Quins són els errors comuns en transformadors de distribució monofàsics?

Els transformadors de distribució monofàsics, com a equipament crucial per a la transformació de tensió i la distribució d'energia en el sistema elèctric, es fan servir àmpliament en xarxes elèctriques rurals, zones residencials de baixa tensió i àrees amb càrregues monofàsiques concentrades. Amb l'increment continu de la proporció de càrregues monofàsiques en la xarxa de distribució, també ha augmentat la taxa de falles dels transformadors monofàsics. L'identificació i el tractament oportuns d'aquestes falles són d'una gran importància per assegurar el subministrament d'energia. Segons les recents investigacions, les falles comunes dels transformadors de distribució monofàsics es centren principalment en cinc categories: falles de bobines, envelat de l'aislament, fugues d'oli, temperatura anormal i falles de preselecció de baixa tensió. Aquestes falles no només interrompen el funcionament normal del transformador sinó que també poden causar danys a l'equipament i interrupcions del subministrament d'energia. Aquest article analitzarà de manera exhaustiva les causes, característiques i mètodes de resolució de les diverses falles, proporcionant orientacions pràctiques per al personal d'operació i manteniment del sistema elèctric.

1. Falles de Bobines

Les falles de bobines són el tipus de falla més freqüent en els transformadors de distribució monofàsics, incloent circuits tancats entre espires, circuits oberts i falles a terra de les bobines. Són causades principalment pel envelat del material aïllant, daños mecànics o defectes de fabricació. Un circuit tancat entre espires en la bobina provocarà un sobrecalorament local dins del transformador, accelerant l'envelat de l'aislament i potencialment conduint a la destrucció total de la bobina. Les investigacions mostren que quan hi ha un curt circuit lleuger en la bobina del transformador, els dispositius tradicionals com la protecció diferencial i la protecció a gas podrien no actuar en les primeres etapes de la falla, imposant requisits més elevats sobre la capacitat de detecció de falles del personal d'operació i manteniment.

(1) Manifestacions de la Falla

• Soroll Anòmal: El transformador emet un so de "bulliment" de l'oli o un so d'escàndol de descàrrega.

• Temperatura Anòmala: La temperatura de l'oli supera l'estàndard. Quan el contingut de gasos a l'oli supera el valor d'atenció, s'ha de comprovar immediatament l'estat del transformador (conformant-se als estàndards IEC).

• Desbalanç de Resistència: El percentatge de desequilibri de la resistència DC de la bobina supera el 2% (valor permès), indicant una possible deformació o contacte deficient de la bobina.

• Tensió Anòmala: La tensió de sortida és inestable i disminueix significativament. A més, la bobina de baixa tensió és més propensa a deformar-se durant un curt circuit brusc (la bobina de baixa tensió és més propensa a deformar-se sota pressió).

(2) Mesures de Tractament

• Parada d'Emergència: Interrompre immediatament el subministrament d'energia i aturar l'operació del transformador.

• Detecció Precisa: Utilitzar un termòmetre infraroig per comprovar la distribució de la temperatura de la bobina, localitzar la falla; mesurar la resistència DC i la capacitance per avaluar el grau de deformació.

• Reparació i Substitució: Si cal, levantar la tapa per manteniment, reparar o substituir la bobina dañada.

(3) Estratègies de Prevenció

• Proves Regulars: Realitzar proves d'aislament de les bobines per conèixer l'estat de l'aislament.

• Evitar Sobrecàrrega: Prohibir estrictament l'operació a llarg termini en sobrecàrrega del transformador per reduir el risc de daños a les bobines.

• Inspecció Preventiva: Realitzar inspeccions preventives abans del període de màxima càrrega per identificar perillos ocults.

• Instal·lació Estable: Assegurar que el transformador estigui instal·lat firmament per reduir l'impacte de la vibració en les bobines.

2. Falles d'Envelat de l'Aislament

L'envelat de l'aislament és la segona falla més comuna en els transformadors de distribució monofàsics, incloent l'envelat dels materials d'aislament sòlids i la deterioració de l'aislament d'oli. L'envelat de l'aislament reduirà el rendiment aïllant del transformador i accelerarà l'envelat general de l'equipament. Segons les estadístiques, pot reduir la vida útil projectada (35-40 anys) del transformador a uns 20 anys, especialment en transformadors que han estat en operació a llarg termini, en entorns adversos o amb un manteniment insuficient.

(1) Manifestacions de la Falla

• Canvi de Qualitat de l'Oli: L'oli del transformador gradualment canvia de color ambar a taronja o marró, i fins i tot apareixen depòsits de carboni.

• Degradació de l'Aislament: El valor de la prova de resistència d'aislament és inferior a l'estàndard, i el volum de descàrrega parcial augmenta.

• Soroll Anòmal: El so d'operació és agut i irregular, i la velocitat d'envelat està positivament correlacionada amb la temperatura (seguint la teoria d'Arrhenius, la velocitat d'envelat es dobla per cada increment de 6°C en la temperatura).

