Які типові вади в однофазних розподільчих трансформаторах

Однофазні розподільні трансформатори, як важливе обладнання для перетворення напруги та розподілу електроенергії в електромережі, широко застосовуються в сільських електромережах, низьковольтних житлових районів та районах зі сконцентрованими однофазними навантаженнями. З постійним зростанням частки однофазних навантажень у розподільній мережі збільшується також кількість відмов однофазних трансформаторів. Вчасне виявлення та усунення цих несправностей має велике значення для забезпечення надійності електропостачання. За даними останніх досліджень, найпоширеніші несправності однофазних розподільних трансформаторів основно пов'язані з п'ятьма категоріями: несправностями витків, старінням ізоляції, витоком масла, аномальними температурами та несправностями нижньовольтних кінцевиків. Ці несправності не лише заважають нормальному функціонуванню трансформатора, але можуть також призвести до пошкодження обладнання та переривання електропостачання. У цій статті буде проведений комплексний аналіз причин, характеристик та методів вирішення різних несправностей, що надає практичні рекомендації для операторів та сервісного персоналу електромереж.

1. Несправності витків

Несправності витків є найчастішим типом несправностей у однофазних розподільних трансформаторах, включаючи міжвиткові короткозамкнення, відкриті контури та заземлення витків. Вони в основному спричинені старінням матеріалу ізоляції, механічними пошкодженнями або дефектами виробництва. Міжвиткове короткозамкнення у витку може призвести до локального нагрівання всередині трансформатора, швидшого старіння ізоляції, що може в кінцевому підсумку призвести до загального пошкодження витка. Дослідження показали, що при наявності невеликого короткозамкнення у витку трансформатора, традиційні пристрої, такі як диференціальна захиста та газова захиста, можуть не спрацювати на ранніх стадіях несправності, що ставить високі вимоги до здатності операторів та сервісного персоналу виявляти несправності.

(1) Виявлення несправностей

• Аномальний шум: Трансформатор видаває "булькаючий" звук кипіння масла або "тріщільний" звук розряду.

• Аномальна температура: Температура масла перевищує стандарт. Коли вміст газу у маслі перевищує уважну кількість, стан трансформатора слід негайно перевірити (відповідно до стандартів IEC).

• Нерівновага опору: Рівень нерівноваги опору витка при постійному струмі перевищує 2% (дозволене значення), що свідчить про можливу деформацію витка або погане контактування.

• Аномальна напруга: Вихідна напруга нестабільна та значно знижується. Крім того, нижньовольтний виток більш схильний до деформації при раптовому короткозамкненні (нижньовольтний виток більш схильний до деформації під тиском).

(2) Методи вирішення

• Екстрене відключення: Негайно відключити живлення та зупинити роботу трансформатора.

• Точне виявлення: Використовуйте інфрачервоний термометр для перевірки розподілу температури витка, локалізації несправності; виміряйте опір при постійному струмі та ємність для оцінки ступеня деформації.

• Ремонт та заміна: При необхідності, підніміть кришку для проведення ремонту, ремонту або заміни пошкодженого витка.

(3) Стратегії запобігання

• Регулярні перевірки: Проводьте тестування ізоляції витків, щоб зрозуміти стан ізоляції.

• Уникнення перенавантаження: Суворо забороняйте тривалу роботу трансформатора при перенавантаженні, щоб зменшити ризик пошкодження витків.

• Перевірка перед ремонтом: Проведіть профілактичні перевірки перед періодом пікових навантажень, щоб виявити потенційні проблеми.

• Стабільна установка: Забезпечте стабільну установку трансформатора, щоб зменшити вплив вібрацій на витки.

2. Несправності через старіння ізоляції

Старіння ізоляції є другою за поширеністю несправністю у однофазних розподільних трансформаторах, включаючи старіння твердих ізоляційних матеріалів та вироблення масла. Старіння ізоляції знизить ізоляційні характеристики трансформатора та прискорить загальне старіння обладнання. За статистикою, це може скоротити проектований термін служби (35-40 років) трансформатора до приблизно 20 років, що особливо виражено в трансформаторах, які довго працювали, в складних умовах або з недостатньою експлуатацією та обслуговуванням.

