Hvordan diagnosticere transformerfejl og reducere støj

Med den hurtige udvikling af Kinas økonomi har også strømproduktionsindustrien gradvist udvidet sin skala, hvilket har øget kravene til både installeret effekt og enkeltanlægs effekt for strømtransformatorer. Denne artikel giver en kort introduktion til fire aspekter: transformatoropbygning, transformatorbeskyttelse mod lyn, transformatorfejl og transformatorstøj.

En transformator er et ofte anvendt elektrisk udstyr, der kan konvertere vekselstrøm. Den kan omdanne en form for elektrisk energi (vekselstrøm og spænding) til en anden form af elektrisk energi (med samme frekvens af vekselstrøm og spænding). I praktiske applikationer er hovedfunktionen af en transformator at ændre spændingsniveauer, hvilket gør strømtransmission mere bekvem. 

I henhold til forholdet mellem udgangsspænding og indgangsspænding klassificeres transformatorer som nedtrappings- eller optrappings-transformatorer. En transformator med et spændingsforhold under 1 kaldes en nedtrappings-transformator, hvis primære funktion er at levere det nødvendige spænding til forskellige elektriske enheder, så brugerne modtager korrekt spænding. En transformator med et spændingsforhold over 1 kaldes en optrappings-transformator, hvis primære funktion er at reducere omkostninger ved strømtransmission, minimere strømtab under transmission og forlænge transmissionsafstand.

Transformatoropbygning
I medium og store kapacitetsstrømtransformatorer findes en tæthedsoil-tank, fyldt med transformatorolie. Transformatorvindinger og -kerne er dyrket i olie for at opnå bedre varmeafledning. Isolerende bushinger bruges til at føre vindingerne ud og forbinder dem til eksterne kredsløb. En transformator består hovedsageligt af følgende komponenter: spændingsreguleringsenhed, hovedlegeme, udgående terminalenheder, olie-tank, beskyttelsesenheder og køleenheder. Spændingsreguleringsenheden er inddelt i belasted og ubelasted tap-changere, der i væsentlig grad er en type tap-switch; hovedlegemet består af ledninger, kerne, isoleringsstruktur og vindinger; udgående terminalenheder inkluderer lavspændings- og højspændings-bushinger; olie-tanken består af tilbehør (herunder olieprøvetap, plader, afsludningsventiler, jordede skruer og hjul) og hovedtanken (herunder tankbund, vægge og låg); beskyttelsesenheder inkluderer tørreltern, gasrelæer, konservatortanke, oliefloatrelæer, olienivå-indikatorer, temperatursensorer og sikkerhedsventiler; køleenheder består af køler og radiatore.

Transformatorstøj og nedsætningsforanstaltninger
Transformatorer producerer ofte lyd under drift, primært på grund af elektromagnetiske kræfter, der forårsager vibration af hovedlegemet og magnetostriction i silicium-stålplader under magnetfelt, samt støj fra fluer og kølesystemblæsere. Menneskets høresystem kan kun opfatte lyd inden for visse vibrationsfrekvenser; når frekvensen ligger mellem 16 Hz og 2000 Hz, kan den høres. Ultrasound over dette område og infrasound under kan ikke opfattes. Støj propagerer fra kernen til luft, vindinger og klamper—det er hovedtransmissionsvejen for strømtransformatorstøj. Støj kan reduceres ved at sænke magnetfluxtætheden og minimere magnetostriction i kernesilicium-stålplader. Imidlertid, at reducere fluxtætheden øger kernestørrelsen og antallet af silicium-stålplader, hvilket øger omkostningerne. For at reducere støj uden at øge omkostningerne, er det effektivt at tilføje dampningskomponenter. For eksempel, ved at placere gummi formpassende spær ved lavspændingsvinding og kernen, kan vindingen strammes og give dæmpning. Denne dampningsstruktur hjælper med at reducere støj under dens propagation.

Transformatorbeskyttelse mod lyn
I Kina bliver et stort antal transformatorer årligt skadet på grund af lynnedslag. Ifølge relevante myndigheder er 4%–10% af de skadede 10 kV distributions-transformatorer skadet på grund af lyn. Ukorrekte jordforbindelser og fejlagtig installation af transformatorlynbeskyttere er de hovedårsager til lynskader. De vigtigste problemer inkluderer: separat jordforbindelse for høgspændings- og lavspændings-side lynbeskyttere og transformatorens neutralspunkt; for lange ledninger og for små jordleder-kryds-sektioner; fravær af lynbeskyttere på lavspændings-siden; brug af støttekonstruktion som jordleder for høgspændings-side lynbeskyttere; og manglende forebyggende tester af lynbeskyttere.

Transformatorfejl
Når nogen af følgende ændringer forekommer i en transformator, kan fejlanalyse udføres baseret på dens faktiske driftsforhold: transformatoren forårsager en strømafbrydelse på grund af en ulykke eller oplever fænomener som en udgangsshort-circuit, men montering er endnu ikke foretaget; abnormale fænomener forekommer under drift, hvilket tvinger operatører til at lukke transformatoren ned for inspektion eller test; under forebyggende test, vedligeholdelsesgodkendelse eller indkørsel under normale strømafbrydelsesforhold, overstiger en eller flere parameter-værdier standardgrænser. Hvis nogen af ovenstående situationer forekommer under faktisk brug, bør transformatoren straks udsættes for relevante inspektioner og tests for at sikre, at den kan fungere normalt.