(2) Mètodes de Tractament

• Anàlisi de Mostres d'Oli: Realitzar una anàlisi cromatogràfica per detectar el contingut de gasos característics i jutjar el grau d'envelat.

• Tractament de l'Oli i Materials: Depenent de la situació d'envelat, decidir si cal canviar l'oli, substituir el material d'aislament sòlid i realitzar una revisió completa si és necessari.

(3) Estratègies de Prevenció

• Detecció Regular: Regularitzar la detecció de la qualitat de l'oli i les proves de resistència d'aislament per controlar l'estat de l'aislament.

• Operació Controlada de Temperatura: Mantenir una temperatura raonable (estàndard GB: l'augment mitjà de la temperatura de la bobina del transformador immers en oli ≤ 65°C, i l'augment de la temperatura de l'oli superior ≤ 55°C).

• Optimització de l'Entorn: Millorar l'entorn d'operació, reduir la erosió per polsim, humitat i gasos nocius; seleccionar transformadors d'alta eficiència com el tipus S11 per reduir l'augment de temperatura i les pèrdues.

3. Falles de Fugues d'Oli

Les fugues d'oli són una falla freqüent i perjudicial en els transformadors de distribució monofàsics. Representen més del 40% de les falles en transformadors de potència, afectant el rendiment aïllant i de refrigeració, i poden causar incendis, contaminació i pèrdues econòmiques en l'equipament.

(1) Manifestacions de la Falla

• Baixada del Nivell d'Oli: El nivell d'oli indica una disminució, i es poden veure mancles d'oli a la superfície del dipòsit d'oli.

• Anomalies Relacionades: El so d'operació és agut i irregular, l'aislament d'oli-papier està humit, i la fuga es veu agravada en dies plujosos i entorns d'alta humitat.

(2) Causes de la Falla

Envelat/dani de juntes, fissures en soldadures, instal·lació incorrecta de terminals, connexions sueltes causades per vibracions, oxidació del dipòsit d'oli i pressió anormal de l'oli causada per un respirador obstruït.

(3) Mètodes de Tractament

• Tractament Graduat: Reparar temporalment petites fugues, i aturar immediatament i realitzar una revisió completa per fugues greus.

• Reparació Radical: Substituir juntes, reparar soldadures/connexions, netejar el respirador i assegurar el funcionament normal del conservador d'oli.

(4) Estratègies de Prevenció

• Inspecció de Juntes: Comprovar regularment l'estat de les juntes i reforçar la fixació en entorns vibrants.

• Millora de Materials: Utilitzar materials de juntes de alta qualitat, netejar el dipòsit d'oli per evitar la corrosió; els transformadors vells poden ser substituïts per productes amb noves estructures de juntes.

4. Falles de Temperatura Anormal

La temperatura anormal és un tipus de falla clau en els transformadors de distribució monofàsics, incloent sobrecalorament de les bobines, sobrecalorament local del nucleu de ferro i increment de la temperatura de l'oli. És el "disparador" de falles com l'envelat de l'aislament, fugues d'oli i deformació de les bobines. Segons els estàndards IEC, quan la temperatura del punt més calent arriba a 140°C, es generen bombolles a l'oli, reduint l'aislament o causant un flashover, danificant el transformador.

(1) Manifestacions de la Falla

• Temperatura Superior a l'Estàndard: El termòmetre d'oli indica una anomalia, la superfície local està sobrecalentada i descolorida, i el nivell d'oli del conservador d'oli és anormal.

• Soroll Anòmal: Emiteix un so de "zumbido", que es fa més fort a mesura que augmenta la càrrega; el color de l'oli es fa més fosch i apareixen depòsits de carboni.

(2) Causes de la Falla

Sobrecàrrega del transformador, falles internes (circuits tancats de bobines/nucleu de ferro), falles del sistema de refrigeració, temperatura ambient elevada, volum insuficient d'oli degut a una junta deficiente, i ventilació deficiente de la instal·lació.

(3) Mètodes de Tractament

• Reducció de Càrrega i Parada: Reduir immediatament la càrrega o aturar, i comprovar el sistema de refrigeració.

• Diagnòstic Precís: Utilitzar un termòmetre infraroig per localitzar el punt sobrecalentat, prendre una mostra d'oli per anàlisi cromatogràfica, comprovar falles internes; reparar causes externes.

(4) Estratègies de Prevenció

• Monitorització i Anàlisi: Monitoritzar regularment la temperatura, establir un anàlisi de tendències; evitar la sobrecàrrega a llarg termini.

• Optimització de l'Entorn: Optimitzar la posició d'instal·lació per assegurar la ventilació; netejar la suciedad en el radiador; augmentar la capacitat o operar múltiples unitats en paral·lel en àrees de càrrega elevada, i instal·lar paraules solars i dispositius de ventilació en entorns de temperatures elevades.

