Jakie są typowe awarie w jednofazowych transformatorach dystrybucyjnych

Jednofazowe transformatory dystrybucyjne, będące kluczowym sprzętem do przekształcania napięcia i rozdziału energii w systemie energetycznym, są szeroko stosowane w wiejskich sieciach energetycznych, obszarach o niskim napięciu mieszkalnym oraz w miejscach o skoncentrowanych obciążeniach jednofazowych. Wraz z ciągłym wzrostem udziału obciążeń jednofazowych w sieci dystrybucyjnej, wzrosła również częstość awarii jednofazowych transformatorów. Szybka identyfikacja i obsługa tych awarii ma ogromne znaczenie dla zapewnienia dostaw energii. Według najnowszych badań, typowe usterki jednofazowych transformatorów dystrybucyjnych koncentrują się głównie w pięciu kategoriach: usterki cewek, starzenie się izolacji, przecieki oleju, anomalie temperatury i usterki zacisków niskiego napięcia. Te usterki nie tylko zakłócają prawidłowe działanie transformatora, ale mogą również prowadzić do uszkodzenia sprzętu i przerw w dostawie energii. Niniejszy artykuł dokona kompleksowej analizy przyczyn, cech i metod obsługi różnych usterek, oferując praktyczne wskazówki dla personelu operacyjnego i konserwacyjnego systemu energetycznego.

1. Usterki cewek

Usterki cewek są najczęstszym typem usterki w jednofazowych transformatorach dystrybucyjnych, obejmują one krótkie połączenia między zwitkami, otwarte obwody i usterki ziemne cewek. Zwykle są one spowodowane starzeniem się materiałów izolacyjnych, uszkodzeniami mechanicznymi lub wadami produkcji. Krótkie połączenie między zwitkami w cewce powoduje lokalne przegrzanie wewnątrz transformatora, co przyspiesza starzenie się izolacji i może ostatecznie doprowadzić do całkowitego uszkodzenia cewki. Badania pokazują, że w przypadku lekkiego krótkiego połączenia w cewce transformatora tradycyjne urządzenia, takie jak ochrona różnicowa i gazowa, mogą nie działać na wczesnym etapie usterki, co stawia wyższe wymagania dla zdolności identyfikacji usterki przez personel operacyjny i konserwacyjny.

(1) Objawy usterki

• Nietypowy hałas: Transformator emituje bulgoczący dźwięk wrzącej oleju lub trąciący dźwięk wyładowania.

• Nietypowa temperatura: Temperatura oleju przekracza standard. Gdy zawartość gazu w oleju przekracza wartość ostrzegawczą, stan transformatora powinien być natychmiast sprawdzony (zgodnie ze standardami IEC).

• Nierównowaga oporności: Stosunek nierównowagi oporności stałoprądowej cewki przekracza 2% (dopuszczalna wartość), co wskazuje na możliwe deformacje cewki lub złe połączenia.

• Nietypowe napięcie: Napięcie wyjściowe jest niestabilne i znacznie spada. Ponadto, cewka niskiego napięcia jest bardziej podatna na deformację podczas nagłego krótkiego połączenia (cewka niskiego napięcia jest bardziej podatna na deformację pod ciśnieniem).

(2) Metody obsługi

• Awaryjne wyłączenie: Natychmiast odetnij zasilanie i zatrzymaj działanie transformatora.

• Dokładne pomiary: Użyj termometru podczerwieni do sprawdzenia rozkładu temperatury cewki, zlokalizuj usterkę; zmierz oporność i pojemność, aby ocenić stopień deformacji.

• Naprawa i wymiana: W razie potrzeby, podnieś pokrywę do konserwacji, napraw lub wymień uszkodzoną cewkę.

(3) Strategie zapobiegania

• Regularne testy: Przeprowadzaj testy izolacji cewek, aby poznać stan izolacji.

• Unikaj przeciążenia: Surowo zabraniaj długotrwałego działania transformatora w trybie przeciążenia, aby zmniejszyć ryzyko uszkodzenia cewek.

• Przedsezonowe kontrole: Przeprowadzaj kontrole profilaktyczne przed okresem szczytowego obciążenia, aby wykryć ukryte zagrożenia.

