Jaké jsou běžné poruchy v jednofázových distribučních transformátorech

Jednofázové distribuční transformátory, jako klíčové zařízení pro převod napětí a distribuci energie v elektrickém systému, jsou široce používány v venkovských elektrických sítích, nízkonapěťových obytných oblastech a oblastech s koncentrovanými jednofázovými zatíženími. S neustálým rostoucím podílem jednofázových zatížení v distribuční síti se zvyšuje i počet poruch u jednofázových transformátorů. Včasné identifikace a řešení těchto poruch mají velký význam pro zajištění dodávky energie. Podle nejnovějších výzkumů se běžné poruchy jednofázových distribučních transformátorů hlavně soustřeďují na pět kategorií: poruchy cívek, stárnutí izolace, únik oleje, abnormální teplota a poruchy nízkonapěťových odboček. Tyto poruchy nejen ruší normální fungování transformátoru, ale mohou také způsobit poškození zařízení a přerušení dodávky energie. Tento článek komplexně analyzuje příčiny, charakteristiky a způsoby řešení různých poruch, poskytuje praktické pokyny pro provozní a servisní personál elektrického systému.

1. Poruchy cívek

Poruchy cívek jsou nejčastějším typem poruch u jednofázových distribučních transformátorů, včetně meziovinových krátkých spojení, otevřených okruhů a uzemnění cívek. Jsou způsobeny především stárnutím izolačního materiálu, mechanickým poškozením nebo výrobními vadami. Meziovinové krátké spojení v cívkách způsobí lokální přehřátí uvnitř transformátoru, což urychlí stárnutí izolace a může nakonec vést k celkovému poškození cívek. Výzkum ukazuje, že při malém krátkém spojení v cívkách transformátoru tradiční zařízení, jako je diferenciální ochrana a plynná ochrana, možná nezareagují v rané fázi poruchy, což klade vyšší požadavky na schopnost operátorů a servisních pracovníků identifikovat poruchy.

(1) Projevy poruch

• Abnormální zvuk: Transformátor vydává "bublající" zvuk vařícího se oleje nebo "praskající" zvuk výboje.

• Abnormální teplota: Teplota oleje přesahuje standard. Pokud obsah plynu v oleji přesáhne upozornění (dle IEC standardů), je nutné okamžitě zkontrolovat stav transformátoru.

• Nerovnoměrnost odporu: Nerovnoměrnost DC odpornosti cívek přesahuje 2% (dovolená hodnota), což naznačuje možnou deformaci cívek nebo špatný kontakt.

• Abnormální napětí: Výstupní napětí je nestabilní a dramaticky klesá. Navíc nízkonapěťové cívky jsou během náhlého krátkého spojení pravděpodobnější k deformaci (nízkonapěťové cívky jsou vystaveny většímu tlaku).

(2) Zásahy

• Naléhavé vypnutí: Okamžité odpojení napájecího zdroje a zastavení funkce transformátoru.

• Přesné detekce: Použití infračerveného teploměru k kontrole rozložení teploty cívek, lokalizace poruchy; měření DC odpornosti a kapacity pro hodnocení míry deformace.

• Reparace a výměna: Pokud je to nutné, provedení údržby, opravy nebo výměny poškozených cívek.

(3) Prevence

• Pravidelné testy: Provádění testů izolace cívek pro získání informací o stavu izolace.

• Zákaz přetížení: Přísný zákaz dlouhodobého přetížení transformátoru, aby se snížilo riziko poškození cívek.

• Prevencionní inspekce: Provádění preventivních kontrol před obdobím vrcholového zatížení pro identifikaci skrytých hrozeb.

• Stabilní instalace: Zajištění pevné instalace transformátoru, aby se snížil dopad vibrací na cívky.

2. Poruchy stárnutí izolace

Stárnutí izolace je druhý nejčastější typ poruch u jednofázových distribučních transformátorů, včetně stárnutí tuhého izolačního materiálu a zhoršení olejové izolace. Stárnutí izolace sníží izolační vlastnosti transformátoru a urychlí celkové stárnutí zařízení. Podle statistik lze tímto zkrátit návrhovou životnost (35-40 let) transformátoru na zhruba 20 let, což je zejména výrazné u transformátorů, které byly dlouho v provozu, ve tvrdých podmínkách nebo s nedostatečnou provozní a servisní péčí.