5. Falles de Preselecció de Baixa Tensió

Les falles de preselecció de baixa tensió són úniques als transformadors de distribució monofàsics, incloent contacte deficient, circuits oberts i connexions incorrectes. Degut a que el costat de baixa tensió adopta principalment un disseny de preselecció (com ara tres/quatre preseleccions), la qualitat de la connexió afecta directament la tensió de sortida i la estabilitat de l'operació, que és comuna en transformadors amb fluctuacions de càrrega grans i manteniment insuficient.

(1) Manifestacions de la Falla

• Anomalia de Tensió: La tensió de sortida és inestable, massa alta/massa baixa.

• Soroll Anòmal: Emiteix un so de "clatter" "rustling" de fricció mecànica, que és evident quan canvia la càrrega; la tensió al costat de baixa tensió està desequilibrada, i la temperatura d'operació és anormalment alta.

(2) Causes de la Falla

Soldadura deficiente de la preselecció, oxidació de la superfície de contacte, instal·lació insegura, no restablir les connexions durant l'operació i manteniment, resistència de contacte gran causada per un entorn humit, i desgast del punt de contacte causat per fluctuacions de càrrega.

(3) Mètodes de Tractament

• Manteniment sense Energia: Comprovar la connexió de la preselecció, tornar a soldar i afegir parts suelta, substituir components vells.

• Neteja i Protecció: Netejar les parts mal contactades per assegurar un bon contacte del commutador de preselecció.

(4) Estratègies de Prevenció

• Inspecció Regular: Regularitzar la inspecció de les connexions de preselecció, i utilitzar materials i processos de soldadura de alta qualitat.

• Adaptació a l'Entorn: Reforçar les mesures antihumedat en entorns humits; per als transformadors amb ajusts de preselecció freqüents, substituir amb mètodes de connexió fiables; substituir l'equipament vell amb productes amb nous dissenys de preselecció.

6. Aplicació de Tecnologia de Monitorització Intel·ligent en el Diagnòstic de Falles

Amb el desenvolupament de la xarxa intel·ligent, el mode de diagnòstic tradicional basat en l'experiència manual i instruments simples ha estat gradualment reemplaçat per la tecnologia de monitorització intel·ligent. El sistema de diagnòstic de falles basat en intel·ligència artificial pot monitoritzar l'estat d'operació en temps real, alertar riscos amb antelació i millorar la precisió i eficiència del diagnòstic.

(1) Tecnologies Mainstream

• Mesura de Temperatura per Senyal Infraroig: Amb una precisió de ±1°C, pot detectar amb precisió temperatures anormals.

• Diagnòstic per Reconeixement de Signatures Acústiques: Analitzar la freqüència i les característiques del so d'operació per distingir entre sons normals i de falla.

• Anàlisi de Gasos Dissolts en Oli: Detectar el contingut de gasos característics per determinar el tipus i el grau de falles internes.

• Sistema d'Aprenentatge Automàtic: Integrar múltiples paràmetres per establir un model de predicció de falles.

(2) Efectes d'Aplicació

Després d'aplicar la mesura de temperatura infraroig, una companyia elèctrica va incrementar la taxa de detecció de falles en un 65% i va reduir el temps de processament en un 40%; el reconeixement de signatures acústiques pot detectar falles de bobines 3-6 mesos amb antelació. El sistema intel·ligent també pot localitzar falles i avaluar la severitat, proporcionant una base per a decisions d'operació i manteniment.

7. Mesures de Manteniment i Prevenció per a Transformadors Monofàsics

La majoria de les falles dels transformadors de distribució monofàsics estan relacionades amb l'operació a llarg termini, l'entorn i el manteniment insuficient. Establir un sistema de manteniment científic i implementar mesures preventives són clau per reduir les falles i prolongar la vida útil.

(1) Manteniment Diari

• Inspecció de l'Estat de l'Oli: Comprovar regularment el nivell d'oli i el color de l'oli per assegurar que el nivell d'oli sigui normal i la qualitat de l'oli sigui bona.

• Monitorització de l'Estat: Monitoritzar el so d'operació, monitoritzar la temperatura i establir un anàlisi de tendències.

• Inspecció de Components: Comprovar la neteja, els danys i les traces de descàrrega de les terminals; verificar el sistema de terra (la resistència de terra per 100 kVA i superior ≤ 4Ω, i inferior ≤ 10Ω).

• Gestió Ambiental: Assegurar una instal·lació estable, netejar la suciedad superficial i prevenir la descàrrega de contaminants.

(2) Prevenció Classificada

• Falles de Bobines: Evitar la sobrecàrrega i realitzar proves d'aislament regulars.

• Envelat de l'Aislament: Operar a una temperatura controlada i realitzar deteccions regulars de la qualitat de l'oli.

• Fugues d'Oli: Comprovar regularment les juntes i reforçar la fixació en entorns vibrants.

• Temperatura Anormal: Optimitzar la instal·lació, assegurar la ventilació i instal·lar dispositius de monitorització de la temperatura.

• Falles de Preselecció: Comprovar regularment les connexions, utilitzar processos de soldadura de alta qualitat i prevenir l'humitat en entorns humits.