Quali sono i guasti comuni nei trasformatori di distribuzione monofase?

I trasformatori di distribuzione monofase, come equipaggiamenti cruciali per la trasformazione della tensione e la distribuzione dell'energia nel sistema elettrico, sono ampiamente utilizzati nelle reti rurali, nelle aree residenziali a bassa tensione e nelle aree con carichi monofase concentrati. Con l'aumento continuo della proporzione dei carichi monofase nella rete di distribuzione, il tasso di guasti dei trasformatori monofase è aumentato. L'identificazione tempestiva e la gestione di questi guasti sono di grande importanza per garantire l'approvvigionamento elettrico. Secondo le ultime ricerche, i guasti comuni dei trasformatori di distribuzione monofase si concentrano principalmente in cinque categorie: guasti di avvolgimento, invecchiamento dell'isolamento, perdite d'olio, temperatura anomala e guasti delle prese a bassa tensione. Questi guasti non solo interferiscono con il normale funzionamento del trasformatore, ma possono anche causare danni all'equipaggiamento e interruzioni dell'approvvigionamento elettrico. Questo articolo analizzerà in modo esaustivo le cause, le caratteristiche e i metodi di gestione di vari guasti, fornendo indicazioni pratiche per il personale di operazione e manutenzione del sistema elettrico.

1. Guasti di Avvolgimento

I guasti di avvolgimento sono il tipo di guasto più frequente nei trasformatori di distribuzione monofase, inclusi cortocircuiti tra spire, circuiti aperti e guasti di messa a terra degli avvolgimenti. Sono principalmente causati dall'invecchiamento dei materiali isolanti, da danni meccanici o da difetti di fabbricazione. Un cortocircuito tra spire nell'avvolgimento causerà un surriscaldamento locale all'interno del trasformatore, accelerando l'invecchiamento dell'isolamento e potrebbe alla fine portare al danneggiamento totale dell'avvolgimento. Le ricerche mostrano che quando c'è un leggero cortocircuito nell'avvolgimento del trasformatore, dispositivi tradizionali come la protezione differenziale e la protezione a gas potrebbero non attivarsi nella fase iniziale del guasto, ponendo requisiti più elevati sulla capacità di identificazione dei guasti da parte del personale di operazione e manutenzione.

(1) Manifestazioni del Guasto

• Rumore Anomalo: Il trasformatore emette un suono di "bollitura" dell'olio o un suono di "sfrigolio" di scarica.

• Temperatura Anomala: La temperatura dell'olio supera lo standard. Quando il contenuto di gas nell'olio supera il valore di attenzione, lo stato del trasformatore dovrebbe essere controllato immediatamente (in conformità con gli standard IEC).

• Sbilanciamento della Resistenza: Il tasso di sbilanciamento della resistenza continua dell'avvolgimento supera il 2% (valore consentito), indicando una possibile deformazione dell'avvolgimento o un contatto povero.

• Tensione Anomala: La tensione di uscita è instabile e diminuisce significativamente. Inoltre, l'avvolgimento a bassa tensione è più soggetto a deformazione durante un cortocircuito repentino (l'avvolgimento a bassa tensione è più soggetto a deformazione sotto pressione).

(2) Misure di Intervento

• Spegnimento d'Emergenza: Interrompere immediatamente l'alimentazione e fermare l'operazione del trasformatore.

• Rilevamento Preciso: Utilizzare un termometro a infrarossi per controllare la distribuzione della temperatura dell'avvolgimento, localizzare il guasto; misurare la resistenza continua e la capacità per valutare il grado di deformazione.

• Riparazione e Sostituzione: Se necessario, sollevare il coperchio per la manutenzione, riparare o sostituire l'avvolgimento danneggiato.

(3) Strategie di Prevenzione

• Test Regolari: Eseguire test sull'isolamento degli avvolgimenti per comprendere lo stato dell'isolamento.

• Evitare il Sovraccarico: Proibire strettamente l'operazione a sovraccarico prolungata del trasformatore per ridurre il rischio di danni agli avvolgimenti.

• Ispezione Preventiva: Eseguire ispezioni preventive prima del periodo di carico massimo per identificare i pericoli nascosti.