(1) Виявлення несправностей

• Зміна якості масла: Масло трансформатора поступово змінює колір від світло-жовтого до помаранчевого або коричневого, і навіть можуть з'явитися вуглецеві осади.

• Спад ізоляції: Значення тесту ізоляційного опору нижче стандарту, а обсяг локального розряду збільшується.

• Аномальний звук: Робочий звук гострий та нерівномірний, а швидкість старіння позитивно корелює з температурою (згідно з теорією Аррениуса, швидкість старіння подвоюється при кожному збільшенні температури на 6°C).

(2) Методи вирішення

• Аналіз проб масла: Проведіть хроматографічний аналіз, щоб визначити вміст характерних газів та оцінити ступінь старіння.

• Обробка масла та матеріалів: В залежності від ступеня старіння, прийміть рішення про зміну масла, заміну твердих ізоляційних матеріалів, а при необхідності провести комплексний капітальний ремонт.

(3) Стратегії профілактики

• Регулярне виявлення: регулярно проводити перевірку якості масла та випробування опору ізоляції для контролю стану ізоляції.

• Температурний режим роботи: підтримувати розумну температуру (стандарт GB: середнє підвищення температури обмотки масляного трансформатора ≤ 65°C, а підвищення температури верхнього шару масла ≤ 55°C).

• Оптимізація умов експлуатації: поліпшити умови роботи, зменшити вплив пилу, вологості та шкідливих газів; вибирати ефективні трансформатори, наприклад, типу S11, щоб знизити підвищення температури та втрати.

3. Пошкодження через витік масла

Витік масла — це поширена та небезпечна несправність у однофазних розподільчих трансформаторах. Вона становить понад 40% усіх пошкоджень силових трансформаторів, що призводить до порушення ізоляції та тепловідведення, а також може спричинити пожежу обладнання, забруднення та економічні збитки.

(1) Ознаки несправності

• Зниження рівня масла: покажчик рівня масла показує його зниження, на поверхні бака видно масляні плями.

• Пов’язані аномалії: робочий звук стає гучним і неоднорідним, ізоляція «масло-папір» зволожується, витік посилюється під час дощу та у середовищах із високою вологістю.

(2) Причини несправності

Старіння/пошкодження ущільнень, тріщини у зварних швах, неправильне встановлення виводів, ослаблення з’єднань через вібрацію, іржа бака, аномальний тиск масла через забиття дихального пристрою.

(3) Методи усунення

• Градуйоване усунення: тимчасово усунути невеликі витоки, при серйозних витоках негайно вимкнути трансформатор та провести повне технічне обслуговування.

• Кореневе усунення: замінити ущільнення, відремонтувати зварні шви/з’єднання, очистити дихальний пристрій, забезпечити нормальне функціонування розширителя масла.

(4) Стратегії профілактики

• Перевірка ущільнень: регулярно перевіряти стан ущільнень, посилювати фіксацію в умовах вібрації.

• Оновлення матеріалів: використовувати високоякісні матеріали для ущільнень, очищати бак, щоб запобігти корозії; старі трансформатори можна замінити на моделі з новими конструкціями ущільнень.

4. Пошкодження через аномальну температуру

Аномальна температура — це один із ключових типів несправностей у однофазних розподільчих трансформаторах, включаючи перегрів обмоток, локальний перегрів магнітопроводу та підвищення температури масла. Це «пусковий механізм» для таких пошкоджень, як старіння ізоляції, витік масла та деформація обмоток. Згідно зі стандартами IEC, коли температура найгарячішої точки досягає 140°C, у маслі утворюються бульбашки, що призводить до зниження ізоляції або пробою, що пошкоджує трансформатор.

(1) Ознаки несправності

• Перевищення температури: термометр масла показує аномалію, локальні ділянки поверхні перегріваються та змінюють колір, рівень масла у розширювальному бачку є ненормальним.

