Transformatori snage: Rizici od kratkog spoja uzroke i mere za poboljšanje

Snaga transformatori: Rizici od kratkog spoja, uzroci i mere za poboljšanje

Transformatori snage su temeljni komponenti u sistemima snage koji omogućavaju prenos energije i su ključni induktivni uređaji koji osiguravaju sigurnu operaciju snage. Njihova struktura sastoji se od primarnih zavojnica, sekundarnih zavojnica i železnog jezgra, koristeći princip elektromagnetske indukcije za promenu naponske razlike na izmjeničnoj strujni. Kroz dugotrajne tehnološke poboljšanja, pouzdanost i stabilnost opskrbe snage se neprestano poboljšavala. Međutim, postoji mnogo izraženih skrivenih opasnosti. Neke jedinice transformatora imaju nedovoljnu sposobnost otpornosti na uticaj kratkog spoja, što ih čini podložnim pojavama kratkog spoja. Da bi se efikasno odredili uzroci grešaka i lokacije, istraživanje o kvarovima transformatora i dijagnostičkim tehnologijama mora biti intenzivirano kako bi se usvojile odgovarajuće tehnologije koje efikasno rešavaju probleme dijagnoze kvarova transformatora.

1. Opasnosti kratkog spoja transformatora snage

• Uticaj talasnog toka: Iznenadni kratki spoj u transformatoru generiše veliki tok kratkog spoja. Iako je njegov trajanje kratko, pre nego što se glavni krug transformatora isključi, ova skrivena opasnost može već nastati, potencijalno uzrokujući unutrašnje oštećenje transformatora i smanjenje razine izolacije.

• Utisak elektromagnetskih sila: Tijekom kratkog spoja, prekomjerna struja generiše značajne elektromagnetske sile koje utiču na stabilnost. U teškim slučajevima, zavojnice transformatora mogu doživeti određeni uticaj, poput deformacije zavojnice, oštećenja jakosti izolacije zavojnice i oštećenja drugih komponenata. U ekstremnim situacijama, to može dovesti do električnih sigurnosnih nesreća, poput sagorijevanja transformatora.

2. Uzroci kratkog spoja transformatora snage

(1) Programi za izračunavanje struje su razvijeni na osnovu idealizovanih modela koji pretpostavljaju uniformnu distribuciju curenog magnetskog polja, identične prečnike zavoja i sile u fazi. Međutim, u stvarnosti, curenje magnetskog polja u transformatorima nije ravnomerno raspoređeno, već je relativno koncentrisano u delu jare, gde elektromagnetske žice iskusavaju veće mehaničke sile. Na tačkama transpozicije kontinuirano transponisanih kabela (CTC), nagib penjanja menja smer prenosa sile, generišući moment. Zbog faktora modula elastičnosti između blokova, neravnomeran aksijalni raspored blokova može dovesti do kašnjenja rezonancije prilikom alternirajućih sila koje proizvode alternirajuća curenja magnetskog polja. To je fundamentalni razlog zbog kojeg se najpre deforme diskovi zavojnice u delu jare, tačkama transpozicije i odgovarajućim pozicijama sa uređajima za promenu zavoja.

(2) Korišćenje konvencionalnih transponisanih vodilaca sa lošom mehaničkom čvrstoćom čini ih podložnim deformaciji, razdvajanju zavoja i izlaganju bakra kada su izloženi mehaničkim silama kratkog spoja. Kada se koriste konvencionalni transponisani vodilci, veliki tokovi i strm penjanje na ovim pozicijama generišu značajne momente. Dodatno, diske zavojnice na oba kraja zavojnice iskušavaju značajne momente zbog kombinovanog uticaja radijalnog i aksijalnog curenja magnetskog polja, što dovodi do deformacije savijanja.

Na primer, zajednička zavojnica faze A 500kV Yanggao transformatora imala je 71 transpozicija, i zbog korišćenja relativno debljih konvencionalnih transponisanih vodilaca, 66 od tih transpozicija pokazalo je različite stepene deformacije. Slično tome, glavni transformator WuJing broj 11 takođe je pokazao različite stepene prevrtanja žice i izlaganja na krajevima visokonaponske zavojnice u delu jare zbog korišćenja konvencionalnih transponisanih vodilaca.

(3) Izračuni otpornosti na kratki spoj ne uzimaju u obzir uticaj temperature na savijanje i vlačnu čvrstoću elektromagnetskih žica. Otpornost na kratki spoj dizajnirana na sobnoj temperaturi ne može odraziti stvarne uslove rada. Prema testiranjima, temperatura elektromagnetskih žica značajno utiče na njihov limes odatljivosti (σ0.2). Dok se temperatura elektromagnetskih žica povećava, njihova čvrstoća savijanja, vlačna čvrstoća i produljenje svi opadaju. Na 250°C, čvrstoća savijanja i vlačna čvrstoća su značajno niže nego na 50°C, dok produljenje pada više od 40%. Tijekom stvarne operacije, transformatori dostižu prosečnu temperaturu zavojnice od 105°C pri nominalnom opterećenju, s temperaturama točkagrijanja koje dosežu 118°C. Većina transformatora podvrgava se automatskim procesima ponovnog zatvaranja tijekom rada.

