Какие распространенные неисправности встречаются в однофазных распределительных трансформаторах

Однофазные распределительные трансформаторы, как важное оборудование для преобразования напряжения и распределения электроэнергии в системе электроснабжения, широко используются в сельских сетях, низковольтных жилых районах и областях с концентрированными однофазными нагрузками. С увеличением доли однофазных нагрузок в распределительной сети также увеличивается частота отказов однофазных трансформаторов. Временное обнаружение и устранение этих неисправностей имеют большое значение для обеспечения бесперебойного электроснабжения. Согласно последним исследованиям, наиболее распространенные неисправности однофазных распределительных трансформаторов сосредоточены на пяти категориях: неисправности обмоток, старение изоляции, утечка масла, аномальная температура и неисправности низковольтных отводов. Эти неисправности не только нарушают нормальную работу трансформатора, но и могут привести к повреждению оборудования и перебоям в подаче электроэнергии. В данной статье будет проведён всесторонний анализ причин, характеристик и методов устранения различных неисправностей, что предоставит практические рекомендации для операционного и технического персонала системы электроснабжения.

1. Неисправности обмоток

Неисправности обмоток являются наиболее частым типом неисправностей в однофазных распределительных трансформаторах, включая межвитковые короткие замыкания, обрывы и заземления обмоток. Они, как правило, вызваны старением изоляционного материала, механическими повреждениями или дефектами производства. Межвитковое короткое замыкание в обмотке вызывает локальное перегревание внутри трансформатора, ускоряющее старение изоляции, и может в конечном итоге привести к полному повреждению обмотки. Исследования показывают, что при незначительном коротком замыкании в обмотке трансформатора традиционные устройства, такие как дифференциальная защита и газовая защита, могут не срабатывать на начальной стадии неисправности, что предъявляет более высокие требования к способности операционного и технического персонала к обнаружению неисправностей.

(1) Проявления неисправностей

• Аномальный шум: Трансформатор издает "булькающий" звук кипящего масла или "шипящий" звук разрядов.

• Аномальная температура: Температура масла превышает стандарт. Когда содержание газа в масле превышает предельное значение, следует немедленно проверить состояние трансформатора (в соответствии со стандартами IEC).

• Несбалансированное сопротивление: Несбалансированный коэффициент постоянного сопротивления обмотки превышает 2% (допустимое значение), что указывает на возможную деформацию обмотки или плохой контакт.

• Аномальное напряжение: Выходное напряжение нестабильно и значительно снижается. Кроме того, низковольтная обмотка более склонна к деформации при внезапном коротком замыкании (низковольтная обмотка более склонна к деформации под давлением).

(2) Меры по устранению

• Чрезвычайное отключение: Немедленно отключите питание и остановите работу трансформатора.

• Точное обнаружение: Используйте инфракрасный термометр для проверки распределения температуры обмотки, локализации неисправности; измерьте постоянное сопротивление и емкость, чтобы оценить степень деформации.

• Ремонт и замена: При необходимости снимите крышку для обслуживания, ремонта или замены поврежденной обмотки.

(3) Стратегии профилактики

• Регулярные испытания: Проводите испытания изоляции обмоток, чтобы узнать состояние изоляции.

• Избегайте перегрузки: Строго запрещайте длительную перегрузочную работу трансформатора, чтобы снизить риск повреждения обмоток.

• Предварительные осмотры: Проводите профилактические осмотры перед периодом пиковой нагрузки, чтобы выявить скрытые опасности.

• Стабильная установка: Убедитесь, что трансформатор установлен надежно, чтобы снизить влияние вибрации на обмотки.

2. Неисправности, связанные со старением изоляции

Старение изоляции является вторым по распространенности типом неисправностей в однофазных распределительных трансформаторах, включая старение твердых изоляционных материалов и ухудшение масляной изоляции. Старение изоляции снижает изоляционные свойства трансформатора и ускоряет общее старение оборудования. По статистике, это может сократить проектный срок службы (35-40 лет) трансформатора до примерно 20 лет, что особенно заметно в трансформаторах, находящихся в длительной эксплуатации, в суровых условиях или с недостаточным техническим обслуживанием.

(1) Проявления неисправностей

• Изменение качества масла: Трансформаторное масло постепенно меняет цвет от светло-желтого до оранжевого или коричневого, и даже появляются углеродистые отложения.

• Ухудшение изоляции: Значение испытания на изоляционное сопротивление ниже стандарта, и объем частичных разрядов увеличивается.

