Kako dijagnosticirati kvarove transformatora i smanjiti buku

S obzirom na brz razvoj kineske ekonomije, elektroenergetski sektor je također postupno proširio u veličini, povećavajući zahtjeve za instaliranom snalom i jedinicom snaga transformatora. Ovaj članak daje kratak pregled četiri aspekta: konstrukcija transformatora, zaštita transformatora od munja, greške transformatora i buka transformatora.

Transformator je često korišteni električni uređaj sposoban pretvarati strujnu energiju AC. Može pretvoriti jednu formu električne energije (izmjeničnu struju i napon) u drugu formu električne energije (sa istom frekvencijom izmjenične struje i napona). U praktičnim primjenama, glavna funkcija transformatora je promjena nivoa napona, što čini prijenos energije lakšim.

Prema omjeru izlaznog i ulaznog napona, transformatori su klasificirani kao step-down ili step-up transformatori. Transformator s omjerom napona manjim od 1 zove se step-down transformator, čija je glavna funkcija osigurati potrebne napone za različite električne uređaje, osiguravajući da korisnici dobiju pravilan napon. Transformator s omjerom napona većim od 1 zove se step-up transformator, koji uglavnom služi za smanjenje troškova prijenosa energije, smanjenje gubitaka energije tijekom prijenosa i proširenje udaljenosti prijenosa.

Konstrukcija transformatora
U srednjim i velikim kapacitetima snaga transformatora, pružen je zatvoreni rezervoar za ulje, ispunjen transformatorskim uljem. Zavojnice i jezgra transformatora potopljeni su u ulje kako bi se postigla bolja otopina topline. Izolativni štapići koriste se za izvod zavojnika i povezivanje s vanjskim kružnicama. Transformator se sastoji od sljedećih komponenti: uređaj za regulaciju napona, glavni dio, uređaji za izlazne terminalne točke, rezervoar za ulje, zaštitni uređaji i hladne uređaje. Uređaj za regulaciju napona podijeljen je u tap changere sa opterećenjem i bez opterećenja, u suštini vrsta switcha za tapove; glavni dio sastoji se od vodova, jezgre, izolacijske strukture i zavojnika; uređaji za izlazne terminalne točke uključuju štapiće za niski i visoki napon; rezervoar za ulje uključuje dodatke (uključujući ventile za uzorkovanje ulja, imenice, ventile za ispraznjenje, zemljajuće vijake i kotače) i glavni tijelo rezervoara (uključujući dno, zidove i poklopac); zaštitni uređaji uključuju respiratore za sušenje, gasne releje, rezervoare za konzerviranje, uljevene releje, indikatore razine ulja, senzore temperature i sigurnosne ventilatore; hladne uređaje sastoje se od hladilaca i radijatora.

Buk transformatora i mjere smanjenja buke
Tijekom rada, transformatori često proizvode zvuk, uglavnom zbog elektromagnetskih sila koje dovode do vibracije glavnog dijela i magnetostricije u silikonskim čelikovim listovima pod djelovanjem magnetskih polja, kao i zvuka generiranog ventilatorima i blowerima hladnih sustava. Ljudsko sluhovno sustav može percepirati zvuk samo unutar određenih frekvencija vibracija; kada je frekvencija između 16 Hz i 2000 Hz, može se čuti. Ultrasvjetlost iznad ovog opsega i infrasvjetlost ispod njega ne mogu se percepirati. Buka se širi od jezgre prema zraku, zavojnicama i klešcima—ovo je glavna putanja prijenosa buke transformatora. Buku se može smanjiti smanjenjem gustoće magnetskog toka i minimizacijom magnetostricije u jezgri silikonskog čelika. Međutim, smanjenje gustoće magnetskog toka povećava veličinu jezgre i broj silikonskih čelikovih listova, povećavajući troškove. Da bi se smanjila buka bez povećanja troškova, dodavanje komponenata za demping je učinkovito. Na primjer, stavljajući gume formirane spacers između niskonaponskog zavojnika i jezgre, može se zategnuti zavojnik i pružiti amortizaciju. Ova struktura za demping pomaže u smanjenju buke tijekom njenog širenja.

Zaštita transformatora od munja
U Kini, svake godine veliki broj transformatora oštećen je zbog pogoda munjom. Prema relevantnim nadležnostima, među oštećenim distribucijskim transformatorima od 10 kV, 4%–10% oštećeno je zbog pogoda munjom. Nepravilne veze zemljišta i nepravilna instalacija zaštitnih uređaja od munja su glavni uzroci oštećenja povezanih s munjom. Ključni problemi uključuju: zasebno zemljište za zaštitne uređaje od munja na visokonaponskoj i niskonaponskoj strani i neutralnu točku transformatora; previše dugačke vode i premali presjeci vodiča za zemljište; nedostatak zaštitnih uređaja od munja na niskonaponskoj strani; korištenje nosača kao vodiča za zemljište za zaštitne uređaje od munja na visokonaponskoj strani; i neispitivanje preventivnih testova na zaštitnim uređajima od munja.

