ما هي الأعطال الشائعة في محولات التوزيع однофазная?

محولات التوزيع ذات المرحلة الواحدة، باعتبارها معدات تحويل الجهد وتوزيع الطاقة الهامة في نظام الكهرباء، تستخدم على نطاق واسع في شبكات الكهرباء الريفية والمناطق السكنية ذات الجهد المنخفض وأماكن تركز الأحمال ذات المرحلة الواحدة. ومع زيادة نسبة الأحمال ذات المرحلة الواحدة في شبكة التوزيع، ارتفعت معدلات الفشل في محولات التوزيع ذات المرحلة الواحدة. يعتبر التعرف والتعامل مع هذه الأعطال بشكل فوري مهمًا للغاية لضمان إمدادات الطاقة. وفقًا لأحدث الأبحاث، فإن الأعطال الشائعة في محولات التوزيع ذات المرحلة الواحدة تتركز بشكل أساسي في خمس فئات: أعطال ملفات السلك، تقادم العزل، تسرب الزيت، درجة حرارة غير طبيعية، وأعطال نقاط التوصيل ذات الجهد المنخفض. هذه الأعطال لا تعكر صفو العمل الطبيعي للمحول فحسب، بل قد تؤدي أيضًا إلى تلف المعدات وانقطاع إمدادات الطاقة. سيقوم هذا المقال بتحليل شامل للأسباب والخصائص وطرق التعامل مع مختلف الأعطال، مما يوفر توجيهًا عمليًا لفريق التشغيل والصيانة في نظام الكهرباء.

1. أعطال ملفات السلك

أعطال ملفات السلك هي أكثر أنواع الأعطال شيوعًا في محولات التوزيع ذات المرحلة الواحدة، بما في ذلك قصر الدائرة بين اللفائف، القطع، وأعطال التسرب الأرضي. غالبًا ما تكون ناجمة عن تقادم المواد العازلة، التلف الميكانيكي، أو عيوب التصنيع. يؤدي قصر الدائرة بين اللفائف إلى تسخين محلي داخل المحول، مما يسرع من تقادم العزل وقد يؤدي في النهاية إلى تلف ملف السلك كاملا. تظهر الأبحاث أن عندما يكون هناك قصر دائر خفيف في ملفات السلك، قد لا تعمل الأجهزة التقليدية مثل حماية الفرق والحماية الغازية في المراحل الأولى من العطل، مما يضع متطلبات أعلى على قدرة فريق التشغيل والصيانة على التعرف على الأعطال.

(1) أعراض العطل

• ضجيج غير طبيعي: يصدر المحول صوت "غليان" للزيت أو صوت "تصفيق" للشرارة.

• درجة حرارة غير طبيعية: تتجاوز درجة حرارة الزيت المعيار. عند تجاوز محتوى الغاز في الزيت القيمة المسموح بها، يجب فحص حالة المحول فورا (وفقًا للمعايير IEC).

• عدم توازن المقاومة: معدل عدم توازن مقاومة التيار المستمر لملفات السلك يتجاوز 2% (القيمة المسموح بها)، مما يشير إلى وجود تشوه محتمل في ملفات السلك أو اتصال ضعيف.

• جهد غير طبيعي: الجهد الخرج غير مستقر ويقل بشكل كبير. بالإضافة إلى ذلك، من المرجح أن يحدث تشوه في ملفات السلك ذات الجهد المنخفض أثناء حدوث قصر دائرة مفاجئ (من المرجح أن يحدث تشوه في ملفات السلك ذات الجهد المنخفض تحت الضغط).

(2) الإجراءات اللازمة

• إيقاف الطوارئ: قطع التيار الكهربائي وإيقاف عمل المحول فورا.

• الكشف الدقيق: استخدام ميزان الحرارة بالأشعة تحت الحمراء لفحص توزيع درجة الحرارة في ملفات السلك، تحديد موقع العطل؛ قياس مقاومة التيار المستمر والسعة لتقييم درجة التشوه.

• إصلاح واستبدال: إذا لزم الأمر، رفع الغطاء للصيانة وإصلاح أو استبدال ملفات السلك التالفة.

(3) استراتيجيات الوقاية

• الفحص الدوري: إجراء اختبارات العزل لملفات السلك لمعرفة حالة العزل.

• تجنب الحمل الزائد: منع التشغيل لمدة طويلة تحت الحمل الزائد لخفض خطر تلف ملفات السلك.

• الفحص قبل الصيانة: إجراء فحوصات وقائية قبل فترة الحمل القصوى لتحديد المخاطر المحتملة.

• التثبيت الثابت: ضمان تثبيت المحول بإحكام لتقليل تأثير الاهتزاز على ملفات السلك.