• Installazione Stabile: Assicurare che il trasformatore sia installato saldamente per ridurre l'impatto delle vibrazioni sull'avvolgimento.

2. Guasti di Invecchiamento dell'Isolamento

L'invecchiamento dell'isolamento è il secondo guasto più comune nei trasformatori di distribuzione monofase, inclusi l'invecchiamento dei materiali isolanti solidi e la degradazione dell'isolamento a olio. L'invecchiamento dell'isolamento ridurrà le prestazioni di isolamento del trasformatore e accelererà l'invecchiamento complessivo dell'equipaggiamento. Secondo le statistiche, può ridurre la vita utile progettata (35-40 anni) del trasformatore a circa 20 anni, che è particolarmente evidente nei trasformatori che hanno operato a lungo, in ambienti difficili o con manutenzione insufficiente.

(1) Manifestazioni del Guasto

• Cambiamento della Qualità dell'Olio: L'olio del trasformatore gradualmente cambia dal giallo chiaro all'arancione o marrone, e possono apparire depositi di carbonio.

• Calo dell'Isolamento: Il valore del test di resistenza d'isolamento è inferiore allo standard e il volume di scariche parziali aumenta.

• Suono Anomalo: Il suono di funzionamento è acuto e irregolare, e il tasso di invecchiamento è positivamente correlato alla temperatura (secondo la teoria di Arrhenius, il tasso di invecchiamento raddoppia per ogni aumento di 6°C della temperatura).

(2) Metodi di Intervento

• Analisi del Campione di Olio: Eseguire un'analisi cromatografica per rilevare il contenuto di gas caratteristici e giudicare il grado di invecchiamento.

• Disposizione dell'Olio e dei Materiali: A seconda della situazione di invecchiamento, decidere se cambiare l'olio, sostituire il materiale isolante solido e, se necessario, eseguire un'overhaul completo.

(3) Strategie di Prevenzione

• Rilevamento Regolare: Regolarizzare il rilevamento della qualità dell'olio e dei test di resistenza d'isolamento per controllare lo stato dell'isolamento.

• Operazione Controllata dalla Temperatura: Mantenere una temperatura ragionevole (standard GB: l'aumento di temperatura medio dell'avvolgimento del trasformatore a olio ≤ 65°C, e l'aumento di temperatura del olio in alto ≤ 55°C).

• Ottimizzazione dell'Ambiente: Migliorare l'ambiente di funzionamento, ridurre l'erosione della polvere, dell'umidità e dei gas nocivi; selezionare trasformatori ad alta efficienza come il tipo S11 per ridurre l'aumento di temperatura e le perdite.

3. Guasti di Perdita d'Olio

La perdita d'olio è un guasto frequente e dannoso nei trasformatori di distribuzione monofase. Rappresenta oltre il 40% dei guasti nei trasformatori di potenza, influenzando le prestazioni di isolamento e dissipazione del calore, e causando incendi, inquinamento e perdite economiche dell'equipaggiamento.

(1) Manifestazioni del Guasto

• Diminuzione del Livello d'Olio: Il livello d'olio mostrato dal manometro è diminuito, e si possono vedere macchie d'olio sulla superficie della vasca dell'olio.

• Anomalie Correlate: Il suono di funzionamento è acuto e irregolare, l'isolamento olio-cartone è umido, e la perdita si aggravano in giorni di pioggia e ambienti ad alta umidità.

(2) Cause del Guasto

Invecchiamento/danno dei sigilli, crepe di saldatura, installazione impropria dei bushing, connessioni allentate causate dalle vibrazioni, corrosione della vasca dell'olio, e pressione anormale dell'olio causata da un respiratore ostruito.

(3) Metodi di Intervento

• Trattamento Graduale: Riparare temporaneamente piccole perdite, e spegnere e eseguire un'overhaul completa per perdite gravi.

• Riparazione Radicale: Sostituire i sigilli, riparare le saldature/connessioni, pulire il respiratore, e assicurare il funzionamento normale del conservatore d'olio.

(4) Strategie di Prevenzione

• Ispezione dei Sigilli: Verificare regolarmente lo stato dei sigilli, e rafforzare la fissazione in ambienti vibranti.

