หม้อแปลงไฟฟ้า: ความเสี่ยงจากการลัดวงจร สาเหตุ และมาตรการปรับปรุง

หม้อแปลงไฟฟ้า: ความเสี่ยงจากการลัดวงจร สาเหตุ และมาตรการปรับปรุง

หม้อแปลงไฟฟ้าเป็นส่วนประกอบพื้นฐานในระบบพลังงานที่ให้การส่งผ่านพลังงานและเป็นอุปกรณ์เหนี่ยวนำที่สำคัญในการรับประกันการทำงานของพลังงานอย่างปลอดภัย โครงสร้างของมันประกอบด้วยขดลวดหลัก ขดลวดรอง และแกนเหล็ก โดยใช้หลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าสลับ ผ่านการปรับปรุงเทคโนโลยีระยะยาว ความเชื่อถือได้และความมั่นคงของการจ่ายไฟฟ้าได้เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง แต่ยังมีอันตรายซ่อนเร้นหลายประการอยู่ บางหน่วยหม้อแปลงมีความสามารถในการต้านทานแรงกระแทกจากการลัดวงจรไม่เพียงพอ ทำให้ง่ายต่อการเกิดปรากฏการณ์ลัดวงจร เพื่อกำหนดสาเหตุและตำแหน่งของข้อผิดพลาดได้อย่างมีประสิทธิภาพ จำเป็นต้องทำการวิจัยเกี่ยวกับความผิดพลาดของหม้อแปลงและเทคโนโลยีการวินิจฉัยเพื่อใช้เทคโนโลยีที่เหมาะสมในการแก้ไขปัญหาการวินิจฉัยความผิดพลาดของหม้อแปลง

1. ความเสี่ยงจากการลัดวงจรของหม้อแปลงไฟฟ้า

• ผลกระทบจากกระแสไฟฟ้าช็อต: การลัดวงจรที่เกิดขึ้นอย่างฉับพลันในหม้อแปลงจะสร้างกระแสไฟฟ้าลัดวงจรขนาดใหญ่ แม้ว่าระยะเวลาจะสั้น แต่ก่อนที่วงจรหลักของหม้อแปลงจะถูกตัดออก อันตรายที่ซ่อนเร้นอาจเกิดขึ้นแล้ว ทำให้เกิดความเสียหายภายในหม้อแปลงและการลดระดับฉนวน

• ผลกระทบจากแรงแม่เหล็กไฟฟ้า: ในระหว่างการลัดวงจร กระแสไฟฟ้าเกินจะสร้างแรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีผลต่อความมั่นคง ในกรณีที่ร้ายแรง ขดลวดหม้อแปลงสามารถได้รับผลกระทบบ้าง เช่น การเปลี่ยนรูปของขดลวด การเสียหายของความแข็งแรงของฉนวนขดลวด และการเสียหายของส่วนประกอบอื่น ๆ ในกรณีที่ร้ายแรงที่สุด อาจนำไปสู่อุบัติเหตุความปลอดภัยทางไฟฟ้า เช่น การเผาไหม้ของหม้อแปลง

2. สาเหตุของการลัดวงจรของหม้อแปลงไฟฟ้า

(1) โปรแกรมคำนวณกระแสไฟฟ้าถูกพัฒนาขึ้นบนโมเดลที่สมมติว่าสนามแม่เหล็กที่รั่วไหลมีการกระจายอย่างสม่ำเสมอ มีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากัน และแรงทำงานอยู่ในเฟสเดียวกัน แต่ในความเป็นจริง สนามแม่เหล็กที่รั่วไหลในหม้อแปลงไม่ได้มีการกระจายอย่างสม่ำเสมอและมีการรวมตัวค่อนข้างมากในส่วนของแกนยอก ที่ซึ่งสายไฟฟ้าที่มีความยืดหยุ่นจะได้รับแรงกลไกมากขึ้น ที่จุดเปลี่ยนตำแหน่งของสายเคเบิลที่มีการเปลี่ยนตำแหน่งต่อเนื่อง (CTC) การเปลี่ยนทิศทางของแรงดันทำให้เกิดแรงบิด เนื่องจากปัจจัยความยืดหยุ่นของบล็อกแยก ความไม่สม่ำเสมอของการกระจายตามแกนของบล็อกแยกทำให้แรงสลับที่เกิดจากสนามแม่เหล็กที่รั่วไหลมีการเกิดความสั่นสะเทือนแบบล่าช้า นี่คือเหตุผลพื้นฐานที่ทำให้แผ่นขดลวดที่ส่วนของแกนยอก จุดเปลี่ยนตำแหน่ง และตำแหน่งที่สอดคล้องกับสวิตช์เปลี่ยนแรงดันเกิดการเปลี่ยนรูปเป็นลำดับแรก

