Come gestire i guasti dei trasformatori
Guasti comuni dei trasformatori e loro metodi di risoluzione.
1. Sovraccarico del trasformatore
Il sovraccarico è estremamente dannoso per i trasformatori. La maggior parte dei guasti dell'isolamento dei trasformatori è causata dal sovraccarico. L'aumento della temperatura riduce la resistenza dielettrica e meccanica dei materiali isolanti. La IEC 354, Guida al carico per trasformatori, afferma che quando la temperatura del punto più caldo del trasformatore raggiunge 140°C, si formano bolle nell'olio. Queste bolle possono ridurre le prestazioni dell'isolamento o causare un cortocircuito, portando al danno del trasformatore.
Il sovraccarico influenza notevolmente la durata di vita dei trasformatori. Secondo la regola dei 6°C per i trasformatori, all'interno del range di temperatura tra 80-140°C, ogni aumento di 6°C nella temperatura raddoppia il tasso di riduzione della durata effettiva di vita dell'isolamento del trasformatore. Lo standard nazionale GB1094 specifica inoltre che il limite di aumento della temperatura media dell'avvolgimento per i trasformatori a immersione in olio è 65K, l'aumento della temperatura dell'olio superiore è 55K, e quello del nucleo e del serbatoio è 80K.
Il sovraccarico del trasformatore si manifesta principalmente come un innalzamento anomalo della temperatura dell'olio. Le possibili cause principali includono: (1) sovraccarico del trasformatore; (2) malfunzionamento del sistema di raffreddamento (o impegno incompleto del sistema di raffreddamento); (3) guasto interno del trasformatore; (4) indicazione errata da parte del dispositivo di misurazione della temperatura.
Quando si rileva un innalzamento anomalo della temperatura dell'olio del trasformatore, le possibili cause sopra menzionate dovrebbero essere controllate una per una per fare un giudizio accurato. I punti chiave per l'ispezione e la gestione sono i seguenti:
(1) Se gli strumenti operativi indicano che il trasformatore è sovraccarico, e i termometri delle tre fasi in un banco di trasformatori monofase mostrano letture sostanzialmente coerenti (con possibile deviazione di pochi gradi), e il trasformatore e il sistema di raffreddamento stanno funzionando normalmente, l'innalzamento della temperatura è probabilmente causato dal sovraccarico. In questo caso, si dovrebbe intensificare il monitoraggio del trasformatore (carico, temperatura, stato di funzionamento), informare immediatamente il dipartimento di smistamento superiore e consigliare il trasferimento del carico per ridurre l'entità e la durata del sovraccarico.
(2) Se l'innalzamento della temperatura è dovuto a un impegno incompleto del sistema di raffreddamento, il sistema dovrebbe essere attivato immediatamente. Se il sistema di raffreddamento ha subito un malfunzionamento, la causa dovrebbe essere identificata rapidamente e affrontata immediatamente. Se il guasto non può essere risolto prontamente, la temperatura e il carico del trasformatore devono essere monitorati attentamente, i rapporti devono essere inviati continuamente al dipartimento di smistamento e alla gestione della produzione, il carico del trasformatore dovrebbe essere ridotto, e il trasformatore dovrebbe funzionare secondo il valore di carico corrispondente alla capacità di raffreddamento nelle condizioni attuali.
(3) Se il dispositivo di misurazione della temperatura remota emette un segnale di allarme ad alta temperatura con un valore indicato molto elevato, ma il termometro locale mostra letture normali e non ci sono altri segni di guasti del trasformatore, l'allarme potrebbe essere un falso segnale dovuto a un guasto nel circuito di misurazione della temperatura remota. Tali guasti possono essere corretti in un momento opportuno.