• Stabilna instalacja: Zapewnij solidne zamontowanie transformatora, aby zmniejszyć wpływ drgań na cewki.

2. Usterki związane ze starzeniem się izolacji

Starzenie się izolacji to drugi pod względem częstotliwości typ usterki w jednofazowych transformatorach dystrybucyjnych, obejmujący starzenie się materiałów izolacji stałe oraz pogorszenie izolacji olejowej. Starzenie się izolacji zmniejsza właściwości izolacyjne transformatora i przyspiesza ogólne starzenie się sprzętu. Statystyki pokazują, że może ono skrócić projektowany czas użytkowania (35-40 lat) transformatora do około 20 lat, co jest szczególnie widoczne w transformatorach działających długoterminowo, w trudnych warunkach środowiskowych lub z niewystarczającą obsługą i konserwacją.

(1) Objawy usterki

• Zmiana jakości oleju: Olej transformatora stopniowo zmienia barwę z jasnożółtej na pomarańczową lub brązową, a nawet pojawiają się osady węglowe.

• Spadek izolacji: Wartość testu oporności izolacyjnej jest niższa niż standard, a objętość częściowego wyładowania wzrasta.

• Nietypowy dźwięk: Dźwięk pracy jest ostry i nierównomierny, a tempo starzenia się jest dodatnio skorelowane z temperaturą (według teorii Arrheniusa, tempo starzenia się podwaja się przy każdym 6°C wzrostu temperatury).

(2) Metody obsługi

• Analiza próbek oleju: Przeprowadź analizę chromatograficzną, aby wykryć zawartość charakterystycznych gazów i ocenić stopień starzenia się.

• Obsługa oleju i materiałów: W zależności od stopnia starzenia się, zdecyduj, czy należy zmienić olej, zastąpić materiał izolacji stałej i przeprowadzić kompleksową reperację, jeśli to konieczne.

(3) Strategie zapobiegania

• Regularne pomiary: Regularnie kontroluj jakość oleju i przeprowadzaj testy oporności izolacyjnej, aby monitorować stan izolacji.

• Sterowane działanie temperatury: Utrzymuj odpowiednią temperaturę (standard GB: średnie wzrost temperatury cewek transformatora zanurzonego w oleju ≤ 65°C, a wzrost temperatury górnej warstwy oleju ≤ 55°C).

• Optymalizacja środowiska: Popraw warunki pracy, zmniejsz erozję przez kurz, wilgotność i szkodliwe gazy; wybierz wysokowydajne transformatory, takie jak typ S11, aby zmniejszyć wzrost temperatury i straty.

3. Usterki związane z przeciekami oleju

Przecieki oleju to częsta i szkodliwa usterka w jednofazowych transformatorach dystrybucyjnych. Stanowi ponad 40% usterek w transformatorach energetycznych, co wpływa na izolację i odprowadzanie ciepła, powodując pożary sprzętu, zanieczyszczenia i straty ekonomiczne.

(1) Objawy usterki

• Spadek poziomu oleju: Manometr oleju wskazuje spadek poziomu oleju, a plamy oleju są widoczne na powierzchni zbiornika oleju.

• Powiązane anomalie: Dźwięk pracy jest ostry i nierównomierny, izolacja olej-papier jest wilgotna, a przecieki nasilają się w dni deszczowe i w wilgotnym środowisku.

(2) Przyczyny usterki

Starzenie się/uszkodzenie uszczelnień, pęknięcie spoin, niewłaściwa instalacja złącz, luźne połączenia spowodowane drganiami, rdza zbiornika oleju i nietypowe ciśnienie oleju spowodowane zablokowanym oddechowym.

(3) Metody obsługi

• Stopniowe postępowanie: Tymczasowo napraw małe przecieki, a w przypadku poważnych przecieków natychmiast zatrzymaj działanie i przeprowadź kompleksową reperację.

• Podstawowa naprawa: Zmień uszczelnień, napraw spoiny/połączenia, oczyść oddechowy i upewnij się, że zbiornik oleju działa prawidłowo.

