Hur man diagnostiserar transformerfel och minskar brus

Med den snabba utvecklingen av Kinas ekonomi har även kraftindustrin gradvis expanderat i storlek, vilket ökar kraven på både installerad effekt och enhetseffekt för kraftomvandlare. Detta artikel ger en kort introduktion till fyra aspekter: omvandlarkonstruktion, skydd mot blixt för omvandlare, fel i omvandlare och buller från omvandlare.

En omvandlare är ett vanligt använd elektriskt enhet som kan konvertera växelström. Den kan omvandla en form av elektrisk energi (växelström och spänning) till en annan form av elektrisk energi (med samma frekvens av växelström och spänning). I praktiska tillämpningar är huvudfunktionen för en omvandlare att ändra spänningsnivåer, vilket gör energiöverföring mer bekväm. 

Baserat på förhållandet mellan utgångsspänning och ingångsspänning klassificeras omvandlare som spänningssänkande eller spänningshöjande. En omvandlare med en spänningskvot mindre än 1 kallas för en spänningssänkande omvandlare, vars primära funktion är att tillhandahålla nödvändiga spänningar för olika elektriska enheter, vilket säkerställer att användarna får rätt spänning. En omvandlare med en spänningskvot större än 1 kallas för en spänningshöjande omvandlare, vars huvudsakliga funktion är att minska kostnaderna för energiöverföring, minskar energiförluster under överföring och utvidgar överföringsavståndet.

Omvandlarkonstruktion
I medel- och storkapacitets kraftomvandlare finns det en tät oljetank fylld med omvandlarolja. Omvandlarnas virvlar och kärna är doppade i oljan för att uppnå bättre värmeavledning. Isolerande buktningar används för att leda ut virvlarna och ansluta till externa kretsar. En omvandlare består huvudsakligen av följande komponenter: spänningsregleringsenhet, huvudkropp, utgående terminalenheter, oljetank, skyddsutrustning och kylutrustning. Spänningsregleringsenheten delas in i belastningsburen och obelastad tapppositionering, vilket i grunden är en typ av kontaktskiftningsapparat; huvudkroppen består av ledningar, kärna, isoleringsstruktur och virvlar; utgående terminalenheter inkluderar lågspännings- och högspänningsbuktningar; oljetanken omfattar tillbehör (inklusive proovningsventiler, märkesplåtar, tömningsventiler, jordningsbolag och hjul) och huvudtanken (inklusive tankbotten, väggar och lock); skyddsutrustningen inkluderar torkningsrespiratorer, gasreläer, konservationsreservoarer, oljebojareserver, oljenivåindikatorer, temperaturgivare och trycksäkringar; kylutrustningen består av kylningsapparater och radiatörer.

Omvandlarsbuller och åtgärder för att minska det
Omvandlare producerar ofta ljud under drift, främst på grund av elektromagnetiska krafter som orsakar vibration i huvudkroppen och magnetostriction i siliciumstålplåtar under magnetfält, samt buller genererat av fläktar och kylningsblåsare. Mänsklig hörapparat kan uppfatta ljud endast inom vissa vibrationsfrekvenser; när frekvensen ligger mellan 16 Hz och 2000 Hz kan den höras. Ultrasound över detta intervall och infraljud under det kan inte uppfattas. Buller sprider sig från kärnan till luft, virvlar och klampningsstrukturer—detta är den huvudsakliga spridningsvägen för kraftomvandlarnas buller. Buller kan minskas genom att sänka magnetflödestätheten och minimera magnetostriction i kärnans siliciumstålplåtar. Men att sänka fluxtätheten ökar kärnstorleken och antalet siliciumstålplåtar, vilket ökar kostnader. För att minska buller utan att öka kostnader är det effektivt att lägga till dämpningskomponenter. Till exempel, genom att placera gummi-förmolda mellanrum mellan lågspänningsvirveln och kärnan kan virveln stramas och få dempning. Denna dämpningsstruktur hjälper till att minska bullret vid dess spridning.

Skydd mot blixt för omvandlare
I Kina skadas ett stort antal omvandlare varje år på grund av blixt. Enligt relevanta myndigheter, av de skadade 10 kV distributionsomvandlarna, skadas 4%–10% på grund av blixt. Oegentlig koppling av jordningsledningar och felaktig installation av omvandlarens blixtskydd är de huvudsakliga orsakerna till blixtrelaterade skador. Viktiga problem inkluderar: separat jordning av högspännings- och lågspänningsblixtskydd samt omvandlarens neutralpunkt; alltför långa ledningar och för små korssektioner för jordningsledningar; saknad av blixtskydd på lågspänningssidan; användning av stödstruktur som jordningsledning för högspänningsblixtskydd; och brist på förebyggande tester på blixtskydd.