(4) Se in un banco di trasformatori trifase, la temperatura dell'olio di una fase aumenta significativamente rispetto alla sua temperatura storica sotto lo stesso carico e condizioni di raffreddamento, e il sistema di raffreddamento e il termometro sono normali, il sovraccarico potrebbe essere causato da un guasto interno del trasformatore. Si dovrebbe immediatamente avvisare il personale specializzato per prelevare un campione d'olio per l'analisi cromatografica per ulteriormente identificare il guasto. Se l'analisi cromatografica indica un guasto interno, o se la temperatura dell'olio continua ad aumentare sotto carico e condizioni di raffreddamento invariate, il trasformatore dovrebbe essere messo fuori servizio secondo le norme in loco.
2. Malfunzionamento del sistema di raffreddamento
Il sistema di raffreddamento aiuta a dissipare il calore dagli avvolgimenti e dal nucleo attraverso l'olio del trasformatore. Tutti i trasformatori principali a 500kV utilizzano la circolazione forzata di olio con raffreddamento forzato ad aria. Il funzionamento normale del sistema di raffreddamento è una condizione critica per il funzionamento normale del trasformatore. Il malfunzionamento dell'equipaggiamento di raffreddamento è un guasto comune nei trasformatori. Quando l'equipaggiamento di raffreddamento malfunziona, la temperatura di funzionamento del trasformatore aumenta rapidamente, e la perdita di durata della vita dell'isolamento aumenta drasticamente.
Durante il malfunzionamento dell'equipaggiamento di raffreddamento, gli operatori dovrebbero monitorare attentamente la temperatura e il carico del trasformatore, e segnalare continuamente al dipartimento di smistamento e ai responsabili di operazione. Se il carico del trasformatore supera il limite specificato in condizioni di raffreddamento difettoso, dovrebbe essere richiesto un ridimensionamento del carico secondo le norme in loco.
Si dovrebbe notare che durante l'aumento della temperatura dell'olio, il nucleo e gli avvolgimenti si scaldano più velocemente dell'olio. La temperatura dell'olio potrebbe sembrare aumentare solo leggermente, ma le temperature del nucleo e degli avvolgimenti potrebbero già essere molto alte. Specialmente quando i pompe dell'olio malfunzionano, l'aumento della temperatura degli avvolgimenti rispetto all'olio supera ampiamente il valore normale specificato sulla targhetta. La temperatura dell'olio potrebbe sembrare aumentare solo leggermente o non in modo evidente, mentre le temperature del nucleo e degli avvolgimenti potrebbero già superare ampiamente i limiti consentiti.
Successivamente, man mano che la temperatura dell'olio aumenta gradualmente, le temperature del nucleo e degli avvolgimenti continueranno ad aumentare fino a valori ancora più alti, mantenendo un certo aumento di temperatura sull'olio nelle condizioni di carico e raffreddamento date. Pertanto, quando l'equipaggiamento di raffreddamento malfunziona, non solo si dovrebbe osservare la temperatura dell'olio e degli avvolgimenti, ma anche seguire la capacità operativa e temporale consentita del trasformatore in caso di guasto del sistema di raffreddamento, come specificato dal produttore e dalle norme in loco. Dovrebbero essere monitorate anche altre variazioni operative per valutare complessivamente lo stato di funzionamento del trasformatore.
Per controllare il malfunzionamento dell'equipaggiamento di raffreddamento, si dovrebbe determinare l'ambito dell'interruzione (ventilatore o pompa dell'olio singolo fermato, gruppo intero fermato, singola fase o trifase fermata), fare riferimento al diagramma di controllo del sistema di raffreddamento per localizzare il punto di guasto, e minimizzare il tempo di inattività dell'equipaggiamento di raffreddamento.
Se un ventilatore o una pompa dell'olio singoli malfunzionano mentre gli altri funzionano normalmente, le possibili cause includono:
Una fase dell'alimentazione trifase al ventilatore o alla pompa di olio è in cortocircuito (fusibile bruciato, contatto cattivo o filo rotto), causando un aumento della corrente del motore, l'operazione del relè termico o l'interruzione dell'alimentazione, o il surriscaldamento del motore;
Guasto del cuscinetto o meccanico nel ventilatore o nella pompa di olio;
Guasto nel relè di controllo, contattore o altri componenti del circuito di controllo del ventilatore o della pompa di olio, o interruzione del circuito (ad esempio, terminali allentati, contatti cattivi);
Impostazione del relè termico troppo bassa, causando un falso operazione.