(4) Strategie zapobiegania

• Kontrola uszczelniania: Regularnie sprawdzaj stan uszczelniania i wzmocnij mocowanie w drgających środowiskach.

• Modernizacja materiałów: Używaj wysokiej jakości materiałów uszczelniających, czyszcz zbiornik oleju, aby zapobiec korozji; stare transformatory można zastąpić produktami z nowymi strukturami uszczelniania.

4. Usterki związane z nietypową temperaturą

Nietypowa temperatura to kluczowy typ usterki w jednofazowych transformatorach dystrybucyjnych, obejmujący przegrzanie cewek, lokalne przegrzanie rdzenia i wzrost temperatury oleju. Jest to "trigger" dla usterków, takich jak starzenie się izolacji, przecieki oleju i deformacje cewek. Zgodnie ze standardami IEC, gdy najgorętszy punkt osiągnie 140°C, w oleju powstaną bąbelki, co zmniejszy izolację lub spowoduje przepięcie, uszkadzając transformator.

(1) Objawy usterki

• Temperatura przekraczająca standard: Manometr oleju wskazuje anomalię, lokalna powierzchnia jest przegrzana i zbarwiona, a poziom oleju w zbiorniku oleju jest nietypowy.

• Nietypowy dźwięk: Emityowany jest "brzęczący" dźwięk, który staje się głośniejszy wraz ze wzrostem obciążenia; kolor oleju staje się ciemniejszy i pojawiają się osady węglowe.

(2) Przyczyny usterki

Przeciążenie transformatora, wewnętrzne usterki (krótkie połączenie cewek/rdzenia), usterki układu chłodzenia, wysoka temperatura otoczenia, niewystarczająca ilość oleju spowodowana słabym uszczelnianiem i słaba wentylacja montażu.

(3) Metody obsługi

• Redukcja obciążenia i wyłączenie: Natychmiast zredukuj obciążenie lub zatrzymaj działanie, a następnie sprawdź układ chłodzenia.

• Dokładna diagnostyka: Użyj termometru podczerwieni, aby zlokalizować przegrzany punkt, weź próbkę oleju do analizy chromatograficznej, sprawdź wewnętrzne usterki; napraw zewnętrzne przyczyny.

(4) Strategie zapobiegania

• Monitorowanie i analiza: Regularnie monitoruj temperaturę, twórz analizę trendów; unikaj długotrwałego przeciążenia.

• Optymalizacja środowiska: Optymalizuj położenie montażu, aby zapewnić wentylację; czyszcz zanieczyszczenia na wymienniku ciepła; zwiększ pojemność lub działaj wieloma jednostkami równolegle w obszarach o wysokim obciążeniu, a w środowiskach o wysokiej temperaturze zainstaluj osłony przeciwsłoneczne i urządzenia wentylacyjne.

5. Usterki zacisków niskiego napięcia

Usterki zacisków niskiego napięcia są unikalne dla jednofazowych transformatorów dystrybucyjnych, obejmują one złe połączenia, otwarte obwody i błędne połączenia. Ponieważ strona niskiego napięcia najczęściej wykorzystuje konstrukcję z wycinkami (np. trzy/cztery wycinki), jakość połączeń bezpośrednio wpływa na napięcie wyjściowe i stabilność działania, co jest powszechne w transformatorach z dużymi fluktuacjami obciążenia i niewystarczającą obsługą i konserwacją.

(1) Objawy usterki

• Nietypowe napięcie: Napięcie wyjściowe jest niestabilne, zbyt wysokie/zbyt niskie.

• Nietypowy dźwięk: Emituje "trąci" "szarpiący" dźwięk mechanicznego tarcia, który jest wyraźny przy zmianie obciążenia; napięcie na stronie niskiego napięcia jest nierównomierne, a temperatura pracy jest nietypowo wysoka.

(2) Przyczyny usterki

Słabe spawanie zacisków, utlenienie powierzchni kontaktu, niesolidne montowanie, brak przywrócenia połączeń podczas obsługi i konserwacji, duże opory kontaktowe spowodowane wilgotnym środowiskiem i zużycie punktów kontaktowych spowodowane fluktuacjami obciążenia.