• Незвичайний звук: виникає «гул», який посилюється зі зростанням навантаження; колір масла темнішає, з’являються відкладення вуглецю.

(2) Причини несправності

Перевантаження трансформатора, внутрішні пошкодження (коротке замикання обмотки/магнітопроводу), несправності системи охолодження, висока температура навколишнього середовища, недостатній обсяг масла через погане ущільнення, погана вентиляція при встановленні.

(3) Методи усунення

• Зниження навантаження та вимкнення: негайно зменшити навантаження або вимкнути трансформатор, перевірити систему охолодження.

• Точна діагностика: використовувати інфрачервоний термометр для визначення місця перегріву, взяти пробу масла для хроматографічного аналізу, перевірити наявність внутрішніх пошкоджень; усунути зовнішні причини.

(4) Стратегії профілактики

• Моніторинг і аналіз: регулярно відстежувати температуру, впроваджувати аналіз тенденцій; уникати тривалого перевантаження.

• Оптимізація умов: оптимізувати місце встановлення для забезпечення вентиляції; очищати забруднення на радіаторах; збільшувати потужність або підключати кілька блоків паралельно в районах із високим навантаженням, встановлювати затінні пристрої та системи вентиляції в умовах високої температури.

5. Пошкодження низьковольтних відгалужень

Пошкодження низьковольтних відгалужень характерні лише для однофазних розподільчих трансформаторів і включають поганий контакт, розрив ланцюга та неправильне підключення. Оскільки низьковольтний бік найчастіше має конструкцію з відгалуженнями (наприклад, три/чотири відгалуження), якість з'єднання безпосередньо впливає на вихідну напругу та стабільність роботи, що часто трапляється у трансформаторах із великими коливаннями навантаження та недостатнім технічним обслуговуванням.

(1) Ознаки несправності

• Ненормальна напруга: Вихідна напруга нестабільна, занадто висока/занадто низька.

• Ненормальний звук: Виділяє "гуркот", "шум" механічного тертя, який очевидний при зміні навантаження; напруга на нижньому напруговому боку несбалансована, а робоча температура аномально висока.

(2) Причини виникнення дефектів

Поганий зварювання клем, окислення поверхні контакту, ненадійне монтаж, невідновлення з'єднань під час експлуатації та обслуговування, велике контактне опір через вологе середовище, і зношення контактних точок через коливання навантаження.

(3) Методи вирішення

• Обслуговування при вимкненні живлення: Перевірити з'єднання клем, перезварити та затягнути розболтані частини, замінити старі компоненти.

• Очищення та захист: Очистити частини з поганим контактом, щоб забезпечити хороший контакт комутатора зміни клем.

(4) Стратегії запобігання

• Регулярна перевірка: Регулярно перевіряйте з'єднання клем, використовуйте якісні матеріали та процеси для зварювання.

• Адаптація до середовища: Покращіть протизапальні заходи у вологих середовищах; для трансформаторів з частими змінами клем, замініть надійними методами з'єднання; замініть старе обладнання продуктами з новими конструкціями клем.

6. Застосування технологій інтелектуального моніторингу у діагностиці поломок

З розвитком розумної мережі, традиційна модель діагностики, що спирається на людський досвід та прості прилади, поступово замінюється технологіями інтелектуального моніторингу. Система діагностики поломок на основі штучного інтелекту може в реальному часі моніторити стан роботи, передчасно попереджати про ризики та покращувати точність та ефективність діагностики.

(1) Послідовні технології

• Інфрачервона сенсорна вимірювання температури: З точністю ±1°C, може точно виявляти аномальні температури.

• Діагностика за допомогою розпізнавання акустичних підписів: Аналізуючи частоту та характеристики робочого звуку, можна відрізняти нормальний звук від звуку поломки.

• Аналіз розчинених газів у олії: Виявляємо вміст характерних газів, щоб визначити тип та ступінь внутрішніх поломок.

