Ano ang mga karaniwang pagkakamali sa mga single-phase distribution transformers?

Ang mga single-phase distribution transformers, bilang mahalagang kagamitan para sa pagbabago ng tensyon at distribusyon ng enerhiya sa sistema ng kuryente, malawakang ginagamit sa mga rural na grid ng kuryente, mga low-voltage na residential na lugar, at mga lugar na may masusing single-phase na load. Sa patuloy na pagtaas ng proporsyon ng mga single-phase na load sa network ng distribusyon, ang rate ng pagkakasira ng mga single-phase na transformers ay dinadagdagan. Ang maagang pag-identify at pag-handle ng mga pagkakasirang ito ay may malaking kahalagahan para sa pagtaguyod ng mapagkakatiwalaang suplay ng kuryente. Ayon sa pinakabagong pagsusuri, ang karaniwang pagkakasira ng mga single-phase na distribution transformers ay pangunahing nakatuon sa limang kategorya: winding faults, insulation aging, oil leakage, abnormal temperature, at low-voltage tap faults. Ang mga pagkakasirang ito hindi lamang nagpapakilala ng interbensyon sa normal na operasyon ng transformer, maaari rin itong maging sanhi ng pinsala sa kagamitan at pagputol ng suplay ng kuryente. Ang artikulong ito ay magbibigay ng komprehensibong pagsusuri sa mga sanhi, katangian, at paraan ng pag-handle ng iba't ibang pagkakasira, nagbibigay ng praktikal na gabay para sa mga personnel ng operasyon at maintenance ng sistema ng kuryente.

1. Mga Winding Faults

Ang mga winding faults ay ang pinaka-karaniwang uri ng pagkakasira sa mga single-phase distribution transformers, kasama ang inter-turn short circuits, open circuits, at grounding faults ng mga winding. Kadalasan ito ay dulot ng pagtanda ng materyales ng insulasyon, mekanikal na pinsala, o pagkakamali sa paggawa. Ang isang inter-turn short circuit sa winding ay magdudulot ng lokal na sobrang init sa loob ng transformer, na nagpapabilis ng pagtanda ng insulasyon, at maaaring hantungan ng kabuuang pinsala ng winding. Ang pagsusuri ay nagpapakita na kapag may kaunting short circuit sa winding ng transformer, ang mga tradisyonal na aparato tulad ng differential protection at gas protection ay maaaring hindi gumana sa unang bahagi ng pagkakasira, na nagpapataas ng mga pamantayan sa kakayahan ng mga personnel ng operasyon at maintenance sa pag-identify ng pagkakasira.

(1) Pagpapakita ng Pagkakasira

• Abnormal Noise: Ang transformer ay nagpapalabas ng "gurgling" tunog ng nasa pagbubukod ng langis o "sizzling" discharge sound.

• Abnormal Temperature: Ang temperatura ng langis ay lumalampas sa pamantayan. Kapag ang gas content sa langis ay lumampas sa attention value, dapat suriin agad ang estado ng transformer (ayon sa IEC standards).

• Resistance Imbalance: Ang imbalance rate ng DC resistance ng winding ay lumampas sa 2% (allowable value), na nagpapahiwatig ng posible na deformation o mahina ang contact ng winding.

• Abnormal Voltage: Ang output voltage ay hindi matatag at bumababa nang malaki. Bukod dito, ang low-voltage winding ay mas madaling mag-deform sa biglaang short circuit (ang low-voltage winding ay mas madaling mag-deform sa presyon).

(2) Paraan ng Pag-handle

• Emergency Shutdown: Agad na putulin ang suplay ng kuryente at istop ang operasyon ng transformer.

• Precise Detection: Gumamit ng infrared thermometer upang suriin ang distribusyon ng temperatura ng winding, lokalisin ang pagkakasira; sukatin ang DC resistance at capacitance upang i-evaluate ang degree ng deformation.

• Repair and Replacement: Kung kinakailangan, buksan ang cover para sa maintenance, repair o palitan ang nasirang winding.

(3) Strategiya ng Pag-iwas

• Regular Testing: Gumanap ng mga test sa insulasyon ng winding upang maintindihan ang estado ng insulasyon.