• Aggiornamento dei Materiali: Utilizzare materiali sigillanti di alta qualità, pulire la vasca dell'olio per prevenire la corrosione; i vecchi trasformatori possono essere sostituiti con prodotti dotati di nuove strutture sigillanti.

4. Guasti di Temperatura Anomala

La temperatura anomala è un tipo di guasto chiave nei trasformatori di distribuzione monofase, inclusi il surriscaldamento degli avvolgimenti, il surriscaldamento locale del nucleo di ferro e l'aumento della temperatura dell'olio. È il "grilletto" per guasti come l'invecchiamento dell'isolamento, la perdita d'olio e la deformazione degli avvolgimenti. Secondo gli standard IEC, quando la temperatura del punto più caldo raggiunge 140°C, si formeranno bolle nell'olio, che ridurranno l'isolamento o causeranno un flashover, danneggiando il trasformatore.

(1) Manifestazioni del Guasto

• Superamento della Temperatura Standard: Il termometro dell'olio mostra un'anomalia, la superficie locale è surriscaldata e discolore, e il livello dell'olio nel conservatore d'olio è anomalo.

• Suono Anomalo: Emette un suono "ronzante", che diventa più forte con l'aumento del carico; il colore dell'olio diventa più scuro e appaiono depositi di carbonio.

(2) Cause del Guasto

Sovraccarico del trasformatore, guasti interni (cortocircuito degli avvolgimenti/nucleo di ferro), guasti del sistema di raffreddamento, temperatura ambiente elevata, quantità insufficiente di olio a causa di sigillatura povera, e ventilazione insufficiente durante l'installazione.

(3) Metodi di Intervento

• Riduzione del Carico e Spegnimento: Ridurre immediatamente il carico o spegnere, e controllare il sistema di raffreddamento.

• Diagnosi Precisa: Utilizzare un termometro a infrarossi per localizzare il punto surriscaldato, prelevare un campione d'olio per l'analisi cromatografica, controllare i guasti interni; riparare le cause esterne.

(4) Strategie di Prevenzione

• Monitoraggio e Analisi: Monitorare regolarmente la temperatura, stabilire un'analisi delle tendenze; evitare il sovra-carico a lungo termine.

• Ottimizzazione dell'Ambiente: Ottimizzare la posizione di installazione per garantire la ventilazione; pulire la sporcizia sul dissipatore di calore; aumentare la capacità o operare più unità in parallelo nelle aree ad alto carico, e installare schermi solari e dispositivi di ventilazione in ambienti ad alta temperatura.

5. Guasti delle Prese a Bassa Tensione

I guasti delle prese a bassa tensione sono unici nei trasformatori di distribuzione monofase, inclusi contatti poveri, circuiti aperti e connessioni errate. Poiché il lato a bassa tensione adotta prevalentemente un design a prese (come tre/quattro prese), la qualità della connessione influenza direttamente la tensione di uscita e la stabilità dell'operazione, ed è comune nei trasformatori con fluttuazioni di carico elevate e manutenzione insufficiente.

(1) Manifestazioni del Guasto

• Anomalia di Tensione: La tensione di uscita è instabile, troppo alta/troppo bassa.

• Anomalia di Suono: Emette un suono meccanico di "rumore" "fruscio", che è evidente quando il carico cambia; la tensione sul lato a bassa tensione è squilibrata, e la temperatura di funzionamento è anormalmente alta.

(2) Cause del Guasto

Saldatura povera delle prese, ossidazione della superficie di contatto, installazione non sicura, mancata ripristinazione delle connessioni durante la manutenzione, resistenza di contatto elevata causata da un ambiente umido, e usura del punto di contatto causata dalle fluttuazioni del carico.

(3) Metodi di Intervento

• Manutenzione con Spegnimento: Controllare la connessione delle prese, risaldare, e fissare parti allentate, sostituire componenti invecchiati.

• Pulizia e Protezione: Pulire le parti con contatto povero per garantire un buon contatto dello switch di cambio prese.

(4) Strategie di Prevenzione

• Ispezione Regolare: Regolarizzare l'ispezione delle connessioni delle prese, e utilizzare materiali e processi di saldatura di alta qualità.

• Adattamento Ambientale: Rafforzare le misure antiumidità in ambienti umidi; per i trasformatori con aggiustamenti frequenti delle prese, sostituire con metodi di connessione affidabili; sostituire vecchi apparecchi con prodotti con nuovi design di prese.

