Трансформатори живлення: ризики коротких замикань, причини та заходи для покращення

Трансформатори живлення: ризики коротких замикань, причини та заходи з покращення

Трансформатори живлення є фундаментальними компонентами систем живлення, які забезпечують передачу енергії і є важливими індукційними пристроями, що гарантують безпечну роботу системи. Їхня структура складається з первинних обмоток, вторинних обмоток та залізного сердечника, використовуючи принцип електромагнітної індукції для зміни напруги перемінного струму. Благодія до довгострокових технологічних покращень, надійність та стабільність постачання електроенергії постійно зростають. Однак, все ще існують різні видимі загрози. Деякі трансформаторні блоки мають недостатню здатність до протистояння удару короткого замикання, що робить їх схильними до явищ короткого замикання. Для ефективного визначення причин виникнення дефектів та місць їх розташування необхідно підвищити дослідження над виявленням вад трансформаторів та діагностичними технологіями, щоб впровадити відповідні технології, які ефективно вирішують проблеми діагностики вад трансформаторів.

1. Небезпеки коротких замикань у трансформаторах живлення

• Вплив струму стрибка: Відразу після короткого замикання у трансформаторі генерується великий струм короткого замикання. Хоча його тривалість непродовжена, до того, як головний контур трансформатора буде відключений, ця загроза може вже сформуватися, потенційно призводячи до внутрішніх пошкоджень трансформатора та зниження рівня ізоляції.

• Вплив електромагнітних сил: Під час короткого замикання надмірний струм генерує значні електромагнітні сили, що впливають на стабільність. У критичних випадках, обмотки трансформатора можуть бути зазнати деякого впливу, такого як деформація обмоток, пошкодження міцності ізоляції обмоток та пошкодження інших компонентів. У крайньому випадку, це може призвести до аварій електробезпеки, таких як спалах трансформатора.

2. Причини коротких замикань у трансформаторах живлення

(1) Програми розрахунку струму розроблені на основі ідеалізованих моделей, які припускають рівномірне розподілення магнітного поля розсіювання, однакові діаметри обмоток та синфазні сили. Однак, насправді, магнітне поле розсіювання у трансформаторах не розподіляється рівномірно, а є відносно концентрованим у частині шийки, де електромагнітні провідники досить сильно відчувають механічні сили. На точках перестановки неперервно переставлюваних кабелів (CTC), зміна напрямку передачі сили при зміні кута підйому створює момент. З огляду на фактор модуля пружності проміжників, нерівномірне осьове розташування проміжників може призводити до затриманого резонансу від чергового впливу чергових магнітних полів розсіювання. Це є основною причиною, чому спершу деформуються обмотки в секціях шийки, точках перестановки та відповідних позиціях з комутаторами напруги.

(2) Використання традиційних переставлюваних провідників з низькою механічною міцністю робить їх схильними до деформації, розрізання жил та відкриття міді під впливом механічних сил короткого замикання. Коли використовуються традиційні переставлювані провідники, великі струми та крутий підйом на цих позиціях генерують значний момент. Крім того, обмотки на обох кінцях обмоток досить сильно відчувають момент через сумісний вплив радіальних та осьових магнітних полів розсіювання, що призводить до деформації закручування.

Наприклад, загальна обмотка фази A 500кВ Янгао мала 71 перестановку, і через використання відносно товстих традиційних переставлюваних провідників, 66 з них показали різні ступені деформації. Подібно, головний трансформатор ВуЦзін №11 також демонстрував різні ступені перевертання та відкриття дротів на кінцях високонапігних обмоток в секції шийки через використання традиційних переставлюваних провідників.

(3) Розрахунки стійкості до короткого замикання не враховують вплив температури на згинну та розтяжну міцність електромагнітних провідників. Стійкість до короткого замикання, спроектована при кімнатній температурі, не відображає реальних умов роботи. За результатами тестів, температура електромагнітних провідників значно впливає на межу текучести (σ0.2). По мірі зростання температури електромагнітних провідників, їх згинна міцність, розтяжна міцність та подовжування зменшуються. При 250°C, згинна та розтяжна міцність значно нижче, ніж при 50°C, а подовжування зменшується більше ніж на 40%. У реальній роботі, трансформатори досягають середньої температури обмоток 105°C при номінальному навантаженні, а горячі точки досягають 118°C. Більшість трансформаторів проходить процес автоматичного повторного запуску під час роботи.