• Avoid Overload: Malinaw na ipagbawal ang mahabang-term na overload operation ng transformer upang bawasan ang panganib ng pinsala sa winding.

• Pre-maintenance Inspection: Gumanap ng mga preventive inspections bago ang peak load period upang matukoy ang mga hidden dangers.

• Stable Installation: Siguraduhin na maipapatayo nang matatag ang transformer upang bawasan ang epekto ng vibration sa winding.

2. Mga Insulation Aging Faults

Ang insulation aging ay ang pangalawang pinaka-karaniwang pagkakasira sa mga single-phase distribution transformers, kasama ang pagtanda ng solid na materyales ng insulasyon at ang pagkasira ng oil insulation. Ang insulation aging ay magpapababa ng kakayahan ng insulasyon ng transformer at magpapabilis ng kabuuang pagtanda ng kagamitan. Ayon sa estadistika, ito ay maaaring maikliin ang inilaan na serbisyo ng buhay (35 - 40 taon) ng transformer hanggang sa humigit-kumulang 20 taon, na partikular na prominent sa mga transformer na may mahabang-term na operasyon, sa harsh na kapaligiran, o may hindi sapat na operasyon at maintenance.

(1) Pagpapakita ng Pagkakasira

• Oil Quality Change: Ang langis ng transformer ay unti-unting nagbabago mula light yellow hanggang orange o brown, at maaaring magkaroon ng carbon deposits.

• Insulation Decline: Ang halaga ng insulasyon resistance test ay mas mababa kaysa sa pamantayan, at ang partial discharge volume ay tumataas.

• Abnormal Sound: Ang tunog ng operasyon ay matindi at hindi pantay, at ang rate ng pagtanda ay positibong korrelado sa temperatura (ayon sa Arrhenius theory, ang rate ng pagtanda ay doble para sa bawat 6°C na pagtaas ng temperatura).

(2) Paraan ng Pag-handle

• Oil Sample Analysis: Gumanap ng chromatographic analysis upang detekton ang content ng characteristic gases at i-judge ang degree ng pagtanda.

• Oil and Material Disposal: Ayon sa situation ng pagtanda, magpasya kung babaguhin ang langis, palitan ang solid na materyales ng insulasyon, at gumanap ng comprehensive overhaul kung kinakailangan.

(3) Strategiya ng Pag-iwas

• Regular Detection: Regularize ang detection ng kalidad ng langis at insulasyon resistance testing upang kontrolin ang estado ng insulasyon.

• Temperature-controlled Operation: Panatilihin ang reasonable na temperatura (GB standard: ang average temperature rise ng winding ng oil-immersed transformer ≤ 65°C, at ang temperature rise ng top oil ≤ 55°C).

• Environment Optimization: I-improve ang operating environment, bawasan ang erosion ng dust, humidity, at harmful gases; pumili ng high-efficiency transformers tulad ng S11 type upang bawasan ang temperature rise at losses.

3. Mga Oil Leakage Faults

Ang oil leakage ay isang karaniwan at masamang pagkakasira sa mga single-phase distribution transformers. Ito ay umuuna sa mahigit 40% ng mga pagkakasira sa mga power transformers, na magpapabago sa insulasyon at kakayahan ng heat dissipation, at maaaring maging sanhi ng sunog, polusyon, at economic losses.

(1) Pagpapakita ng Pagkakasira

• Oil Level Drop: Ang oil level gauge ay nagpapakita ng pagbaba ng antas ng langis, at maaaring makita ang mga oil stains sa surface ng oil tank.

• Related Abnormalities: Ang tunog ng operasyon ay matindi at hindi pantay, ang oil-paper insulasyon ay nasa damp, at ang leakage ay naglalakas sa rainy days at high-humidity environments.

(2) Sanhi ng Pagkakasira

Aging/damage ng seals, weld cracking, improper bushing installation, loose connections dahil sa vibration, rust ng oil tank, at abnormal oil pressure dahil sa blocked breather.