(1) Projevy poruch

• Změna jakosti oleje: Olej v transformátoru postupně mění barvu z světle žluté na oranžovou nebo hnědou a mohou se objevit uhlíkové usazeniny.

• Pokles izolace: Hodnoty testu izolačního odpornosti jsou nižší než standard a množství částečných výbojů se zvýší.

• Abnormální zvuk: Operační zvuk je ostrý a nerovnoměrný, a rychlost stárnutí je pozitivně korelována s teplotou (podle Arrheniovské teorie se rychlost stárnutí zdvojnásobí při každém 6°C nárůstu teploty).

(2) Způsoby řešení

• Analýza vzorku oleje: Provedení chromatografické analýzy pro detekci obsahu charakteristických plynů a posouzení míry stárnutí.

• Změna oleje a materiálů: V závislosti na stavu stárnutí se rozhodne o změně oleje, výměně tuhého izolačního materiálu a pokud je to nutné, provedení komplexní opravy.

(3) Prevence

• Pravidelné kontroly: Pravidelné kontroly jakosti oleje a izolačního odpornosti pro kontrolu stavu izolace.

• Teplotně kontrolovaný provoz: Udržení vhodné teploty (GB standard: průměrný teplotní nárůst cívek olejového transformátoru ≤ 65°C a teplotní nárůst horního oleje ≤ 55°C).

• Optimalizace prostředí: Zlepšení operačního prostředí, snížení eroze prachu, vlhkosti a škodlivých plynů; výběr vysokoeffektivních transformátorů, jako je typ S11, k snížení teplotního nárůstu a ztrát.

3. Poruchy úniku oleje

Únik oleje je častou a škodlivou poruchou u jednofázových distribučních transformátorů. Činí více než 40% poruch u elektrických transformátorů, což ovlivní izolační a tepelné vlastnosti a může způsobit požár, znečištění a ekonomické ztráty.

(1) Projevy poruch

• Klesající hladina oleje: Měřidlo hladiny oleje ukazuje klesající hladinu a na povrchu nádrže mohou být vidět olejové skvrny.

• Související anomálie: Operační zvuk je ostrý a nerovnoměrný, olejová papírová izolace je mokrá a únik se zhoršuje v deštivé a vysokovlhkostním prostředí.

(2) Příčiny poruch

Stárnutí/poškození těsnicích materiálů, trhliny v svařovacích švech, nesprávná instalace vývodů, volné spojení způsobené vibrací, korozí nádrže a neobvyklý olejový tlak způsobený zablokovaným dýcháním.

(3) Způsoby řešení

• Postupná oprava: Dočasná oprava malých úniků a okamžité vypnutí a provedení komplexní opravy v případě vážných úniků.

• Základní oprava: Výměna těsnicích materiálů, oprava svařovacích švů/spojení, čištění dýchání a zajištění správného chodu nádrže oleje.

(4) Prevence

• Kontrola těsnosti: Pravidelné kontroly těsnících materiálů a posílení fixace v vibracních prostředích.

• Upgrade materiálů: Použití vysokokvalitních těsnicích materiálů, čištění nádrže pro prevenci korozí; staré transformátory lze nahradit produkty s novými těsnicími strukturami.

4. Poruchy abnormální teploty

Abnormální teplota je klíčový typ poruch u jednofázových distribučních transformátorů, včetně přehřátí cívek, lokálního přehřátí jádra a nárůstu teploty oleje. Je to „spouštěč“ poruch, jako je stárnutí izolace, únik oleje a deformace cívek. Podle IEC standardů, když dosáhne nejteplejší bod teploty 140°C, v oleji vzniknou bublinky, což sníží izolaci nebo způsobí flashover, poškození transformátoru.

(1) Projevy poruch

• Překročení standardu teploty: Měřidlo teploty oleje ukazuje anomálii, lokální povrch je přehřát a změnil barvu, hladina oleje v nádrži je anormální.

• Abnormální zvuk: Vydává „bzučivý“ zvuk, který se zesiluje s narůstajícím zatížením; barva oleje se tmaví a vytvářejí se uhlíkové usazeniny.

(2) Příčiny poruch

Přetížení transformátoru, interní poruchy (krátké spojení cívek/jádra), porucha chladičného systému, vysoká vnější teplota, nedostatek oleje způsobený špatnou těsností a špatná ventilace při instalaci.

(3) Způsoby řešení

• Snížení zatížení a vypnutí: Okamžité snížení zatížení nebo vypnutí a kontrola chladičného systému.