Тому, якщо точка короткого замикання не зникає негайно, трансформатор зазнає другого удару короткого замикання за дуже короткий час (0,8 секунди). Однак, після першого удару струму короткого замикання, температура обмоток швидко зростає. Згідно зі стандартами GB1094, максимальна допустима температура становить 250°C, при якій стійкість до короткого замикання обмоток значно знизилася. Це пояснює, чому більшість аварій короткого замикання трансформаторів відбувається після операцій повторного запуску.

(4) Слабка конструкція обмоток, неправильна обробка перестановки та надмірна тонкість призводять до того, що електромагнітні провідники вішаються. З точки зору місць пошкоджень при аваріях, найчастіше деформація відбувається в точках перестановки, особливо в місцях перестановки переставлюваних провідників.

(5) Використання м'яких провідників є одним з основних причин слабкої стійкості до короткого замикання у трансформаторах. Через недостатнє раннє розуміння цього питання або труднощі з обладнанням та процесами обмотки, виробники не хотіли використовувати напівжорсткі провідники або не мали таких вимог у своїх проектах. Трансформатори, які вийшли з ладу, всі використовували м'які провідники.

(6) Надмірні зазори при зборці призводять до недостатньої підтримки електромагнітних провідників, створюючи загрози для стійкості до короткого замикання трансформаторів.

(7) Нерівномірні сили попереднього затягання, прикладені до різних обмоток або позицій комутатора напруги, призводять до стрибків обмоток під час удару короткого замикання, що призводить до надмірних згинних напружень на електромагнітних провідниках та наступної деформації.

(8) Відсутність процесу затвердження між витками або проводами призводить до поганої стійкості до коротких замикань. Раніші витки, оброблені пропиткою, не постраждали.

(9) Неправильне керування силами переднапруження витків призводить до невідповідності провідників у традиційних переставлених провідниках.

(10) Часті зовнішні короткозамкнення призводять до кумулятивного ефекту електромагнітних сил після багатьох ударів короткозамкнення, що призводить до пом'якшення електромагнітних проводів або внутрішнього відносного переміщення, що в кінцевому підсумку призводить до руйнування ізоляції.

3. Міри покращення для підвищення стійкості трансформатора до коротких замикань

(1) Проведення тестів на коротке замикання для запобігання проблем до їх появи

 Робоча надійність великих трансформаторів залежить в основному від їх конструкції та якості виробництва, а також від різноманітних тестів, проведених під час експлуатації, щоб вчасно зрозуміти стан обладнання. Для оцінки механічної стабільності трансформатора можна провести тест на коротке замикання, щоб виявити слабкі місця для покращення, забезпечуючи довіру до конструктивної міцності трансформаторів.

(2) Стандартизація проектування та акцент на осьовий процес стиснення при виготовленні катушок

При проектуванні трансформаторів виробники повинні враховувати не лише зменшення втрат та підвищення рівнів ізоляції, але й підвищення механічної міцності та стійкості до коротких замикань. Щодо виробничих процесів, оскільки багато трансформаторів використовують ізольовані прес-плити, де високовольтажні та низьковольтажні катушки діляться однією прес-плитою, ця конструкція потребує високих стандартів виробництва. Прокладки повинні піддаватися процесу ущільнення, а після обробки катушок, кожна окрема катушка повинна піддаватися сушінню за постійним тиском з вимірюванням висоти стиснутої катушки.

Після цієї обробки катушки на одній прес-плиті повинні бути налаштовані на одну висоту. Під час фінального збору на катушки повинен бути накладений вказаний тиск за допомогою гідравлічних пристроїв, щоб досягти проектованої та технологічно необхідної висоти. Під час фінального збору слід звертати увагу не лише на стиснення високовольтажних катушок, але й особливо на контроль стиснення низьковольтажних катушок.