(3) Paraan ng Pag-handle

• Graded Treatment: Pansamantalang irepair ang maliliit na leaks, at agad na istop at gumanap ng comprehensive overhaul para sa serious na leaks.

• Root Repair: Palitan ang seals, irepair ang welds/connections, linisin ang breather, at siguraduhin ang normal na operasyon ng oil conservator.

(4) Strategiya ng Pag-iwas

• Seal Inspection: Regularly check the sealing status, and strengthen fixation in vibrating environments.

• Material Upgrade: Gamitin ang high-quality sealing materials, linisin ang oil tank upang i-prevent ang corrosion; ang mga lumang transformers ay maaaring palitan ng mga produkto na may bagong sealing structures.

4. Mga Abnormal Temperature Faults

Ang abnormal temperature ay isang key fault type sa mga single-phase distribution transformers, kasama ang winding overheating, local overheating ng iron core, at oil temperature rise. Ito ang "trigger" para sa mga fault tulad ng insulation aging, oil leakage, at winding deformation. Ayon sa IEC standards, kapag ang pinakamainit na spot temperature ay umabot sa 140°C, maaaring mag-generate ng bubbles sa langis, na magpapababa ng insulasyon o maaaring maging sanhi ng flashover, na nagpapinsala sa transformer.

(1) Pagpapakita ng Pagkakasira

• Temperature Exceeding Standard: Ang oil temperature gauge ay nagpapakita ng anomaly, ang lokal na surface ay sobrang mainit at nagbabago ang kulay, at ang oil level ng oil conservator ay abnormal.

• Abnormal Sound: Nagpapalabas ng "buzzing" tunog, na nagiging mas malakas habang tumaas ang load; ang kulay ng langis ay naging mas madilim at nagkaroon ng carbon deposits.

(2) Sanhi ng Pagkakasira

Overload ng transformer, internal faults (winding/iron core short circuit), cooling system faults, mataas na ambient temperature, insufficient oil volume dahil sa poor sealing, at poor installation ventilation.

(3) Paraan ng Pag-handle

• Load Reduction and Shutdown: Agad na bawasan ang load o istop, at suriin ang cooling system.

• Precise Diagnosis: Gamitin ang infrared thermometer upang lokalisin ang over-heated point, kunin ang sample ng langis para sa chromatographic analysis, suriin ang internal faults; irepair ang external causes.

(4) Strategiya ng Pag-iwas

• Monitoring and Analysis: Regularly monitor the temperature, establish a trend analysis; avoid long-term overload.

• Environment Optimization: Optimize the installation position to ensure ventilation; clean the dirt on the heat sink; increase capacity or operate multiple units in parallel in high-load areas, and install sunshades and ventilation devices in high-temperature environments.

5. Mga Low-voltage Tap Faults

Ang mga low-voltage tap faults ay natatanging naroroon sa mga single-phase distribution transformers, kasama ang poor contact, open circuits, at wrong connections. Dahil ang low-voltage side kadalasang gumagamit ng tap-off design (tulad ng three/four taps), ang kalidad ng koneksyon ay direktang nakakaapekto sa output voltage at estabilidad ng operasyon, na karaniwan sa mga transformers na may malaking pagbabago ng load at hindi sapat na operasyon at maintenance.

(1) Pagpapakita ng Pagkakasira

• Voltage Abnormality: Ang output voltage ay hindi matatag, masyadong mataas/mababa.

• Sound Abnormality: Nagpapalabas ng "clatter" "rustling" mechanical friction sound, na malinaw kapag nagbabago ang load; ang voltage sa low-voltage side ay hindi pantay, at ang temperatura ng operasyon ay abnormal na mataas.

(2) Sanhi ng Pagkakasira

Poor tap welding, oxidation ng contact surface, insecure installation, failure to restore connections during operation and maintenance, large contact resistance caused by a humid environment, and contact point wear caused by load fluctuations.

(3) Paraan ng Pag-handle

• Power-off Maintenance: Suriin ang tap connection, re-weld, at fasten loose parts, palitan ang aging components.

• Cleaning and Protection: Linisin ang poorly contacted parts upang siguraduhin ang good contact ng tap-changing switch.