Feltillstånd i omvandlare
När någon av följande ändringar inträffar i en omvandlare kan feleanalys utföras baserat på dess faktiska driftstillstånd: omvandlaren orsakar strömavbrott på grund av en olycka eller upplever fenomen som utgångskortslut, men ingen demontering har ännu skett; ovanliga fenomen uppstår under drift, vilket tvingar operatörer att stänga av omvandlaren för inspektion eller test; under förebyggande test, underhållsgodkännande eller inmatning under normal strömavbrott, överskrider en eller flera parametervärden standardgränser. Om något av ovanstående fall inträffar under faktisk användning bör omvandlaren genast genomgå relevanta inspektioner och tester för att säkerställa att den kan fungera normalt.

Steg för att fastställa om ett fel finns:

• Först fastställa möjligheten till ett fel, och om det är ett uppenbart (synligt) eller dolt (latenterat) fel.

• Andra identifiera felets natur—om det är ett olje-relaterat fel eller ett solidisolationsfel, ett termiskt fel eller ett elektriskt fel.

• Tredje, faktorer som feleffekt, tid till reläaktivitet på grund av mättnad, svårighetsgrad, utvecklingsriktning, heta punkttemperatur och gasmättnadsnivå i olja är vanliga indikatorer för att fastställa om ett fel finns.

• Fjärde, hitta ett lämpligt sätt att hantera incidenten. Om omvandlaren fortfarande kan fungera efter incidenten, avgör under drift om säkerhetsåtgärder och övervakningsmetoder behöver justeras, och om intern inspektion eller reparation krävs.

Flera orsaker kan leda till fel i omvandlare, vilka kan kategoriseras på flera sätt. Till exempel, efter kretsens typ, kan de kategoriseras som oljekretsfelet, magnetkretsfelet och elektrisk kretsfelet. För närvarande är det mest frekventa och allvarliga omvandlarsfelet utgångskortslut, vilket också kan utlösa utsläppsfel. Kurtslutfel i omvandlare syftar vanligtvis på fas-till-fas kortslutning inuti omvandlaren, jordfel i ledningar eller virvlar, och utgångskortslut.

Många olyckor orsakas av sådana fel. Till exempel, ett kortslut på lågspänningsutgången av en omvandlare kräver ofta ersättning av den berörda virveln; i allvarliga fall kan alla virvlar behöva ersättas, vilket leder till betydande ekonomiska förluster och konsekvenser. Omvandlars kortslut bör tas på allvar. Till exempel, en omvandlare (110 kV, 31,5 MVA, modell SFS2E8-31500/110) upplevde en kortslutsolycka, följt av utsläpp av huvudomvandlarens tre-sidiga brytare och aktivering av tungt gasrelä.

När omvandlaren returnerades till fabriken för reparation, visade inspektion under lyftning av huven: rost på både basen och övre kärnan (på grund av regn under olyckan); allvarlig deformation av mellanspänningsvirveln i fas C, kollaps av högspänningsvirveln i fas C, och kortslut mellan låg- och mellanspänningsvirvlar på grund av förskjutning av klampningsplattor; allvarlig deformation av mellan- och lågspänningsvirvlar i fas B; lågspänningsvirveln i fas C bränd igenom på två platser; och många fina kopparpartiklar och kopparkuler mellan virvelvridningar. Huvudsakliga orsaker inkluderade: otillräcklig isoleringsstyrka av isoleringsstrukturen; missplacerade klampningsstripor, saknade stopp, och lösa förskjutningar; och lösa virvlar.

Utsläpp skadar huvudsakligen omvandlarens isolering, vilket manifesterar sig på två sätt: För det första, aktiva gaser producerade av utsläpp—som kloroxider, ozon och värme—orsakar kemiska reaktioner under vissa förhållanden, vilket leder till lokal isoleringskorrosion, ökad dielektrisk förlust och slutligen termisk nedbrytning. För det andra, utsläppsdelar bombarderar direkt isoleringen, vilket leder till lokal isoleringsnedbrytning som gradvis expanderar och slutligen bryts ned.

Till exempel, en omvandlare (63 MVA, 220 kV) upplevde utsläpp vid 1,5 gånger spänningen, följt av hörbara utsläppsljud och utsläppsgrader så höga som 4000–5000 pC. När virveltestspänningen sänktes till 1,0 gånger och linjesluttestmetoden ändrades till 1,5 gånger spänningssupport, inträffade inga utsläppsljud och utsläppsgrader sjönk drastiskt till under 1000 pC. Vid demontering och inspektion hittades trädformade utsläppsspår längs med slutisoleringens hörnkamrar, huvudsakligen på grund av undermålig isoleringsmaterial.

När partiellt utsläpp inträffar längs ytan av solid isolering, särskilt när både normala och tangentiella komponenter av elektriska fältstyrkan finns, är det resulterande olyckan mest allvarligt. Partiella utsläppsfel kan uppstå vid valfri plats med dålig isoleringsmaterial eller koncentrerade elektriska fält, såsom mellan virvelvridningar, vid högspänningsvirvelfältets elektrostatiske sköldar, mellan fasbarriärer, och vid högspänningsledningar.

Omvandlare är brett använda elektriska enheter i elektroniska kretsar och kraftsystem. Som nyckelutrustning i kraftanvändning, distribution och överföring spelar omvandlare en oersättlig roll. Därför bör större uppmärksamhet ägnas åt omvandlare i praktiska tillämpningar.