• Система машинного навчання: Інтегруємо багато параметрів, щоб створити модель прогнозування поломок.

(2) Ефекти застосування

Після застосування інфрачервоного вимірювання температури, одна енергетична компанія збільшила ступінь виявлення поломок на 65% і скоротила час обробки на 40%; розпізнавання акустичних підписів може виявити поломки витків за 3-6 місяців наперед. Інтелектуальна система також може локалізувати поломки та оцінити їхню важкість, надаючи основу для рішень щодо експлуатації та обслуговування.

7. Методи обслуговування та запобігання для однофазних трансформаторів

Більшість поломок однофазних розподільчих трансформаторів пов'язані з довготривалою експлуатацією, середовищем та недостатнім обслуговуванням. Створення наукової системи обслуговування та впровадження запобіжних заходів є ключем до зменшення поломок та продовження строку служби.

(1) Щоденне обслуговування

• Перевірка стану олії: Регулярно перевіряйте рівень та колір олії, щоб забезпечити нормальний рівень та якісну олію.

• Моніторинг стану: Спостерігайте за робочим звуком, моніторьте температуру та встановлюйте аналіз трендів.

• Перевірка компонентів: Перевірте чистоту, пошкодження та сліди відведення від клем; перевірте систему заземлення (опір заземлення 100 кВА та вище ≤ 4Ω, та нижче ≤ 10Ω).

• Керування середовищем: Забезпечте стабільний монтаж, очистіть поверхневі забруднення та запобігайте викидам забруднення.

(2) Класифіковане запобігання

• Поломки витків: Уникайте перенавантаження та проводьте регулярні ізоляційні випробування.

• Старіння ізоляції: Робіть контрольовану температуру та проводьте регулярне визначення якості олії.

• Витікання олії: Регулярно перевіряйте герметичність та посилюйте фіксацію в середовищі з вібрацією.

• Аномальна температура: Оптимізуйте монтаж, забезпечте вентиляцію та встановіть пристрої моніторингу температури.

• Поломки клем: Регулярно перевіряйте з'єднання, використовуйте якісні процеси зварювання, та запобігайте вологі в вологому середовищі.

(3) Адаптація та оптимізація стандартів

Виберіть високоефективні трансформатори згідно з GB20052 - 2020, щоб зменшити втрати та підвищення температури; у районах з високою навантаженістю експлуатуйте кілька одиниць паралельно, щоб знизити навантаження на окрему одиницю; посилення управління середовищем, щоб зменшити зовнішню ерозію.

8. Висновки та рекомендації

Загальні вади однофазних розподільчих трансформаторів взаємопов'язані, і більшість з них викликана одним фактором, що призводить до багатьох типів проявів вад. Створення повної системи діагностики вад, яка поєднує традиційний досвід та інтелектуальні технології, може покращити точність та ефективність діагностики.

Рекомендації щодо управління експлуатацією та обслуговуванням

• Система моніторингу: створіть комплексну систему моніторингу для багатьох параметрів, таких як температура, звук та якість масла, щоб в реальному часі контролювати стан.

• Оптимізація середовища: оптимізуйте місце та спосіб встановлення, щоб зменшити вплив середовища.

• Перевірки перед обслуговуванням: регулярно проводьте запобіжні перевірки (перевірки супровідності, виявлення якості масла тощо) для виявлення потенційних проблем.

• Динамічна настройка: налаштовуйте режим роботи та ємність трансформатора згідно зі змінами навантаження.

• Технологічне оновлення: впроваджуйте високоефективне та інтелектуальне обладнання для моніторингу, щоб покращити ефективність та здатність до діагностики.

Розвиток інтелектуальної мережі допомагає діагностиці та управлінню вадами однофазних розподільчих трансформаторів переходити до інтелектуальності та деталізації. Рекомендується, щоб енергетичні компанії впроваджували нові технології та стандарти, будували систему здоров’я на основі великих даних, реалізовували раннє попередження про вади та точну діагностику, а також покращували надійність та економічність розподільної мережі.