Stoga, ako tačka kratkog spoja ne nestane odmah, transformator će doživjeti drugi uticaj kratkog spoja u vrlo kratkom vremenskom periodu (0,8 sekundi). Međutim, nakon prvog uticaja toka kratkog spoja, temperatura zavojnice brzo poraste. Prema standardima GB1094, maksimalna dopuštena temperatura je 250°C, na kojoj je otpornost zavojnice na kratki spoj značajno smanjena. To objašnjava zašto se većina nesreća sa transformatorima događa nakon operacija ponovnog zatvaranja.

(4) Luka konstrukcija zavojnice, nepravilna obrada transpozicija i prevelika tankost dovode do toga da elektromagnetske žice ostaju u suspenziji. Sa stanovišta lokacija oštećenja u nesrećama, deformacije se najčešće nalaze na tačkama transpozicija, posebno na mjestima transpozicija transponisanih vodilaca.

(5) Korišćenje mekih vodilaca je jedan od glavnih razloga loše otpornosti na kratki spoj transformatora. Zbog nedostatka ranijeg razumijevanja ovog problema ili teškoća sa opremom i procesima navijanja, proizvođači su bili nevoljni da koriste polutvrde vodilce ili nemaju takve zahtjeve u svojim dizajnima. Svi transformatori koji su propali koristili su meke vodilce.

(6) Prevelike montažne rasponi dovode do nedovoljne podrške na elektromagnetskim žicama, stvarajući skrivene opasnosti za otpornost transformatora na kratki spoj.

(7) Neravnomerne prednaprezne sile primijenjene na različitim zavojnicama ili pozicijama zavoja dovode do skakanja diskova zavojnice tijekom uticaja kratkog spoja, rezultujući prekomjernim savijanjem stresa na elektromagnetskim žicama i kasnije deformacijom.

(8) Nedostatak lečenja između zavojaka ili žica dovodi do loše otpornosti na krajnju struju. Rani zavojači tretirani namočanjem u lak nisu trpeli oštećenje.

(9) Nepravilna kontrola prednaprezanja zavojača dovodi do neslaganja vodilaca u konvencionalnim transponovanim vodilacima.

(10) Česti incidenti vanjskih krajnjih struja dovode do kumulativnih efekata elektromagnetskih sile nakon više udaraca krajnje struje, što rezultira omekšanjem elektromagnetskih žica ili unutrašnjim relativnim pomeranjem, što konačno dovodi do rušenja izolacije.

3.Mere za poboljšanje otpornosti transformatora na krajnju struju

(1) Izvršavanje testiranja krajnje struje kako bi se spremili problemi pre njihovog pojavljivanja

 Operativna pouzdanost velikih transformatora uglavnom zavisi od njihove strukture i kvaliteta proizvodnog procesa, a zatim različitih testova koji se izvršavaju tokom rada kako bi se pravo vreme shvatilo stanje opreme. Da bi se saznalo o mehaničkoj stabilnosti transformatora, može se izvršiti testiranje krajnje struje kako bi se identifikovali slabiji delovi za poboljšanje, obezbeđujući povjerenje u projektovanje strukturne čvrstoće transformatora.

(2) Standardizacija dizajna i naglašavanje aksijalnog kompresijskog procesa u proizvodnji bobina

Pri dizajniranju transformatora, proizvođači bi trebalo da uzmu u obzir ne samo smanjenje gubitaka i poboljšanje nivoa izolacije, već i jačanje mehaničke čvrstoće i otpornosti na grešku krajnje struje. U pogledu proizvodnih procesa, budući da mnogi transformatori koriste izolovane press ploče sa visokim i niskim naponskim bobinama koje dele jednu press ploču, ova struktura zahteva visoke standarde proizvodnog procesa. Prazni blokovi bi trebalo da podnesu gustanje, a nakon obrade bobine, pojedinačne bobine bi trebalo da podnesu sušenje pod stalnim pritiskom uz merenje visine stisnutih bobina.

Nakon gorenavedenog procesiranja, bobine na istoj press ploči bi trebalo da budu podešene na istu visinu. Tijekom finalne montaže, na bobine bi trebalo da se primijeni navedeni pritisak koristeći hidraulička uređenja kako bi se dostigla projektovana i procesno zahtevana visina. Tijekom finalne montaže, treba paziti ne samo na stisnutje visokonaponskih bobina, već posebno na kontrolu stisnutja niskonaponskih bobina.