Se la causa si rileva essere un guasto dell'alimentazione o del circuito, il filo rotto dovrebbe essere riparato rapidamente, i fusibili sostituiti e l'alimentazione e il circuito ripristinati. Se il relè di controllo è danneggiato, dovrebbe essere sostituito con uno di riserva. Se il ventilatore o la pompa di olio sono danneggiati, dovrebbe essere richiesta immediatamente la manutenzione.
Se un gruppo (o più) di ventilatori o pompe di olio si fermano simultaneamente, la causa probabile è un guasto dell'alimentazione a quel gruppo, un fusibile bruciato, l'operazione del relè termico o un relè di controllo danneggiato. Il ventilatore o la pompa di olio di riserva dovrebbero essere immediatamente attivati, poi il guasto riparato.
Se tutti i ventilatori o le pompe di olio di un trasformatore principale si fermano, deve esserci un guasto nell'alimentazione principale di una o tutte e tre le fasi del sistema di raffreddamento. In questo caso, verificare se l'alimentazione di riserva si è attivata automaticamente. Se non lo ha fatto, attivarla manualmente rapidamente, identificare la causa del guasto e eliminarla.
Quando si gestiscono guasti dell'alimentazione e si ripristina l'alimentazione, fare attenzione al seguente:
Quando si sostituiscono i fusibili, aprire prima l'interruttore del lato alimentazione e carico del circuito o l'isolatore. Durante la sostituzione dei fusibili sotto tensione, quando viene installata la seconda fase, il motore trifase riceve energia bifase, generando una corrente elevata che potrebbe bruciare il fusibile appena installato.
Usare fusibili con specifiche e capacità conformi al progetto.
Quando si ripristina l'alimentazione e si riavviano le apparecchiature di raffreddamento, avviare per quanto possibile in fasi o gruppi per evitare l'avvio simultaneo di tutti i ventilatori e le pompe di olio, che potrebbe causare un'impennata di corrente e bruciare nuovamente i fusibili.
Dopo il ripristino dell'alimentazione trifase, se i ventilatori o le pompe di olio non si avviano ancora, potrebbe essere perché il relè termico non è stato resettato. Resetta il relè termico. Se non esistono guasti nelle apparecchiature di raffreddamento, dovrebbero riavviarsi normalmente.
3. Livello Anormale dell'Olio
Il livello anormale dell'olio del trasformatore include il livello anormale dell'olio del serbatoio principale e il livello anormale dell'olio del cambiastep sotto carico (OLTC). I trasformatori da 500kV utilizzano generalmente serbatoi di espansione con diaframmi o vesciche, con indicatori di livello a puntatore che indicano il livello dell'olio. Il livello dell'olio di entrambi può essere osservato tramite l'indicatore.
Se il livello dell'olio del trasformatore è basso, la causa dovrebbe essere indagata. Se il livello basso dell'olio è dovuto a temperature ambientali basse o a carichi leggeri che causano una diminuzione della temperatura dell'olio fino al livello minimo, l'olio dovrebbe essere aggiunto prontamente. Se il calo del livello dell'olio è dovuto a una perdita di olio grave, dovrebbero essere prese immediatamente misure per fermare la perdita e aggiungere olio.
Un livello elevato dell'olio del trasformatore può essere causato da:
riempimento eccessivo di olio, con il livello che aumenta con la temperatura durante temperature ambientali elevate o carichi elevati;
guasto del sistema di raffreddamento;
guasto interno del trasformatore.
Quando il livello dell'olio è troppo alto, verificare il carico e la temperatura dell'olio, confermare la normalità del sistema di raffreddamento, verificare che tutte le posizioni delle valvole siano corrette e controllare eventuali segni di guasti interni. Se il livello dell'olio è eccessivamente alto o l'olio straripa, e non sono presenti altri guasti, può essere opportuno scaricare una piccola quantità di olio del trasformatore.