6. Applicazione della Tecnologia di Monitoraggio Intelligente nella Diagnosi dei Guasti

Con lo sviluppo della rete intelligente, il modello di diagnosi tradizionale basato sull'esperienza manuale e strumenti semplici è stato gradualmente sostituito dalla tecnologia di monitoraggio intelligente. Il sistema di diagnosi dei guasti basato sull'intelligenza artificiale può monitorare in tempo reale lo stato di funzionamento, avvertire preventivamente i rischi e migliorare l'accuratezza ed l'efficienza della diagnosi.

(1) Tecnologie Mainstream

• Misurazione della Temperatura a Sensore Infrarosso: Con un'accuratezza di ±1°C, può rilevare accuratamente temperature anomale.

• Diagnosi di Riconoscimento della Firma Acustica: Analizzare la frequenza e le caratteristiche del suono di funzionamento per distinguere tra suoni normali e di guasto.

• Analisi dei Gas Disciolti nell'Olio: Rilevare il contenuto di gas caratteristici per determinare il tipo e il grado di guasti interni.

• Sistema di Apprendimento Automatico: Integrare più parametri per stabilire un modello di previsione dei guasti.

(2) Effetti dell'Applicazione

Dopo l'applicazione della misurazione della temperatura a infrarossi, una società elettrica ha aumentato il tasso di rilevamento dei guasti del 65% e ha ridotto il tempo di elaborazione del 40%; il riconoscimento della firma acustica può rilevare i guasti degli avvolgimenti 3-6 mesi in anticipo. Il sistema intelligente può anche localizzare i guasti e valutare la gravità, fornendo una base per le decisioni di operazione e manutenzione.

7. Misure di Manutenzione e Prevenzione per Trasformatori Monofase

La maggior parte dei guasti dei trasformatori di distribuzione monofase è legata all'operazione a lungo termine, all'ambiente e alla manutenzione insufficiente. Stabilire un sistema di manutenzione scientifico e implementare misure preventive sono le chiavi per ridurre i guasti e prolungare la vita utile.

(1) Manutenzione Giornaliera

• Controllo della Condizione dell'Olio: Controllare regolarmente il livello e il colore dell'olio per assicurare che il livello sia normale e la qualità dell'olio sia buona.

• Monitoraggio dello Stato: Monitorare il suono di funzionamento, monitorare la temperatura e stabilire un'analisi delle tendenze.

• Controllo dei Componenti: Controllare la pulizia, i danni e le tracce di scarica dei bushing; verificare il sistema di messa a terra (la resistenza di messa a terra di 100 kVA e superiori ≤ 4Ω, e inferiori ≤ 10Ω).

• Gestione Ambientale: Assicurare un'installazione stabile, pulire la sporcizia sulla superficie e prevenire la scarica di inquinamento.

(2) Prevenzione Classificata

• Guasti di Avvolgimento: Evitare il sovra-carico e eseguire test di isolamento regolari.

• Invecchiamento dell'Isolamento: Operare a temperatura controllata e eseguire regolarmente il rilevamento della qualità dell'olio.

• Perdita d'Olio: Controllare regolarmente i sigilli e rafforzare la fissazione in ambienti vibranti.

• Temperatura Anomala: Ottimizzare l'installazione, assicurare la ventilazione e installare dispositivi di monitoraggio della temperatura.

• Guasti delle Prese: Controllare regolarmente le connessioni, utilizzare processi di saldatura di alta qualità e prevenire l'umidità in ambienti umidi.

(3) Adattamento e Ottimizzazione degli Standard

Selezionare trasformatori ad alta efficienza in conformità con il GB20052-2020 per ridurre le perdite e l'aumento di temperatura; operare più unità in parallelo in aree ad alto carico per ridurre la pressione di carico su una singola unità; rafforzare la gestione ambientale per ridurre l'erosione esterna.

8. Conclusioni e Raccomandazioni

I guasti comuni dei trasformatori di distribuzione monofase sono interconnessi, e la maggior parte è causata da un singolo fattore che porta a manifestazioni di diversi tipi di guasti. Costruire un sistema di diagnosi dei guasti completo che integri l'esperienza tradiz