(2) การใช้สายนำที่มีการเปลี่ยนตำแหน่งตามปกติที่มีความแข็งแรงทางกลไกไม่ดีทำให้พวกมันมีแนวโน้มที่จะเกิดการเปลี่ยนรูป การแยกเส้น และการเผยโลหะเมื่อได้รับแรงกลไกจากการลัดวงจร เมื่อใช้สายนำที่มีการเปลี่ยนตำแหน่งตามปกติ กระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่และการเปลี่ยนตำแหน่งที่สูงที่จุดเหล่านี้จะสร้างแรงบิดที่มาก นอกจากนี้ แผ่นขดลวดที่ปลายขดลวดได้รับแรงบิดที่มากเนื่องจากผลรวมของสนามแม่เหล็กที่รั่วไหลตามรัศมีและตามแกน ทำให้เกิดการเปลี่ยนรูปแบบบิด

ตัวอย่างเช่น ขดลวดร่วมเฟส A ของหม้อแปลง Yanggao 500kV มีการเปลี่ยนตำแหน่ง 71 ครั้ง และเนื่องจากใช้สายนำที่มีการเปลี่ยนตำแหน่งตามปกติที่มีความหนา 66 ครั้งจากนั้นแสดงการเปลี่ยนรูปในระดับต่าง ๆ เช่นเดียวกัน หม้อแปลงหลัก WuJing หมายเลข 11 ก็แสดงการพลิกและเผยโลหะในระดับต่าง ๆ ที่ปลายขดลวดแรงดันสูงในส่วนของแกนยอกเนื่องจากการใช้สายนำที่มีการเปลี่ยนตำแหน่งตามปกติ

(3) การคำนวณความต้านทานต่อการลัดวงจรไม่ได้พิจารณาผลกระทบที่อุณหภูมิมีต่อความแข็งแรงในการโค้งและแรงดึงของสายไฟฟ้าที่มีความยืดหยุ่น ความต้านทานต่อการลัดวงจรที่ออกแบบที่อุณหภูมิห้องไม่สามารถสะท้อนสภาพการทำงานจริงได้ ตามผลการทดสอบ อุณหภูมิของสายไฟฟ้าที่มีความยืดหยุ่นมีผลต่อขีดจำกัดการให้ผล (σ0.2) เมื่ออุณหภูมิของสายไฟฟ้าที่มีความยืดหยุ่นเพิ่มขึ้น ความแข็งแรงในการโค้ง แรงดึง และการยืดตัวจะลดลง ที่ 250°C ความแข็งแรงในการโค้งและแรงดึงน้อยกว่าที่ 50°C ขณะที่การยืดตัวลดลงมากกว่า 40% ในระหว่างการทำงานจริง หม้อแปลงจะมีอุณหภูมิเฉลี่ยของขดลวด 105°C ที่โหลดกำหนด ขณะที่อุณหภูมิจุดร้อนสูงสุดที่ 118°C หม้อแปลงส่วนใหญ่จะผ่านกระบวนการป้อนกลับอัตโนมัติในระหว่างการทำงาน

ดังนั้น หากจุดการลัดวงจรไม่หายไปทันที หม้อแปลงจะประสบกับแรงกระแทกจากการลัดวงจรครั้งที่สองภายในเวลาสั้น ๆ (0.8 วินาที) แต่หลังจากแรงกระแทกจากการลัดวงจรครั้งแรก ความร้อนของขดลวดจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ตามมาตรฐาน GB1094 อุณหภูมิสูงสุดที่อนุญาตคือ 250°C ที่จุดนี้ ความต้านทานต่อการลัดวงจรของขดลวดจะลดลงอย่างมาก นี่คือเหตุผลที่ทำให้เหตุการณ์การลัดวงจรของหม้อแปลงส่วนใหญ่เกิดขึ้นหลังจากการป้อนกลับ

(4) การสร้างขดลวดที่หลวม การดำเนินการเปลี่ยนตำแหน่งที่ไม่เหมาะสม และความบางเกินไปทำให้สายไฟฟ้าที่มีความยืดหยุ่นลอยตัว จากมุมมองของตำแหน่งความเสียหายในเหตุการณ์ การเปลี่ยนรูปพบมากที่สุดที่จุดเปลี่ยนตำแหน่ง โดยเฉพาะที่จุดเปลี่ยนตำแหน่งของสายนำที่มีการเปลี่ยนตำแหน่ง

(5) การใช้สายนำที่นุ่มนวลเป็นหนึ่งในสาเหตุหลักที่ทำให้ความต้านทานต่อการลัดวงจรของหม้อแปลงไม่ดี เนื่องจากความเข้าใจไม่เพียงพอในช่วงแรกหรือความยากลำบากในการใช้เครื่องมือและกระบวนการขดลวด ผู้ผลิตไม่เต็มใจที่จะใช้สายนำที่มีความแข็งแรงหรือไม่มีข้อกำหนดดังกล่าวในการออกแบบ หม้อแปลงที่ชำรุดทั้งหมดใช้สายนำที่นุ่มนวล