Trin til at fastslå tilstedeværelsen af en fejl:

• Først, fastslå muligheden for en fejl, og om det er en tydelig (synlig) eller skjult (latente) fejl.

• Andet, identificer fejlens natur—om det er en olie-relateret fejl eller solid isolationsfejl, en termisk fejl eller en elektrisk fejl.

• Tredje, faktorer som fejl-effekt, tid til relæaktivering pga. mætning, alvorlighed, udviklingsbølge, hothærdet temperatur og gassættelsesniveau i olie er almindelige indikatorer for at fastslå tilstedeværelsen af en fejl.

• Fjerde, find en passende metode til at håndtere hændelsen. Hvis transformatoren stadig kan fungere efter hændelsen, fastslå under drift, om sikkerhedsforanstaltninger og overvågningsmetoder behøver justering, og om intern inspektion eller reparation er nødvendig.

Forskellige årsager kan føre til transformatorfejl, som kan inddeles på flere måder. For eksempel, ifølge kredsløbstype, kan de inddeles i oliekredsløbsfejl, magnetkredsløbsfejl og elektriske kredsløbsfejl. I øjeblikket er den mest hyppige og alvorlige transformatorfejl udgangsshort-circuit, som også kan udløse udledningsfejl. Short-circuit-fejl i transformatorer refererer oftest til phase-to-phase short circuit inde i transformatoren, jordfejl i ledninger eller vindinger, og udgangsshort-circuit.

Mange ulykker skyldes sådanne fejl. For eksempel, en short circuit ved lavspændings-udgang af en transformator kræver ofte erstatning af den berørte vinding; i alvorlige tilfælde kan alle vindinger være nødt til at blive erstattet, hvilket fører til betydelige økonomiske tab og konsekvenser. Transformatorshort-circuits fortjener alvorlig opmærksomhed. For eksempel oplevede en transformator (110 kV, 31,5 MVA, model SFS2E8-31500/110) en short-circuit-ulykke, ledsaget af tripping af hovedtransformatorens tre-side skridt og aktivering af tung gasbeskyttelse.

Efter at have returneret transformatoren til fabrikken til reparation, afslørede inspektion under hævelse af hovedet: rust på både bunden og øverst i kernen (på grund af regn under ulykken); alvorlig deformation af midtspændingsvindingen i fase C, kollaps af høgspændingsvindingen i fase C, og short circuit mellem lav- og midtspændingsvindinger på grund af forskydning af klampplader; alvorlig deformation af midt- og lavspændingsvindinger i fase B; lavspændingsvindingen i fase C blev brændt igennem i to sektioner; og mange fine kobberpartikler og kobberperler mellem vindingsomgange. Hovedårsager inkluderede: utilstrækkelig isoleringsstyrke af isoleringsstrukturen; misallignede klampestribler, manglende polstre, og løse forskydninger; og løse vindinger.

Udlejning skader hovedsageligt transformatorisolering, som manifesterer sig i to aspekter: Først, aktive gasser produceret af udlejning—som chloroksid, ozon og varme—fremkalder kemiske reaktioner under visse betingelser, hvilket fører til lokal isoleringskorrosion, øget dielektrisk tab, og til sidst termisk breakdown. Andet, udlejningspartikler bombarderer direkte isoleringen, hvilket forårsager lokal isoleringsbeskadigelse, der gradvist udvider sig og til sidst brydes ned.

For eksempel oplevede en transformator (63 MVA, 220 kV) udlejning ved 1,5 gange spændingen, ledsaget af hørbare udlejningslyde og udlejningsniveauer på op til 4000–5000 pC. Når inter-turn-testspændingen blev reduceret til 1,0 gange og linje-endetestmetoden ændret til 1,5 gange spændingsstøtte, forekom ingen udlejningslyd, og udlejningsniveauer faldt drastisk til under 1000 pC. Ved montering og inspektion blev træagtige udlejningsspor fundet langs endepunkt isoleringshjørner, primært på grund af understandard isoleringsmateriale.

Når delvis udlejning forekommer langs overfladen af solid isolering, især når både normale og tangentielle komponenter af elektrisk feltstyrke er til stede, er den resulterende ulykke mest alvorlig. Delvis udlejningsfejl kan forekomme på ethvert sted med dårligt isoleringsmateriale eller koncentreret elektrisk felt, som mellem vindingsomgange, ved ledninger af høgspændingsvinding elektrostatiske skjolde, mellem fasebarrierer, og ved høgspændingsledninger.

Transformatorer er bredt anvendte elektriske enheder i elektroniske kredsløb og strømsystemer. Som nøgleudstyr i strømanvendelse, distribution og transmission spiller transformatorer en uerstattelig rolle. Derfor bør der lægges større opmærksomhed på transformatorer i praksis.