• Аномальный звук: Звук работы резкий и неравномерный, и скорость старения положительно коррелирует с температурой (согласно теории Аррениуса, скорость старения удваивается при каждом повышении температуры на 6°C).

(2) Методы устранения

• Анализ проб масла: Проведите хроматографический анализ, чтобы определить содержание характерных газов и оценить степень старения.

• Обработка масла и материала: В зависимости от степени старения решите, нужно ли менять масло, заменить твердый изоляционный материал и провести полную переборку при необходимости.

(3) Стратегии профилактики

• Регулярное обнаружение: Регулярно проводите контроль качества масла и испытания на изоляционное сопротивление, чтобы контролировать состояние изоляции.

• Контролируемая работа: Поддерживайте разумную температуру (стандарт GB: среднее повышение температуры обмотки маслонаполненного трансформатора ≤ 65°C, и повышение температуры верхнего масла ≤ 55°C).

• Оптимизация окружающей среды: Улучшите условия эксплуатации, снизьте воздействие пыли, влажности и вредных газов; выбирайте высокоэффективные трансформаторы, такие как S11, чтобы снизить повышение температуры и потери.

3. Неисправности, связанные с утечкой масла

Утечка масла является частой и вредной неисправностью в однофазных распределительных трансформаторах. Она составляет более 40% неисправностей в силовых трансформаторах, что влияет на изоляцию и теплоотдачу, а также может привести к возгоранию оборудования, загрязнению и экономическим потерям.

(1) Проявления неисправностей

• Снижение уровня масла: Индикатор уровня масла показывает снижение уровня, и на поверхности бака видны пятна масла.

• Связанные аномалии: Звук работы резкий и неравномерный, масляно-бумажная изоляция влажная, и утечка усиливается в дождливую погоду и в условиях высокой влажности.

(2) Причины неисправностей

Старение/повреждение уплотнений, трещины сварных швов, неправильная установка вводов, ослабление соединений из-за вибрации, коррозия бака и аномальное давление масла из-за закупорки дыхательного клапана.

(3) Методы устранения

• Градуированное устранение: Временно устраните небольшие утечки, и немедленно остановите и проведите полную переборку при серьезных утечках.

• Основательный ремонт: Замените уплотнения, отремонтируйте сварные швы/соединения, очистите дыхательный клапан и убедитесь, что маслоохладитель работает нормально.

(4) Стратегии профилактики

• Проверка уплотнений: Регулярно проверяйте состояние уплотнений и укрепляйте их в вибрационных условиях.

• Обновление материалов: Используйте качественные материалы для уплотнений, очистите бак, чтобы предотвратить коррозию; старые трансформаторы можно заменить продуктами с новыми конструкциями уплотнений.

4. Неисправности, связанные с аномальной температурой

Аномальная температура является ключевым типом неисправностей в однофазных распределительных трансформаторах, включая перегрев обмоток, локальный перегрев сердечника и повышение температуры масла. Это "триггер" для таких неисправностей, как старение изоляции, утечка масла и деформация обмоток. Согласно стандартам IEC, когда температура самой горячей точки достигает 140°C, в масле образуются пузырьки, что снижает изоляцию или вызывает пробой, повреждая трансформатор.

(1) Проявления неисправностей

• Превышение температуры: Индикатор температуры масла показывает аномалию, местная поверхность перегревается и изменяет цвет, уровень масла в маслоохладителе аномален.

• Аномальный звук: Издаёт "жужжащий" звук, который становится громче с увеличением нагрузки; цвет масла становится темнее, и появляются углеродистые отложения.

(2) Причины неисправностей

Перегрузка трансформатора, внутренние неисправности (короткое замыкание обмотки/сердечника), неисправности системы охлаждения, высокая температура окружающей среды, недостаточный объем масла из-за неплотности, и плохая вентиляция при установке.

(3) Методы устранения

• Снижение нагрузки и отключение: Немедленно снизьте нагрузку или отключите, и проверьте систему охлаждения.

• Точная диагностика: Используйте инфракрасный термометр для локализации перегретой точки, возьмите пробу масла для хроматографического анализа, проверьте наличие внутренних неисправностей; отремонтируйте внешние причины.

(4) Стратегии профилактики

• Мониторинг и анализ: Регулярно контролируйте температуру, создайте анализ трендов; избегайте длительной перегрузки.

• Оптимизация окружающей среды: Оптимизируйте место установки, чтобы обеспечить вентиляцию; очистите грязь на радиаторе; увеличьте мощность или работайте несколькими единицами параллельно в зонах с высокой нагрузкой, и установите затеняющие и вентиляционные устройства в условиях высоких температур.