Greške transformatora
Kada se pojave bilo koja od sljedećih promjena u transformatoru, analiza grešaka može se provesti temeljem njegovog stvarnog stanja rada: transformator uzrokuje ispad struje zbog nesreće ili iskusio je pojave poput kratkog spoja na izlazu, ali još nije desmontiran; tijekom rada pojavljuju se neobične pojave, prisiljavajući operatore da isključe transformator za inspekciju ili testiranje; tijekom preventivnog testiranja, prihvatanja održavanja ili upotrebe u normalnim uvjetima isključivanja, jedna ili više vrijednosti parametara premašuju standardne granice. Ako se bilo koja od gore navedenih situacija pojavi tijekom stvarne uporabe, transformator treba odmah podvrgnuti relevantnim inspekcijama i testiranju kako bi se osiguralo da može raditi normalno.

Koraci za utvrđivanje prisutnosti greške:

• Prvo, utvrdite mogućnost greške, te da li je to očigledna (vidljiva) ili skrivena (latenta) greška.

• Drugo, identificirajte prirodu greške—da li je to greška vezana uz ulje ili čvrstu izolaciju, toplinsku grešku ili električnu grešku.

• Treće, faktori poput snage greške, vremena do aktivacije reléa zbog nasitnosti, težine, trenda razvoja, temperature točke toplote i nivoa nasitnosti plinova u ulju su uobičajeni pokazatelji za utvrđivanje prisutnosti greške.

• Četvrti, pronađite odgovarajući način rješavanja incidenata. Ako transformator može dalje raditi nakon incidenta, utvrdite tijekom rada da li su potrebne promjene sigurnosnih mera i metoda nadzora, te da li je potrebna unutarnja inspekcija ili popravak.

Razni uzroci mogu dovesti do grešaka u transformatoru, koje se mogu klasificirati na više načina. Na primjer, prema tipu kruga, mogu se klasificirati kao greške u uljnom krugu, magnetskom krugu i električnom krugu. Trenutno, najčešća i najteža greška transformatora jest kratki spoj na izlazu, koji također može pokrenuti greške iscrpljenja. Kratki spojevi u transformatorima obično se odnose na fazi-fazi kratke spojeve unutar transformatora, greške na zemljištu voda ili zavojnika, te kratke spojeve na izlazu.

Mnoge nesreće nastaju zbog takvih grešaka. Na primjer, kratki spoj na niskonaponskom izlazu transformatora često zahtijeva zamjenu oštećenog zavojnika; u težim slučajevima, sve zavojnike može biti potrebno zamijeniti, što dovodi do značajnih ekonomskih gubitaka i posljedica. Kratki spojevi u transformatorima zaslužuju ozbiljan poziv na pažnju. Na primjer, transformator (110 kV, 31.5 MVA, model SFS2E8-31500/110) doživio je nesreću kratkog spoja, pratio ga su isključivi prekidači s tri strane glavnog transformatora i aktivacija teškog gasnog zaštita.

Nakon vraćanja transformatora u tvornicu za popravak, inspekcija tijekom podizanja poklopca otkrila je: koroziju na oba temelja i gornjoj jezgri (zbog kiše tijekom nesreće); tešku deformaciju srednjeg zavojnika u fazi C, kolaps visokonaponskog zavojnika u fazi C i kratki spoj između niskonaponskog i srednjeg zavojnika zbog pomaka klešća; tešku deformaciju srednjeg i niskonaponskog zavojnika u fazi B; niskonaponski zavojnik u fazi C izgorio na dvije sekcije; i mnogo finih bakrenih čestica i perlaca između zavojnika. Glavni uzroci uključivali su: nedovoljnu izolacijsku čvrstoću izolacijske strukture; neslaganje klešća, nedostatak podložica i lako pomaknuće; i lage zavojnike.

Iskrpa uglavnom oštećuje izolaciju transformatora, što se manifestira na dva načina: Prvo, aktivni plinovi proizvedeni iskrpom—poput oksida hlora, ozona i topline—dovode do kemijskih reakcija pod određenim uvjetima, što dovodi do lokalne korozije izolacije, povećanja dielektričnih gubitaka i konačno termičkog raspadanja. Drugo, čestice iskrpe direktno bombardiraju izolaciju, dovodeći do lokalnog oštećenja izolacije koje se postepeno širi i konačno raspadne.

Na primjer, transformator (63 MVA, 220 kV) doživio je iskrpu na 1,5 puta napona, pratila ga su audibilne iskrpe i nivo iskrpe do 4000–5000 pC. Kada je testni napon između zavojnika smanjen na 1,0 puta i metoda testiranja kraja linije promijenjena na podršku napona od 1,5 puta, nisu se javile zvučne iskrpe i nivo iskrpe drastično je pao ispod 1000 pC. Nakon demontiranja i inspekcije, otkrivene su stablaste tragove iskrpe duž ugla izolacijskih prstenova na kraju, uglavnom zbog nedovoljno kvalitetnog izolacijskog materijala.

Kada se pojavi parcijalna iskrpa duž površine čvrste izolacije, posebno kada su prisutne i normalne i tangencijalne komponente jačine električnog polja, nastala nesreća je najteža. Parcijalne iskrpne greške mogu se pojaviti na bilo kojem mjestu s lošim izolacijskim materijalom ili koncentriranim električnim poljima, poput između zavojnika, na vodovima visokonaponskog elektrostatičkog štitnika, između fazičnih prepreka i na visokonaponskim vodovima.

Transformatori su široko korišteni električni uređaji u elektroničkim krugovima i sustavima za prijenos energije. Kao ključno oprema u upotrebi, distribuciji i prijenosu energije, transformatori igraju nezamjenjivu ulogu. Stoga treba posvetiti veću pažnju transformatorima u praktičnoj upotrebi.