• Přesná diagnostika: Použití infračerveného teploměru k lokalizaci přehřátého místa, vzorkování oleje pro chromatografickou analýzu, kontrola interních poruch; oprava externích příčin.

(4) Prevence

• Monitorování a analýza: Pravidelné monitorování teploty, vytvoření trendové analýzy; vyhýbat se dlouhodobému přetížení.

• Optimalizace prostředí: Optimalizace umístění pro zajištění ventilace; čištění saze na chladičích; zvýšení kapacity nebo paralelní provoz v oblastech s vysokým zatížením a instalace stínítek a ventilátorů v oblastech s vysokou teplotou.

5. Poruchy nízkonapěťových odboček

Poruchy nízkonapěťových odboček jsou specifické pro jednofázové distribuční transformátory, včetně špatného kontaktu, otevřených okruhů a špatných spojů. Protože nízkonapěťová strana často používá odbočkový design (např. tři/čtyři odbočky), kvalita spojení přímo ovlivňuje výstupní napětí a stabilitu provozu, což je běžné u transformátorů s velkými fluktuacemi zatížení a nedostatečnou provozní a servisní péčí.

(1) Projevy poruch

• Abnormální napětí: Výstupní napětí je nestabilní, příliš vysoké/příliš nízké.

• Abnormální zvuk: Vydává „klácot“ „šustivý“ mechanický třecí zvuk, který je zřetelný při změně zatížení; napětí na nízkonapěťové straně je nerozumně rozmístěno a operační teplota je anormálně vysoká.

(2) Příčiny poruch

Špatné svařování odboček, oxidace povrchu kontaktu, nesprávná instalace, selhání obnovení spojení během provozu a údržby, vysoký kontaktový odpor způsobený vlhkým prostředím a opotřebení kontaktu způsobené fluktuacemi zatížení.

(3) Způsoby řešení

• Vypnutí a údržba: Kontrola spojení odboček, opětovné svařování a zajištění volných částí, výměna stárnutých komponent.

• Čištění a ochrana: Čištění špatně kontaktujících částí pro zajištění dobrého kontaktu přepínacího spínače odboček.

(4) Prevence

• Pravidelná kontrola: Pravidelná kontrola spojení odboček a použití kvalitních svařovacích materiálů a procesů.

• Adaptace prostředí: Posílení protivodních opatření ve vlhkých prostředích; pro transformátory s častými přepínáními odboček nahraďte spolehlivými spojovacími metodami; nahraďte stará zařízení produkty s novým designem odboček.

6. Aplikace inteligentních monitorovacích technologií v diagnostice poruch

S rozvojem inteligentních elektrických sítí se tradiční diagnostický model založený na manuálním zkušenostech a jednoduchých přístrojích postupně nahrazuje inteligentními monitorovacími technologiemi. Diagnostický systém založený na umělé inteligenci může sledovat stav provozu v reálném čase, varovat před riziky v předstihu a zlepšit přesnost a efektivitu diagnostiky.

(1) Hlavní technologie

• Infračervené měření teploty: S přesností ±1°C může přesně detekovat abnormální teploty.

• Diagnostika akustických signatur: Analýza frekvence a charakteristik operačního zvuku pro rozlišení mezi normálním a poruchovým zvukem.

• Analýza rozpustných plynů v oleji: Detekce obsahu charakteristických plynů pro určení typu a míry interních poruch.

• Systém strojového učení: Integrace více parametrů pro vytvoření modelu predikce poruch.

(2) Efekty aplikace

Po aplikaci infračerveného měření teploty jedna elektroenergetická společnost zvýšila detekční poměr poruch o 65% a zkrátila dobu zpracování o 40%; akustická identifikace může detekovat poruchy cívek 3-6 měsíců v předstihu. Inteligentní systém může také lokalizovat poruchy a hodnotit jejich závažnost, poskytovat základ pro rozhodnutí o provozu a údržbě.

7. Údržba a prevence pro jednofázové transformátory

Většina poruch u jednofázových distribučních transformátorů je spojena s dlouhodobým provozem, prostředím a nedostatečnou provozní a servisní péčí. Vytvoření vědeckého systému údržby a implementace prevencí jsou klíčové pro snížení počtu poruch a prodloužení životnosti.

(1) Běžná údržba

• Kontrola stavu oleje: Pravidelné kontroly hladiny a barvy oleje pro zajištění normální hladiny a kvality oleje.

• Daruji