5. Неисправности низковольтных отводов

Неисправности низковольтных отводов являются уникальными для однофазных распределительных трансформаторов, включая плохой контакт, обрывы и неправильные соединения. Поскольку на низковольтной стороне чаще всего используется конструкция с отводами (например, три/четыре отвода), качество соединения напрямую влияет на выходное напряжение и стабильность работы, что часто встречается в трансформаторах с большими колебаниями нагрузки и недостаточным техническим обслуживанием.

(1) Проявления неисправностей

• Аномальное напряжение: Выходное напряжение нестабильно, слишком высокое/слишком низкое.

• Аномальный звук: Издаёт "щелкающий" "шелестящий" механический звук, который особенно заметен при изменении нагрузки; напряжение на низковольтной стороне несбалансировано, и рабочая температура аномально высока.

(2) Причины неисправностей

Плохая сварка отводов, окисление контактной поверхности, ненадежная установка, не восстановленные соединения во время технического обслуживания, большое контактное сопротивление, вызванное влажной средой, и износ контактных точек, вызванный колебаниями нагрузки.

(3) Методы устранения

• Отключение питания и техническое обслуживание: Проверьте соединения отводов, повторно сварите и закрепите ослабленные части, замените старые компоненты.

• Очистка и защита: Очистите плохо контактирующие части, чтобы обеспечить хороший контакт переключателя отводов.

(4) Стратегии профилактики

• Регулярный осмотр: Регулярно проверяйте соединения отводов и используйте качественные сварочные материалы и процессы.

• Адаптация к окружающей среде: Усиливайте антикоррозийные меры в влажных условиях; для трансформаторов с частыми регулировками отводов замените на надежные методы соединения; замените старое оборудование продуктами с новыми конструкциями отводов.

6. Применение технологий интеллектуального мониторинга в диагностике неисправностей

С развитием умных сетей традиционный режим диагностики, основанный на ручном опыте и простых приборах, постепенно заменяется технологиями интеллектуального мониторинга. Система диагностики неисправностей, основанная на искусственном интеллекте, может в реальном времени мониторить состояние работы, заранее предупреждать о рисках и повышать точность и эффективность диагностики.

(1) Основные технологии

• Инфракрасное измерение температуры: С точностью ±1°C, может точно обнаруживать аномальные температуры.

• Диагностика по акустическим сигнатурам: Анализирует частоту и характеристики звука работы, чтобы отличить нормальные звуки от звуков неисправностей.

• Анализ растворенных газов в масле: Определяет содержание характерных газов, чтобы определить тип и степень внутренних неисправностей.

• Система машинного обучения: Интегрирует несколько параметров, чтобы создать модель прогнозирования неисправностей.

(2) Эффекты применения

После применения инфракрасного измерения температуры одна энергетическая компания повысила процент обнаружения неисправностей на 65% и сократила время обработки на 40%; диагностика по акустическим сигнатурам может обнаружить неисправности обмоток за 3-6 месяцев до их появления. Интеллектуальная система также может локализовать неисправности и оценить их серьезность, предоставляя основу для принятия решений по техническому обслуживанию.

7. Меры по техническому обслуживанию и профилактике однофазных трансформаторов

Большинство неисправностей однофазных распределительных трансформаторов связаны с длительной эксплуатацией, условиями окружающей среды и недостаточным техническим обслуживанием. Создание научной системы технического обслуживания и внедрение профилактических мер являются ключом к снижению неисправностей и продлению срока службы.

(1) Ежедневное техническое обслуживание

• Проверка состояния масла: Регулярно проверяйте уровень и цвет масла, чтобы убедиться, что уровень масла нормальный и качество масла хорошее.

• Мониторинг состояния: Контролируйте звук работы, мониторьте температуру и создавайте анализ трендов.

• Проверка компонентов: Проверяйте чистоту, повреждения и следы разрядов на вводах; проверяйте систему заземления (сопротивление заземления для трансформаторов мощностью 100 кВА и выше ≤ 4Ω, и менее ≤ 10Ω).

• Управление окружающей средой: Обеспечьте стабильную установку, очистите поверхность от грязи и предотвратите загрязняющие выбросы.

(2) Классифицированная профилактика

• Неисправности обмоток: Избегайте перегрузки и проводите регулярные испытания изоляции.

• Старение изоляции: Работайте при контролируемой температуре и проводите регулярный контроль качества масла.

• Утечка масла: Регулярно проверяйте уплотнения и укрепляйте их в вибрационных условиях.

• Аномальная температура: Оптимизируйте установку, обеспечьте вент