Močne transformatorji: Tveganja pri kratkem krogu povzročila in ukrepi za izboljšanje

Močne transformatorje: Tveganja, vzroki in ukrepi za izboljšanje zaradi kratkih krožnic

Močni transformatorji so temeljni komponenti v sistemih za oskrbo z energijo, ki zagotavljajo prenos energije in so ključni indukcijski naprave, ki omogočajo varno delovanje s električno energijo. Njihova struktura vključuje primarne čevlje, sekundarne čevlje in železni jedro, ki uporabljajo načelo elektromagnetske indukcije za spreminjanje napetosti strome. Skozi dolgoročne tehnološke izboljšave je zanesljivost in stabilnost oskrbe z energijo stalno naraščala. Vseeno pa še vedno obstajajo različna učinka tveganja. Nekateri transformatorji nimajo zadostne zmogljivosti za odpor proti udarcu kratkih krožnic, kar jih čini občutljive za pojav kratičnih krožnic. Za učinkovito določitev vzrokov in lokacij težav mora biti intenzificirana raziskava o težavah pri transformatorjih in diagnostičnih tehnologijah, da bi bile uporabljene ustrezne tehnologije, ki učinkovito rešujejo probleme diagnostike težav pri transformatorjih.

1. Nevarnosti močnih transformatorjev zaradi kratkih krožnic

• Vpliv pretokov: Nenadnja kratka krožnica v transformatorju generira velik tok kratke krožnice. Čeprav je njegov trajanje kratko, preden se glavni tok transformatorja prekine, to skrita nevarnost morda že obstaja, kar lahko povzroči notranje poškodbe transformatorja in zmanjšanje ravni izolacije.

• Vpliv elektromagnetnih sil: Med kratko krožnico prekomerna struja generira znatne elektromagnetne sile, ki vplivajo na stabilnost. V hujših primerih lahko do neke mere prizadenejo čevlje transformatorja, kot so deformacija čevljev, poškodba čevljev in drugih komponent. V ekstremnih primerih to lahko pripelje do varnostnih nesreč, kot je zgorevanje transformatorja.

2. Vzroki močnih transformatorjev zaradi kratkih krožnic

(1) Programi za izračun struje so razviti na podlagi idealiziranih modelov, ki predpostavljajo enakomerno porazdeljenje iztekanega magnetnega polja, identične premerje čevljev in sferične sile. Vendar v resnici je iztekanje magnetnega polja v transformatorjih neenakomerno porazdeljeno in je relativno koncentrirano v delu joka, kjer elektromagnetske žice prenašajo večje mehanske sile. Na točkah transpozicije kontinuirano transponiranih kabelov (CTC) se spremeni smer prenosa sile, kar generira vrtilno količino. Zaradi faktora elastičnega modula med bloki razmaknilcev lahko neenakomerna osna porazdelitev blokov razmaknilcev povzroči zakasnjeno resonanco med alternirajočimi silami, ki jih generirajo alternirajoča iztekanja magnetnega polja. To je temeljni razlog, zakaj se najprej deformirajo vodilne plošče v delu joka jedra, na točkah transpozicije in na ustreznih mestih z promenljivimi tapovi.

(2) Uporaba konvencionalnih transponiranih vodil z nizko mehansko trdoto jih naredi občutljive za deformacije, ločevanje in izpostavljenost bakra, ko so izpostavljeni mehanskim silam kratkih krožnic. Pri uporabi konvencionalnih transponiranih vodil veliki tokovi in strmni naraščaji na teh mestih generirajo znatne vrtilne količine. Poleg tega vodilne plošče na obema krajiščema čevljev izkušajo znatne vrtilne količine zaradi kombiniranega vpliva radialnega in osnega iztekanega magnetnega polja, kar vodi do deformacije zaradi vrtenja.

Na primer, faza A skupnega čevlja 500 kV Yanggao transformatorja je imela 71 transpozicij, in zaradi uporabe relativno debelih konvencionalnih transponiranih vodil 66 teh transpozicij pokazovala različne stopnje deformacij. Podobno so se pri uporabi konvencionalnih transponiranih vodil na visokonapetostnih čevlju koncu v delu joka jedra WuJing No. 11 glavni transformator različno stopnjo obrnljivosti in izpostavljenosti žice.

(3) Izračuni odpornosti na kratke krožnice ne upoštevajo vpliva temperature na uginjanje in raztezanje elektromagnetskih žic. Odpornost na kratke krožnice, zasnovana pri sobni temperaturi, ne more odraziti dejanskih pogojev delovanja. Po testnih rezultatih temperatura elektromagnetskih žic znatno vpliva na mejno trdoto (σ0.2). Ko se temperatura elektromagnetskih žic poveča, se njihova trdota pri uginjanju, trdota pri raztezanju in prodolžljivost zmanjšajo. Pri 250°C je trdota pri uginjanju in raztezanju znatno nižja kot pri 50°C, dokler prodolžljivost pada za več kot 40%. V dejanskem delovanju dosežejo transformatorji pri nominalnem obremenitvi povprečno temperaturo čevljev 105°C, z točkami visoke temperature, ki dosežejo 118°C. Večina transformatorjev izvaja avtomatske ponovne zaprtja med delovanjem.