(4) Strategiya ng Pag-iwas

• Regular Inspection: Regularize the inspection of tap connections, and use high-quality welding materials and processes.

• Environment Adaptation: Strengthen moisture-proof measures in humid environments; for transformers with frequent tap adjustments, replace with reliable connection methods; replace old equipment with products with new tap designs.

6. Application of Intelligent Monitoring Technology in Fault Diagnosis

With the development of the smart grid, the traditional diagnosis mode relying on manual experience and simple instruments has gradually been replaced by intelligent monitoring technology. The fault diagnosis system based on artificial intelligence can monitor the operation status in real-time, early-warn risks in advance, and improve the accuracy and efficiency of diagnosis.

(1) Mainstream Technologies

• Infrared Sensing Temperature Measurement: With an accuracy of ±1°C, it can accurately detect abnormal temperatures.

• Acoustic Signature Recognition Diagnosis: Analyze the frequency and characteristics of the operation sound to distinguish between normal and fault sounds.

• Analysis of Dissolved Gases in Oil: Detect the content of characteristic gases to determine the type and degree of internal faults.

• Machine Learning System: Integrate multiple parameters to establish a fault prediction model.

(2) Application Effects

After applying infrared temperature measurement, a power company increased the fault detection rate by 65% and shortened the processing time by 40%; acoustic signature recognition can detect winding faults 3 - 6 months in advance. The intelligent system can also locate faults and evaluate the severity, providing a basis for operation and maintenance decisions.

7. Maintenance and Prevention Measures for Single-phase Transformers

Most faults of single-phase distribution transformers are related to long-term operation, environment, and insufficient operation and maintenance. Establishing a scientific maintenance system and implementing preventive measures are the keys to reducing faults and extending service life.

(1) Daily Maintenance

• Oil Condition Inspection: Regularly check the oil level and oil color to ensure the oil level is normal and the oil quality is good.

• Status Monitoring: Monitor the operation sound, monitor the temperature, and establish a trend analysis.

• Component Inspection: Check the cleanliness, damage, and discharge traces of bushings; verify the grounding system (the grounding resistance of 100 kVA and above ≤ 4Ω, and below ≤ 10Ω).

• Environmental Management: Ensure stable installation, clean surface dirt, and prevent pollution discharge.

(2) Classified Prevention

• Winding Faults: Avoid overload and conduct regular insulation tests.

• Insulation Aging: Operate at a controlled temperature and conduct regular oil quality detection.

• Oil Leakage: Regularly check the seal and strengthen fixation in vibrating environments.

• Abnormal Temperature: Optimize installation, ensure ventilation, and install temperature monitoring devices.

• Tap Faults: Regularly check connections, use high-quality welding processes, and prevent moisture in humid environments.

(3) Standard Adaptation and Optimization

Select high-efficiency transformers according to GB20052 - 2020 to reduce losses and temperature rise; operate multiple units in parallel in high-load areas to reduce the load pressure on a single unit; strengthen environmental management to reduce external erosion.

8. Conclusions and Recommendations

The common faults of single-phase distribution transformers are interrelated, and most are caused by a single factor leading to multiple types of fault manifestations. Building a complete fault diagnosis system that integrates traditional experience and intelligent technology can improve the accuracy and efficiency of diagnosis.

Operation and Maintenance Management Recommendations

• Monitoring System: Establish a comprehensive monitoring system for multiple parameters such as temperature, sound, and oil quality to master the status in real-time.

• Environment Optimization: Optimize the installation position and method to reduce environmental impact.

• Pre-maintenance Tests: Regularly conduct preventive tests (insulation resistance tests, oil quality detection, etc.) to identify hidden dangers.

• Dynamic Adjustment: Adjust the operation mode and transformer capacity according to load changes.

• Technology Upgrade: Adopt high-efficiency and intelligent monitoring equipment to improve efficiency and diagnosis ability.

The development of the smart grid helps the fault diagnosis and management of single-phase distribution transformers to move towards intelligence and refinement. It is recommended that power companies introduce new technologies and standards, build a big data health management system, realize early fault warning and precise diagnosis, and improve the reliability and economy of the distribution network.