2. أعطال تقادم العزل

تقادم العزل هو ثاني أكثر الأعطال شيوعًا في محولات التوزيع ذات المرحلة الواحدة، بما في ذلك تقادم مواد العزل الصلبة وتدهور العزل الزيتي. يؤدي تقادم العزل إلى تقليل أداء العزل للمحول وتسريع تقادم المعدات بشكل عام. وفقًا للإحصائيات، يمكن أن يقصر العمر المتوقع المصمم (35-40 سنة) للمحول إلى حوالي 20 سنة، وهو أمر بارز بشكل خاص في المحولات التي تعمل لفترات طويلة في بيئات قاسية أو مع صيانة وتشغيل غير كافية.

(1) أعراض العطل

• تغير جودة الزيت: يتغير زيت المحول تدريجيًا من الأصفر الفاتح إلى البرتقالي أو البني، وحتى قد تظهر رواسب الكربون.

• انخفاض العزل: قيمة اختبار مقاومة العزل أقل من المعيار، ويزداد حجم التفريغ الجزئي.

• صوت غير طبيعي: صوت التشغيل حاد وغير منتظم، ومعدل التقادم يرتبط إيجابياً بدرجة الحرارة (وفقًا لنظرية أرينيوس، يتضاعف معدل التقادم لكل زيادة 6°C في درجة الحرارة).

(2) طرق التعامل

• تحليل عينة الزيت: إجراء تحليل الكروماتوغرافي للكشف عن محتوى الغازات المميزة وتقييم درجة التقادم.

• .dispose of oil and materials: Depending on the aging situation, decide whether to change the oil, replace the solid insulation material, and conduct a comprehensive overhaul if necessary.

(3) Strategies for Prevention

• Regular Testing: Regularize oil quality testing and insulation resistance testing to control the insulation status.

• Temperature-controlled Operation: Maintain a reasonable temperature (GB standard: the average temperature rise of the winding of the oil-immersed transformer ≤ 65°C, and the temperature rise of the top oil ≤ 55°C).

• Environment Optimization: Improve the operating environment, reduce the erosion of dust, humidity, and harmful gases; select high-efficiency transformers such as the S11 type to reduce temperature rise and losses.

3. Oil Leakage Faults

Oil leakage is a frequent and harmful fault in single-phase distribution transformers. It accounts for more than 40% of the faults in power transformers, which will affect the insulation and heat dissipation performance, and cause equipment fire, pollution, and economic losses.

(1) Fault Manifestations

• Oil Level Drop: The oil level gauge shows a decrease in oil level, and oil stains can be seen on the surface of the oil tank.

• Related Abnormalities: The operation sound is sharp and uneven, the oil-paper insulation is damp, and the leakage is aggravated in rainy days and high-humidity environments.

(2) Fault Causes

Aging/damage of seals, weld cracking, improper bushing installation, loose connections caused by vibration, oil tank rust, and abnormal oil pressure caused by a blocked breather.

(3) Handling Methods

• Graded Treatment: Temporarily repair small leaks, and immediately shut down and conduct a comprehensive overhaul for serious leaks.

• Root Repair: Replace seals, repair welds/connections, clean the breather, and ensure the normal operation of the oil conservator.

(4) Prevention Strategies

• Seal Inspection: Regularly check the sealing status, and strengthen fixation in vibrating environments.

• Material Upgrade: Use high-quality sealing materials, clean the oil tank to prevent corrosion; old transformers can be replaced with products with new sealing structures.

4. Abnormal Temperature Faults

Abnormal temperature is a key fault type in single-phase distribution transformers, including winding overheating, local overheating of the iron core, and oil temperature rise. It is the "trigger" for faults such as insulation aging, oil leakage, and winding deformation. According to IEC standards, when the hottest spot temperature reaches 140°C, bubbles will be generated in the oil, which will reduce insulation or cause flashover, damaging the transformer.

(1) Fault Manifestations

• Temperature Exceeding Standard: The oil temperature gauge shows an abnormality, the local surface is overheated and discolored, and the oil level of the oil conservator is abnormal.

• Abnormal Sound: Emits a "buzzing" sound, which becomes louder as the load increases; the oil color becomes darker and carbon deposits appear.

(2) Fault Causes

Transformer overload, internal faults (winding/iron core short circuit), cooling system faults, high ambient temperature, insufficient oil volume due to poor sealing, and poor installation ventilation.

(3) Handling Methods

• Load Reduction and Shutdown: Immediately reduce the load or shut down, and check the cooling system.

• Precise Diagnosis: Use an infrared thermometer to locate the over-heated point, take an oil sample for chromatographic analysis, check for internal faults; repair external causes.

(4) Prevention Strategies

• Monitoring and Analysis: Regularly monitor the temperature, establish a trend analysis; avoid long-term overload.

• Environment Optimization: Optimize the installation position to ensure ventilation; clean the dirt on the heat sink; increase capacity or operate multiple units in parallel in high-load areas, and install sunshades and ventilation devices in high-temperature environments.

5. Low-voltage Tap Faults

Low-voltage tap faults are unique to single-phase distribution transformers, including poor contact, open circuits, and wrong connections. Because the low-voltage side mostly adopts a tap-off design (such as three/four taps), the connection quality directly affects the output voltage and operation stability, which is common in transformers with large load fluctuations and insufficient operation and maintenance.