Un livello elevato dell'olio nel serbatoio OLTC, oltre alla temperatura dell'olio, può anche essere causato dal sovraccaloramento delle connessioni elettriche o da altre ragioni che causano un guasto della tenuta nel compartimento OLTC, permettendo all'olio isolante del serbatoio principale di fuoriuscire nel compartimento OLTC, causando un innalzamento anomalo del livello dell'olio OLTC. Quando il livello dell'olio OLTC aumenta in modo anomalo e continuo, fino a straripare dal respiratore del serbatoio OLTC, riferire immediatamente al dipartimento di dispatching, far eseguire test e analisi da professionisti, richiedere la messa fuori servizio del trasformatore difettoso per la manutenzione.
I trasformatori da 500kV utilizzano generalmente serbatoi di espansione con diaframmi o vesciche e indicatori di livello a puntatore, che indicano il livello dell'olio in base alla posizione del fondo del diaframma o della vescica. Le seguenti condizioni possono causare un'indicazione errata del puntatore:
Gas accumulato sotto il diaframma o la vescica che fa galleggiare quest'ultimo sopra il livello effettivo dell'olio, causando un'indicazione del livello dell'olio più alta;
Blocco del respiratore che impedisce l'ingresso dell'aria quando il livello dell'olio diminuisce, causando un'indicazione del livello dell'olio più alta;
Rottura del diaframma o della vescica che permette all'olio di entrare nello spazio superiore, possibilmente causando un'indicazione del livello dell'olio più bassa.
Queste tre situazioni possono portare a un'indicazione errata del livello dell'olio, richiedendo agli operatori di osservare e analizzare attentamente durante l'operazione normale.
4. Operazione del Relè Gas Leggero
Quando il relè di gas leggero si attiva, indica un funzionamento anomalo del trasformatore e dovrebbe essere ispezionato e gestito immediatamente. I metodi sono i seguenti:
(1) Ispezionare l'aspetto, il suono, la temperatura, il livello d'olio e il carico del trasformatore. Se viene rilevata una perdita d'olio grave e il livello è inferiore al segno 0 sul manometro, possibilmente sotto il livello del relè di gas che attiva i segnali di allarme, il trasformatore dovrebbe essere immediatamente messo fuori servizio e la perdita riparata prontamente.
Se si rileva un aumento anormale della temperatura o un suono di funzionamento insolito, potrebbe esserci un guasto interno. Il rumore anomalo del trasformatore può presentarsi in due tipi: uno causato da vibrazioni meccaniche, l'altro da scarica parziale. Si può utilizzare un bastone ascoltatore (o una torcia) - premere un'estremità saldamente contro il contenitore e ascoltare con l'orecchio all'altra estremità - per determinare se il rumore proviene da componenti interni (vibrazioni meccaniche o scarica parziale). Il rumore di scarica ha solitamente un ritmo simile al rumore di corona su candelotti ad alta tensione. Se si rileva un sospetto rumore di scarica interna, eseguire immediatamente un'analisi cromatografica dell'olio e intensificare il monitoraggio.
(2) Estrarre un campione di gas per l'analisi. Di solito, il giudizio qualitativo in loco viene combinato con l'analisi quantitativa in laboratorio.
Per il prelievo del gas, utilizzare una siringa di volume appropriato. Rimuovere l'ago e collegare un breve tratto di tubo di plastica o gomma resistente all'olio. Prima del prelievo, riempire la siringa e il tubo con olio del trasformatore per espellere l'aria, quindi spingere completamente lo stantuffo per espellere l'olio. Collegare il tubo alla valvola di sfogo del relè di gas (assicurarsi che la connessione sia ermetica). Aprire la valvola di sfogo del relè di gas e tirare lentamente indietro lo stantuffo della siringa per aspirare il gas nella siringa.
Portare una fiamma vicino all'ago della siringa e spingere lentamente lo stantuffo per rilasciare il gas, osservando se il gas è infiammabile. Simultaneamente, inviare il gas in laboratorio per l'analisi della composizione del gas per un giudizio accurato.
