопасности, таким как возгорание трансформатора.

2. Причины короткого замыкания в трансформаторах мощности

(1) Программы расчета тока разрабатываются на основе идеализированных моделей, предполагающих равномерное распределение утечек магнитного поля, одинаковые диаметры витков и синхронные силы. Однако, на практике, утечки магнитного поля в трансформаторах не распределяются равномерно и относительно концентрируются в секции траверсы, где электромагнитные провода испытывают большие механические нагрузки. В точках переключения непрерывно перемещаемых кабелей (CTC) изменение угла подъема меняет направление передачи силы, создавая момент. Из-за фактора модуля упругости блоков-проставок, неравномерное осевое распределение блоков-проставок может привести к тому, что альтернирующие силы, создаваемые альтернирующим магнитным полем утечки, испытывают запаздывающий резонанс. Это является фундаментальной причиной того, почему диски обмоток в секции железного сердечника, точки переключения и соответствующие позиции с регулятором напряжения деформируются в первую очередь.

(2) Использование обычных перемещаемых проводников с низкой механической прочностью делает их подверженными деформации, расслоению жил и оголению меди при воздействии механических сил короткого замыкания. При использовании обычных перемещаемых проводников, большие токи и крутые подъемы в этих местах генерируют значительный момент. Кроме того, диски обмоток на обоих концах обмоток испытывают значительный момент из-за совместного воздействия радиального и осевого магнитного поля утечки, что приводит к скручивающей деформации.

Например, общая обмотка фазы A 500 кВ трансформатора Янгао имела 71 переключение, и из-за использования относительно толстых обычных перемещаемых проводников, 66 из этих переключений показали различную степень деформации. Аналогично, главный трансформатор УЦзин № 11 также демонстрировал различные степени переворота и оголения проводов на концах высоковольтной обмотки в секции железного сердечника из-за использования обычных перемещаемых проводников.

(3) Расчеты сопротивления короткому замыканию не учитывают влияния температуры на изгибную и растяжимую прочность электромагнитных проводов. Сопротивление короткому замыканию, спроектированное при комнатной температуре, не отражает реальных условий эксплуатации. Согласно результатам тестов, температура электромагнитных проводов значительно влияет на их предел текучести (σ0.2). По мере увеличения температуры электромагнитных проводов их изгибная прочность, прочность на растяжение и удлинение уменьшаются. При 250°C изгибная и растяжимая прочность значительно ниже, чем при 50°C, а удлинение уменьшается более чем на 40%. В реальной эксплуатации трансформаторы достигают средней температуры обмоток 105°C при номинальной нагрузке, с горячими точками, достигающими 118°C. Большинство трансформаторов проходят автоматический процесс повторного включения во время эксплуатации.

Следовательно, если точка короткого замыкания не исчезает немедленно, трансформатор будет подвергнут второму удару короткого замыкания в очень короткое время (0,8 секунды). Однако после первого удара тока короткого замыкания температура обмотки резко повышается. Согласно стандартам GB1094, максимальная допустимая температура составляет 250°C, при которой сопротивление обмотки короткому замыканию значительно уменьшается. Это объясняет, почему большинство аварий короткого замыкания трансформаторов происходит после операций повторного включения.

(4) Слабая конструкция обмоток, неправильная обработка переключения и чрезмерная тонкость приводят к тому, что электромагнитные провода становятся подвешенными. С точки зрения мест повреждений в авариях, деформация наиболее часто встречается в точках переключения, особенно в местах переключения перемещаемых проводников.

(5) Использование мягких проводников является одной из основных причин низкого сопротивления короткому замыканию трансформаторов. Из-за недостаточного раннего понимания этой проблемы или трудностей с оборудованием и процессами намотки, производители были неохотны использовать полу-жесткие проводники или не имели таких требований в своих проектах. Все трансформаторы, которые вышли из строя, использовали мягкие проводники.

(6) Чрезмерные сборочные зазоры приводят к недостаточной поддержке электромагнитных проводов, создавая скрытые опасности для сопротивления короткому замыканию трансформаторов.

(7) Неравномерное предварительное натяжение различных обмоток или позиций регулятора напряжения приводит к скачкам дисков обмоток при ударе короткого замыкания, что приводит к чрезмерному изгибающему напряжению на электромагнитных проводах и последующей деформации.

(8) Отсутствие термической обработки между витками или проводами приводит к низкой устойчивости к короткому замыканию. Ранние обмотки, обработанные погружением в лак, не получали повреждений.

(9) Неправильное управление предварительным усилием затяжки обмоток вызывает смещение проводников в традиционных переключаемых проводниках.

(10) Частые внешние короткие замыкания приводят к накоплению эффектов электромагнитных сил после многократного воздействия токов короткого замыкания, что приводит к размягчению электромагнитных проводов или внутреннему относительному смещению, в конечном итоге приводящему к пробою изоляции.

3. Меры по улучшению устойчивости силовых трансформаторов к короткому замыканию

(1) Проведение испытаний на короткое замыкание для предотвращения проблем до их возникновения

 Операционная надежность крупных трансформаторов в основном зависит от их конструкции и качества производственного процесса, а затем от различных тестов, проводимых во время эксплуатации, чтобы своевременно оценить состояние оборудования. Чтобы понять механическую стабильность трансформатора, можно провести испытания на короткое замыкание, чтобы выявить слабые места для улучшения, обеспечивая уверенность в прочности конструктивного дизайна трансформаторов.

(2) Стандартизация проектирования и акцент на осевом сжатии при изготовлении катушек

При проектировании трансформаторов производители должны учитывать не только снижение потерь и улучшение уровня изоляции, но и повышение механической прочности и устойчивости к коротким замыканиям. В отношении производственных процессов, поскольку многие трансформаторы используют изолированные пресс-пластины, где высоковольтные и низковольтные обмотки делят одну пресс-платину, эта структура требует высоких стандартов производственного процесса. Прокладочные блоки должны подвергаться уплотнению, и после обработки обмоток каждая обмотка должна пройти сушку под постоянным давлением с измерением высоты сжатой обмотки.

После вышеуказанной обработки обмотки на одной пресс-платине должны быть отрегулированы до одинаковой высоты. При окончательной сборке на обмотки следует применять заданное давление с помощью гидравлических устройств, чтобы достичь высоты, предусмотренной проектом и технологическим процессом. При окончательной сборке следует обращать внимание не только на сжатие высоковольтных обмоток, но и особенно на контроль сжатия низковольтных обмоток.