(1) Fault Manifestations

• Voltage Abnormality: The output voltage is unstable, too high/too low.

• Sound Abnormality: Emits a "clatter" "rustling" mechanical friction sound, which is obvious when the load changes; the voltage on the low-voltage side is unbalanced, and the operation temperature is abnormally high.

(2) Fault Causes

Poor tap welding, oxidation of the contact surface, insecure installation, failure to restore connections during operation and maintenance, large contact resistance caused by a humid environment, and contact point wear caused by load fluctuations.

(3) Handling Methods

• Power-off Maintenance: Check the tap connection, re-weld, and fasten loose parts, replace aging components.

• Cleaning and Protection: Clean poorly contacted parts to ensure good contact of the tap-changing switch.

(4) Prevention Strategies

• Regular Inspection: Regularize the inspection of tap connections, and use high-quality welding materials and processes.

• Environment Adaptation: Strengthen moisture-proof measures in humid environments; for transformers with frequent tap adjustments, replace with reliable connection methods; replace old equipment with products with new tap designs.

6. Application of Intelligent Monitoring Technology in Fault Diagnosis

With the development of the smart grid, the traditional diagnosis mode relying on manual experience and simple instruments has gradually been replaced by intelligent monitoring technology. The fault diagnosis system based on artificial intelligence can monitor the operation status in real-time, early-warn risks in advance, and improve the accuracy and efficiency of diagnosis.

(1) Mainstream Technologies

• Infrared Sensing Temperature Measurement: With an accuracy of ±1°C, it can accurately detect abnormal temperatures.

• Acoustic Signature Recognition Diagnosis: Analyze the frequency and characteristics of the operation sound to distinguish between normal and fault sounds.

• Analysis of Dissolved Gases in Oil: Detect the content of characteristic gases to determine the type and degree of internal faults.

• Machine Learning System: Integrate multiple parameters to establish a fault prediction model.

(2) Application Effects

After applying infrared temperature measurement, a power company increased the fault detection rate by 65% and shortened the processing time by 40%; acoustic signature recognition can detect winding faults 3 - 6 months in advance. The intelligent system can also locate faults and evaluate the severity, providing a basis for operation and maintenance decisions.

7. Maintenance and Prevention Measures for Single-phase Transformers

Most faults of single-phase distribution transformers are related to long-term operation, environment, and insufficient operation and maintenance. Establishing a scientific maintenance system and implementing preventive measures are the keys to reducing faults and extending service life.

(1) Daily Maintenance

• Oil Condition Inspection: Regularly check the oil level and oil color to ensure the oil level is normal and the oil quality is good.

• Status Monitoring: Monitor the operation sound, monitor the temperature, and establish a trend analysis.

• Component Inspection: Check the cleanliness, damage, and discharge traces of bushings; verify the grounding system (the grounding resistance of 100 kVA and above ≤ 4Ω, and below ≤ 10Ω).

• Environmental Management: Ensure stable installation, clean surface dirt, and prevent pollution discharge.

(2) Classified Prevention

• Winding Faults: Avoid overload and conduct regular insulation tests.

• Insulation Aging: Operate at a controlled temperature and conduct regular oil quality detection.

• Oil Leakage: Regularly check the seal and strengthen fixation in vibrating environments.

• Abnormal Temperature: Optimize installation, ensure ventilation, and install temperature monitoring devices.

• Tap Faults: Regularly check connections, use high-quality welding processes, and prevent moisture in humid environments.

(3) Standard Adaptation and Optimization

Select high-efficiency transformers according to GB20052 - 2020 to reduce losses and temperature rise; operate multiple units in parallel in high-load areas to reduce the load pressure on a single unit; strengthen environmental management to reduce external erosion.

8. Conclusions and Recommendations

The common faults of single-phase distribution transformers are interrelated, and most are caused by a single factor leading to multiple types of fault manifestations. Building a complete fault diagnosis system that integrates traditional experience and intelligent technology can improve the accuracy and efficiency of diagnosis.

Operation and Maintenance Management Recommendations

• Monitoring System: Establish a comprehensive monitoring system for multiple parameters such as temperature, sound, and oil quality to master the status in real-time.

• Environment Optimization: Optimize the installation position and method to reduce environmental impact.

• Pre-maintenance Tests: Regularly conduct preventive tests (insulation resistance tests, oil quality detection, etc.) to identify hidden dangers.

• Dynamic Adjustment: Adjust the operation mode and transformer capacity according to load changes.

• Technology Upgrade: Adopt high-efficiency and intelligent monitoring equipment to improve efficiency and diagnosis ability.

The development of the smart grid helps the fault diagnosis and management of single-phase distribution transformers to move towards intelligence and refinement. It is recommended that power companies introduce new technologies and standards, build a big data health management system, realize early fault warning and precise diagnosis, and improve the reliability and economy of the distribution network.