(6) ช่องว่างการประกอบที่มากเกินไปทำให้การสนับสนุนสายไฟฟ้าที่มีความยืดหยุ่นไม่เพียงพอ สร้างอันตรายที่ซ่อนเร้นสำหรับความต้านทานต่อการลัดวงจรของหม้อแปลง

(7) แรงกดที่ไม่สม่ำเสมอที่นำไปสู่ขดลวดหรือตำแหน่งสวิตช์เปลี่ยนแรงดันทำให้แผ่นขดลวดกระโดดในระหว่างแรงกระแทกจากการลัดวงจร ทำให้เกิดแรงดัดที่มากเกินไปบนสายไฟฟ้าที่มีความยืดหยุ่นและตามมาด้วยการเปลี่ยนรูป

(8) การขาดการรักษาด้วยการบ่มระหว่างชั้นพันหรือสายไฟทำให้มีความต้านทานต่อการลัดวงจรที่ไม่ดี พันขดลวดในระยะเริ่มแรกที่ได้รับการจุ่มวานิชไม่ได้รับความเสียหาย

(9) การควบคุมแรงดึงก่อนพันขดลวดอย่างไม่เหมาะสมทำให้เกิดการคลาดเคลื่อนของตัวนำในตัวนำที่สลับตำแหน่งตามปกติ

(10) การเกิดเหตุการณ์ลัดวงจรภายนอกบ่อยครั้งทำให้เกิดผลกระทบสะสมของแรงแม่เหล็กไฟฟ้าหลังจากถูกกระแทกด้วยกระแสลัดวงจรหลายครั้ง นำไปสู่การอ่อนตัวของสายไฟแม่เหล็กไฟฟ้าหรือการเคลื่อนย้ายสัมพัทธ์ภายใน ซึ่งสุดท้ายจะทำให้เกิดการชำรุดของฉนวน

3. มาตรการปรับปรุงเพื่อเพิ่มความต้านทานต่อการลัดวงจรของหม้อแปลงไฟฟ้า

(1) ดำเนินการทดสอบการลัดวงจรเพื่อป้องกันปัญหาก่อนที่จะเกิดขึ้น

 ความเชื่อถือในการทำงานของหม้อแปลงขนาดใหญ่ขึ้นอยู่กับโครงสร้างและการผลิตที่มีคุณภาพเป็นสำคัญ ตามด้วยการทดสอบต่าง ๆ ที่ดำเนินการระหว่างการทำงานเพื่อเข้าใจสภาพของอุปกรณ์ในเวลาที่เหมาะสม เพื่อทำความเข้าใจความมั่นคงทางกลของหม้อแปลง สามารถทำการทดสอบการลัดวงจรเพื่อระบุจุดอ่อนสำหรับการปรับปรุง ทำให้มั่นใจในการออกแบบความแข็งแกร่งของโครงสร้างหม้อแปลง

(2) มาตรฐานการออกแบบและการเน้นกระบวนการบีบอัดตามแกนในการผลิตขดลวด

เมื่อออกแบบหม้อแปลง ผู้ผลิตควรคำนึงถึงไม่เพียงแค่การลดการสูญเสียและเพิ่มระดับฉนวนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการเพิ่มความแข็งแกร่งทางกลและความต้านทานต่อการลัดวงจร ในแง่ของการผลิต เนื่องจากหม้อแปลงจำนวนมากใช้แผ่นกดฉนวนที่มีขดลวดแรงดันสูงและต่ำแชร์แผ่นกดเดียวกัน โครงสร้างนี้ต้องการมาตรฐานการผลิตที่สูง ช่องว่างควรได้รับการบีบอัด และหลังจากการประมวลผลขดลวด ขดลวดแต่ละชิ้นควรได้รับการทำแห้งภายใต้แรงดันคงที่พร้อมการวัดความสูงของขดลวดที่ถูกบีบอัด

หลังจากกระบวนการดังกล่าวขดลวดบนแผ่นกดเดียวกันควรได้รับการปรับให้มีความสูงเท่ากัน ระหว่างการประกอบสุดท้าย ควรมีการใช้แรงดันที่กำหนดโดยใช้เครื่องมือไฮดรอลิกเพื่อให้ได้ความสูงตามที่ออกแบบและกระบวนการต้องการ ในระหว่างการประกอบสุดท้าย ควรให้ความสนใจไม่เพียงแค่การบีบอัดขดลวดแรงดันสูงเท่านั้น แต่ยังต้องควบคุมการบีบอัดขดลวดแรงดันต่ำอย่างพิเศษ