Kako dijagnosticirati greške transformatora i smanjiti buku

Sa brzim razvojem kineške ekonomije, električna industrija je takođe postepeno proširila svoju veličinu, povećavajući zahteve kako za instaliranu snagu, tako i za jediničnu snagu transformatora. Ovaj članak daje kratki pregled četiri aspekta: konstrukcija transformatora, zaštita transformatora od munje, greške u transformatorima i buka transformatora.

Transformator je često korišćen električni uređaj sposoban da pretvara AC električnu energiju. Može preoblikovati jednu formu električne energije (izmeničnu struju i napon) u drugu formu električne energije (sa istom frekvencijom izmenične struje i napona). U praktičnim primenama, glavna funkcija transformatora jeste promena nivoa napona, što čini prenos struje lakšim. 

Prema odnosu izlaznog napona i ulaznog napona, transformatori se klasifikuju kao step-down ili step-up transformatori. Transformator sa odnosom napona manjim od 1 zove se step-down transformator, čija glavna funkcija jeste opskrbivanje različitih električnih uređaja potrebnim naponima, osiguravajući da korisnici dobiju pravi napon. Transformator sa odnosom napona većim od 1 zove se step-up transformator, koji uglavnom služi za smanjenje troškova prenosa struje, minimizaciju gubitaka tijekom prenosa i proširenje udaljenosti prenosa.

Konstrukcija transformatora
U srednjim i velikim kapacitetima elektroenergetske transformatora, pružen je zatvoreni naftni rezervoar, ispunjen transformatorskom naftom. Viteže i jezgra transformatora su uronjene u naftu kako bi se postigla bolja disipacija toplote. Izolativni štapovi se koriste za izvod viteža i povezivanje sa spoljašnjim krugovima. Transformator se uglavnom sastoji od sljedećih komponenti: uređaj za regulaciju napona, glavno tijelo, uređaji za izlazne terminalne uređaje, naftni rezervoar, zaštitni uređaji i hladni uređaji. Uređaj za regulaciju napona dijeli se na tap changere pod opterećenjem i bez opterećenja, u suštini vrsta klipače; glavno tijelo sastoji se od vodica, jezgre, izolacijske strukture i viteža; izlazni terminalni uređaji uključuju niskonaponske i visokonaponske štapiće; naftni rezervoar uključuje pribor (uključujući uzorak naftnog ventila, oznake, drenažne ventile, zemljani boltovi i točkovi) i glavni rezervoarski tijelo (uključujući dno rezervoara, stene i poklopac); zaštitni uređaji uključuju sušilice, plinske releje, rezervoari, naftne flotne releje, indikatori razine nafta, senzori temperature i sigurnosne ventilatore; hladni uređaji sastoje se od hladilaca i radijatora.

Buka transformatora i mere smanjenja
Transformatori često proizvode zvuk tokom rada, uglavnom zbog elektromagnetskih sila koje dovode do vibracije glavnog tijela i magnetostricije u silikonskim čelikovim listovima pod magnetskim poljima, kao i buke generisane ventilatorima i hladnim sistemima. Čulnost ljudskog auditivnog sistema može percepirati zvuk samo unutar određenih vibracionih frekvencija; kada je frekvencija između 16 Hz i 2000 Hz, može se čuti. Ultrasvetlost iznad ovog opsega i infrasvetlost ispod njega ne mogu biti percepirane. Buka se širi od jezgre do zraka, viteža i stubaših struktura - to je glavna putanja prenosa buke transformatora. Buku se može smanjiti smanjenjem gustoće magnetskog toka i minimizacijom magnetostricije u jezgrenim silikonskim čelikovim listovima. Međutim, smanjenje gustoće magnetskog toka povećava dimenzije jezgre i broj silikonskih čelikovih listova, povećavajući troškove. Da bi se smanjila buka bez povećanja troškova, efikasno je dodavanje dempenzorskih komponenata. Na primjer, smještanje gumenih prilagođenih prostore između niskonaponskog viteža i jezgre može utvrditi vitež i pružiti amortizaciju. Ova dempenzorska struktura pomaže u smanjenju buke tijekom njenog širenja.

Zaštita transformatora od munje
U Kini, svake godine veliki broj transformatora se oštećuje zbog pogoda munjom. Prema relevantnim autoritetima, među oštećenim 10 kV distribucijskim transformatorima, 4%–10% su oštećeni zbog munje. Nepravilna vezanje zemljišnih vodiča i nepravilna instalacija transformatorskih aparata za zaštitu od munje su glavne uzroke munjastih oštećenja. Ključni problemi uključuju: posebno zemljište visokonaponskih i niskonaponskih aparata za zaštitu od munje i neutralne tačke transformatora; predugacke vodove i premali presjeci zemljišnih vodova; odsustvo aparata za zaštitu od munje na niskonaponskoj strani; korišćenje nosača kao zemljišnog voda za aparat za zaštitu od munje na visokonaponskoj strani; i neizvršenost preventivnih ispitivanja aparata za zaštitu od munje.