Zato, če točka kratke krožnice ne izgine takoj, bo transformator v zelo kratkem času (0,8 sekunde) izkušel drugi udarec kratke krožnice. Vendar po prvem udarcu toka kratke krožnice temperatura čevljev hitro naraste. Po standardih GB1094 je najvišja dovoljena temperatura 250°C, pri kateri je odpornost čevljev na kratke krožnice znatno zmanjšana. To razloži, zakaj se večina nesreč z kratkimi krožnicami transformatorjev zgodi po operacijah ponovnega zaprtja.

(4) Sproščena gradnja čevljev, napačna obdelava transpozicije in prevelika tankost povzročajo, da se elektromagnetske žice uvisijo. Glede na lokacije poškodb v nesrečah je najpogosteje deformiranje na mestih transpozicije, zlasti na mestih transpozicije transponiranih vodil.

(5) Uporaba mehkih vodil je eden izmed glavnih razlogov za slabo odpornost transformatorjev na kratke krožnice. Zaradi nedostatka zgodnjega razumevanja tega problema ali težav z opremo in postopki za namotanje so proizvajalci bili nestrpnostni do uporabe poltrdnih vodil ali pa niso imeli takšnih zahtev v svojih dizajnih. Vsi transformatorji, ki so propadli, so uporabili mehke vodile.

(6) Preveliki montažni presledki povzročajo nedostatek podpore na elektromagnetskih žicah, kar ustvarja skrita tveganja za odpornost transformatorjev na kratke krožnice.

(7) Neenakomerna prednapetost različnih čevljev ali položajev tapov povzroča, da se vodilne plošče premaknejo med udarcem kratke krožnice, kar povzroča prekomerno uginjalno napetost na elektromagnetskih žicah in slednjo deformacijo.

(8) Pomanjkanje odvijanja med vikovi ali žicami vodi do slabe odpornosti na kratke krožnice. Ranee viki, ki so bile obdelane s potopitvijo v lak, niso pretrpele škode.

(9) Nepravilna kontrola prednapetostne sile vikanja povzroča nepravilno porazdelitev vodilnikov pri tradicionalnih zamenjenih vodilnikih.

(10) Frekventne zunanje kratke krožnice povzročajo kumulativne učinke elektromagnetnih sil po večkratnem vplivu tokov kratkih krožnic, kar vodi do omekšanja elektromagnetnih žic ali notranje relativne razlike, kar končno povzroči propad izolacije.

3. Ukrepi za izboljšanje odpornosti močnih transformatorjev na kratke krožnice

(1) Izvedba preskusov kratkih krožnic za preprečevanje težav pred njihovim nastankom

 Zanesljivost delovanja velikih transformatorjev je predvsem odvisna od njihove strukture in kakovosti proizvodnega procesa, sledijo pa tudi različni preskusi, ki se izvajajo med delovanjem, da se pravočasno ujame stanje opremo. Za razumevanje mehanske stabilnosti transformatorja lahko izvedemo preskus kratke krožnice, s čimer lahko identificiramo šibke točke za izboljšave, kar zagotavlja zaupanje v konstrukcijsko trdoto transformatorjev.

(2) Standardizacija dizajna in poudarek na osnovni stiskalni postopku pri izdelavi vikov

Pri dizajnu transformatorjev morajo proizvajalci upoštevati ne le zmanjševanje izgub in izboljšanje ravni izolacije, ampak tudi povečanje mehanske trdote in odpornosti na napake kratkih krožnic. Glede proizvodnega procesa, ker mnogi transformatorji uporabljajo izolirane stiskalne plošče, pri katerih visokonapetostni in nizkonapetostni viki delita eno stiskalno ploščo, ta struktura zahteva visoke standarde proizvodnega procesa. Medpusti bi morali biti podvrženi zgostitvi, in po obdelavi vikov bi posamezni viki morali biti sušeni pod stalnim tlakom z merjenjem višine stisnjenega vika.

Po zgornjem postopku bi viki na isti stiskalni plošči morali biti prilagojeni na enako višino. Med končno montažo bi na vike z hidravličnimi napravami morali biti naneseni določeni tlači, da bi dosegli višino, ki je zahtevana po projektu in proizvodnem procesu. Med končno montažo bi morala biti pozornost posvečena ne le stiskanju visokonapetostnih vikov, ampak bi bilo posebej pomembno kontrolirovati tudi stiskanje nizkonapetostnih vikov.