(3) Metody obsługi

• Konserwacja przy wyłączeniu zasilania: Sprawdź połączenia zacisków, ponownie spawaj i zaciskaj luźne elementy, zastąp przestarzałe komponenty.

• Czyszczenie i ochrona: Wyczyść źle kontaktujące części, aby zapewnić dobrą pracę przełącznika zacisków.

(4) Strategie zapobiegania

• Regularne kontrole: Regularnie kontroluj połączenia zacisków, używaj wysokiej jakości materiałów i procesów spawania.

• Adaptacja do środowiska: Wzmocnij środki antykorozyjne w wilgotnych środowiskach; dla transformatorów z częstymi regulacjami zacisków, zastąp niezawodnymi metodami połączeń; zastąp stare urządzenia produktami z nowymi konstrukcjami zacisków.

6. Zastosowanie inteligentnych technologii monitoringu w diagnostyce usterki

Wraz z rozwojem inteligentnej sieci, tradycyjny model diagnostyki oparty na doświadczeniach ręcznych i prostych instrumentach stopniowo zastępowany jest przez inteligentne technologie monitoringu. System diagnostyki usterki oparty na sztucznej inteligencji może monitorować stan działania w czasie rzeczywistym, wczesne ostrzeganie ryzyka i poprawiać precyzję i efektywność diagnostyki.

(1) Głównym technologiom

• Pomiar temperatury za pomocą czujników podczerwieni: Z dokładnością ±1°C, może precyzyjnie wykrywać nietypowe temperatury.

• Diagnostyka rozpoznawania sygnatur akustycznych: Analizuje częstotliwość i cechy dźwięku pracy, aby odróżnić normalne od nieprawidłowe dźwięki.

• Analiza gazów rozpuszczonych w oleju: Wykrywa zawartość charakterystycznych gazów, aby określić typ i stopień wewnętrznych usterki.

• System uczenia maszynowego: Integruje wiele parametrów, aby utworzyć model predykcyjny usterki.

(2) Efekty zastosowania

Po zastosowaniu pomiaru temperatury podczerwieni, firma energetyczna zwiększyła wskaźnik wykrywania usterki o 65% i skróciła czas obsługi o 40%; rozpoznawanie sygnatur akustycznych może wykrywać usterki cewek 3-6 miesięcy wcześniej. Inteligentny system może również zlokalizować usterki i ocenić ich powagę, dostarczając podstaw do decyzji dotyczących obsługi i konserwacji.

7. Procedury konserwacji i zapobiegania usterkom w transformatorach jednofazowych

Większość usterki jednofazowych transformatorów dystrybucyjnych jest związana z długotrwałym działaniem, środowiskiem i niewystarczającą obsługą i konserwacją. Budowanie naukowego systemu konserwacji i implementacja środków zapobiegawczych to klucz do zmniejszenia usterki i przedłużenia czasu użytkowania.

(1) Codzienne konserwacje

• Inspekcja stanu oleju: Regularnie sprawdzaj poziom i kolor oleju, aby upewnić się, że poziom oleju jest normalny, a jego jakość jest dobra.

• Monitorowanie stanu: Monitoruj dźwięk pracy, monitoruj temperaturę i twórz analizę trendów.

• Inspekcja komponentów: Sprawdzaj czystość, uszkodzenia i ślady wyładowań w złączach; weryfikuj system ziemny (opór ziemny 100 kVA i więcej ≤ 4Ω, a poniżej ≤ 10Ω).

• Zarządzanie środowiskiem: Zapewnij stabilne zamontowanie, czyszcz powierzchniowe zanieczyszczenia i zapobiegaj emisji zanieczyszczeń.

(2) Zapobieganie według kategorii

• Usterki cewek: Unikaj przeciążeń i regularnie przeprowadzaj testy izolacji.

• Starzenie się izolacji: Steruj temperaturą działania i regularnie kontroluj jakość oleju.

• Przecieki oleju: Regularnie kontroluj szczelność i wzmocnij mocowanie w drgających środowiskach.

• Nietypowa temperatura: Optymalizuj montaż, zapewnij wentylację i zainstaluj urządzenia monitorujące temperaturę.

• Usterki zacisk