Se il gas risulta infiammabile o l'analisi cromatografica conferma un guasto interno, il trasformatore dovrebbe essere immediatamente messo fuori servizio.
Se il gas è incolore, inodore e non infiammabile, e l'analisi cromatografica lo identifica come aria, l'allarme del relè di gas potrebbe essere un falso allarme a causa di un guasto nel circuito secondario. Il circuito dovrebbe essere ispezionato e riparato prontamente.
Durante il prelievo del gas, utilizzare una siringa incolore e trasparente per facilitare l'osservazione del colore del gas. La procedura deve essere eseguita sotto stretta supervisione, mantenendo una distanza di sicurezza dalle parti attive.
5. Spegnimento del Trasformatore
Quando un trasformatore si spegne automaticamente, dovrebbe essere effettuata immediatamente un'ispezione completa per identificare la causa prima di intraprendere azioni. Gli elementi specifici di ispezione includono:
(1) In base ai segnali dei relè di protezione, al registratore di fault e ad altre apparecchiature di monitoraggio, determinare quale protezione si è attivata.
(2) Controllare il carico, il livello d'olio, la temperatura dell'olio, il colore dell'olio e se vi è spruzzo d'olio, fumo, flashover o rottura dei candelotti, operazione della valvola di rilascio di pressione o altri segni evidenti di guasto prima dello spegnimento, e se è presente gas nel relè di gas.
(3) Analizzare l'onda del registratore di fault.
(4) Comprendere le condizioni del sistema: se sono avvenuti guasti di cortocircuito all'interno o all'esterno della zona protetta, se sono avvenute operazioni di sistema o sovratensioni di commutazione, o corrente di accensione durante la chiusura.
Se l'ispezione mostra che lo spegnimento automatico non è stato causato da un guasto del trasformatore, il trasformatore può essere rienergizzato dopo la rimozione dei guasti esterni.
Se si riscontrano qualsiasi delle seguenti condizioni, si dovrebbe sospettare un guasto interno del trasformatore. È necessario identificare la causa, eliminare il guasto e confermare tramite prove elettriche, analisi cromatografica e altre prove mirate che il guasto sia risolto prima di rienergizzare:
(1) Il gas estratto dal relè di gas risulta infiammabile dall'analisi; (2) Segni evidenti di guasto interno nel trasformatore, come deformazione del serbatoio, livello d'olio anomalo, spruzzo d'olio grave; (3) Segni evidenti di flashover o danni, rottura sui candelotti del trasformatore; (4) Due o più relè di protezione (differenziale, gas, pressione) si sono attivati.
6. Rumore Anomalo
(1) Se il rumore è forte e rumoroso, potrebbe essere dovuto a problemi del nucleo del trasformatore. Ad esempio, morsetti o bulloni di fissaggio del nucleo allentati. Le letture degli strumenti sono generalmente normali e il colore, la temperatura e il livello dell'olio non mostrano cambiamenti significativi. In questo caso, fermare l'operazione del trasformatore e effettuare un'ispezione.
(2) Se il rumore contiene un suono di acqua bollente o un "borbottio" di bolle, potrebbe indicare un grave guasto di avvolgimento che causa il surriscaldamento e la vaporizzazione dell'olio nelle parti vicine. Un contatto povero nel cambio di presa che causa un surriscaldamento locale o un cortocircuito tra spire possono entrambi produrre questo suono. Fermare immediatamente l'operazione del trasformatore e eseguire la manutenzione.
(3) Se il rumore contiene suoni forti e irregolari simili a esplosioni, potrebbe indicare un guasto di isolamento nel corpo del trasformatore. Fermare l'operazione e eseguire la manutenzione.
(4) Se il rumore contiene un suono di scarica "zizi", potrebbe essere dovuto a scariche parziali superficiali sul corpo del trasformatore o sui candelotti. Se è un problema dei candelotti, in condizioni atmosferiche povere o di notte, potrebbero essere visibili bagliori di corona o piccole scintille blu/viola. Pulire la superficie del candelotto e applicare olio o grasso silicone. Fermare il trasformatore e verificare se il collegamento a terra del nucleo e le distanze tra parti attive e terra soddisfano i requisiti.