Greške u transformatorima
Kada se dogode bilo koje od sljedećih promjena u transformatoru, analiza grešaka može se izvršiti na temelju stvarnog stanja rada: transformator uzrokuje prekid struje zbog nesreće ili iskusio je pojave poput kraćeg spoja na izlazu, ali još nije došlo do dekompozicije; tijekom rada pojavljuju se anormalne pojave, prisiljavajući operatere da isključe transformator za inspekciju ili testiranje; tijekom preventivnih testiranja, prihvatanja održavanja ili upotrebe u normalnim uvjetima isključenja, jedna ili više vrijednosti parametara prevazilaze standardne granice. Ako se bilo koji od navedenih situacija pojavi tijekom stvarne upotrebe, transformator treba odmah podvrgnuti relevantnim inspekcijama i testiranjima kako bi se osiguralo da može normalno raditi.

Koraci za utvrđivanje prisutnosti greške:

• Prvo, utvrdite mogućnost greške, i da li se radi o očitoj (vidljivoj) ili skrivene (latentne) grešci.

• Drugo, identificirajte prirodu greške - da li se radi o grešci vezanoj za naftu ili solidnu izolaciju, termičkoj ili električnoj grešci.

• Treće, faktori poput snage greške, vremena aktivacije releja zbog zasićenja, težine, trenda razvoja, temperature točke topline i nivo zasićenja gasa u nafti su uobičajeni pokazatelji za utvrđivanje prisutnosti greške.

• Četvrti, pronađite odgovarajući način za obradu incidenata. Ako transformator može nastaviti raditi nakon incidenata, odredite tijekom rada da li su potrebne promjene mera sigurnosti i metoda nadzora, te da li je potrebna unutrašnja inspekcija ili popravak.

Različite uzroci mogu dovesti do grešaka u transformatorima, koje se mogu klasificirati na mnogo načina. Na primjer, prema tipu kruga, mogu se kategorizirati kao greške naftnog kruga, magnetskog kruga i električnog kruga. Trenutno, najčešća i najteža greška transformatora jest kraći spoj na izlazu, koji također može pokrenuti greške iscrpljenja. Kraći spojevi u transformatorima obično se odnose na fazijske kraće spojeve unutar transformatora, kraće spojeve na zemlju u vodovima ili vitežima i kraće spojeve na izlazu.

Mnoge nesreće nastaju zbog takvih grešaka. Na primjer, kraći spoj na niskonaponskom izlazu transformatora često zahtijeva zamjenu dotičnog viteža; u težim slučajevima, može biti potrebna zamjena svih viteža, što dovodi do značajnih ekonomskih gubitaka i posljedica. Kraći spojevi u transformatorima zaslužuju ozbiljan odnos. Na primjer, transformator (110 kV, 31,5 MVA, model SFS2E8-31500/110) doživio je nesreću kraćeg spoja, uz prekid glavnog transformatora tri strane prekidača i aktivaciju teškog gasnog zaštita.

Nakon vraćanja transformatora u fabriku za popravak, inspekcija tijekom podizanja poklopca otkrila je: ruždžvu na osnovi i gornjoj jezgri (zbog kiše tijekom nesreće); težak deformiranje srednjeg viteža u fazi C, kolaps visokonaponskog viteža u fazi C i kraći spoj između niskonaponskog i srednjeg viteža uslijed pomaka klampnih ploča; težak deformiranje srednjeg i niskonaponskog viteža u fazi B; niskonaponski vitež u fazi C izgorio na dvije sekcije; i mnogo fino bakrene čestice i bakrene žlice između zavojnica. Glavni uzroci uključivali su: nedovoljnu izolacijsku čvrstoću izolacijske strukture; nesklapanje klampnih traka, nedostatak podlagana i rastegnuta pomaka; i rastegnute viteže.

Iskriva glavno oštećuje izolaciju transformatora, što se manifestira na dva načina: Prvo, aktivni gasovi proizvedeni iskrivom - poput oksida hlora, ozona i toplote - dovode do hemijskih reakcija pod određenim uvjetima, što dovodi do lokalne koroze izolacije, povećanja dielektričnih gubitaka i konačno termičkog propadanja. Drugo, iskrive čestice direktno bombardiraju izolaciju, dovodeći do lokalnog oštećenja izolacije koje se postepeno proširuje i konačno propada.

Na primjer, transformator (63 MVA, 220 kV) doživio je iskrivu na 1,5 puta napona, uz audibilne zvukove iskrive i nivo iskrive do 4000–5000 pC. Kada je probni napon između zavojnica smanjen na 1,0 puta i metoda testiranja kraja linije promijenjena na podršku napona od 1,5 puta, nisu se javili zvukovi iskrive i nivo iskrive drastično padao ispod 1000 pC. Nakon dekompozicije i inspekcije, otkriveni su tragovi iskrive u obliku stabala duž krajnjih izolacijskih kutnih prstenova, uglavnom zbog neadekvatnog izolacijskog materijala.

Kada se pojavi parcijalna iskriva duž površine čvrste izolacije, posebno kada su prisutni normalni i tangentni komponenti jakosti električnog polja, nastali nesrećni slučaj je najteži. Parcijalne iskrive greške mogu se pojaviti na bilo kojem mjestu sa lošim izolacijskim materijalom ili koncentriranim električnim poljima, poput između zavojnica, na vodovima visokonaponskog elektrostatičkog štita, između faznih prepreka i na visokonaponskim vodovima.

Transformatori su široko korišteni električni uređaji u elektroničkim krugovima i sistemu struje. Kao ključna oprema u korištenju, distribuciji i prenosu struje, transformatori igraju neprocjenjivu ulogu. Stoga, u praktičnoj upotrebi, treba posvetiti veću pažnju transformatorima.