(5) Se il rumore contiene suoni continui e ritmati di battiti o sfregamenti, potrebbe essere dovuto a contatti meccanici causati dalla vibrazione di certi componenti, o a rumori anomali causati da scariche elettrostatiche.
7. Spruzzo d'Olio ed Esplosione
L'esplosione e la fuoriuscita di olio si verificano quando le correnti di cortocircuito dovute a guasti interni e gli archi ad alta temperatura invecchiano rapidamente l'olio del trasformatore, e il relè di protezione non riesce a interrompere l'alimentazione in tempo, permettendo al guasto di persistere e alla pressione interna del serbatoio di aumentare continuamente. L'olio e i gas ad alta pressione fuoriescono quindi dal tubo antiesplosivo o da altri punti deboli del serbatoio, causando un incidente.
(1) Danni all'isolamento: il surriscaldamento locale, come i cortocircuiti tra spire, danneggia l'isolamento; l'ingresso d'acqua nel trasformatore causa umidità e danni all'isolamento; sovratensioni come colpi di fulmine danneggiano l'isolamento - questi sono i fattori basilari che portano ai cortocircuiti interni.
(2) Rottura dei fili che causa arcing: una saldatura difettosa dei conduttori di avvolgimento o connessioni di uscita allentate possono causare la rottura dei fili sotto impulsi di corrente elevata. Gli archi ad alta temperatura al punto di rottura vaporizzano l'olio, aumentando la pressione interna.
(3) Guasto del cambio di presa: nei trasformatori di distribuzione, la sezione di presa dell'avvolgimento ad alta tensione è connessa tramite il cambio di presa. I contatti del cambio di presa sono in serie nel circuito dell'avvolgimento ad alta tensione e conducono correnti di carico e di cortocircuito. Se i contatti mobili e fissi si surriscaldano, scintillano o arcano, l'avvolgimento della sezione di presa potrebbe cortocircuitare.
8. Fermata d'emergenza del trasformatore
Un trasformatore in funzione deve essere immediatamente fermato se si osservano alcune delle seguenti condizioni:
(1) Rumore interno anomalo o significativamente aumentato; (2) Danni gravi e scariche sulle bushings; (3) Fumo, fuoco o fuoriuscita di olio dal trasformatore; (4) Il trasformatore ha un guasto, ma il dispositivo di protezione non funziona o funziona in modo errato; (5) Un incendio o un'esplosione nelle vicinanze rappresenta una minaccia grave per il trasformatore.
In caso di incendio del trasformatore, disconnettere immediatamente l'alimentazione, fermare i ventilatori e le pompe d'olio, chiamare subito i vigili del fuoco e attivare l'equipaggiamento antincendio. Se l'incendio è causato dall'olio isolante che trabocca e brucia sul coperchio superiore, aprire il valvola di drenaggio inferiore per rilasciare l'olio a un livello appropriato per arrestare il trabocco, evitando che il livello dell'olio scenda sotto il coperchio e causi un incendio interno. Se l'incendio è dovuto a un guasto interno, l'olio non deve essere drenato, per prevenire l'ingresso d'aria e la formazione di una miscela esplosiva che potrebbe causare un'esplosione grave.
In sintesi, quando si verifica un guasto del trasformatore, è essenziale effettuare un giudizio accurato e una gestione appropriata - prevenire l'escalation del guasto mentre si evitano spegnimenti inutili. Ciò richiede un miglioramento della capacità diagnostica e un'esperienza operativa accumulata per identificare correttamente e gestire prontamente i guasti del trasformatore, prevenendo l'ampliamento degli incidenti.
I fattori che causano rumori anomali del trasformatore sono numerosi e le posizioni dei guasti variano. Solo accumulando costantemente esperienza è possibile fare giudizi accurati.
