Як діагностувати вади трансформатора та зменшити шум

Зі швидким розвитком економіки Китаю, енергетична галузь також поступово розширюється за масштабами, збільшуючи вимоги до встановленої потужності та потужності окремих агрегатів трансформаторів. Ця стаття надає короткий огляд чотирьох аспектів: конструкція трансформатора, захист трансформатора від блискавок, вади трансформатора та шум трансформатора.

Трансформатор — це часто використовуваний електричний пристрій, здатний перетворювати об'ємну електроенергію. Він може перетворювати одну форму електроенергії (перемінний струм і напругу) на іншу форму електроенергії (з такою ж частотою перемінного струму і напруги). У практичних застосуваннях основна функція трансформатора полягає у зміні рівнів напруги, що робить передачу енергії більш зручною. 

Відповідно до співвідношення вихідної напруги до вхідної напруги, трансформатори класифікуються як понижаючі або підвищаючі. Трансформатор з коефіцієнтом напруги менше 1 називається понижаючим, основною функцією якого є забезпечення необхідної напруги для різних електричних пристроїв, гарантування користувачам правильної напруги. Трансформатор з коефіцієнтом напруги більше 1 називається підвищуючим, основною функцією якого є зменшення витрат на передачу енергії, мінімізація втрат енергії під час передачі та збільшення відстані передачі.

Конструкція трансформатора
У середньопотужних та великопотужних енергетичних трансформаторах передбачено герметичний масло-резервуар, заповнений трансформаторним маслом. Обмотки та серцевина трансформатора занурені в масло для кращого теплообміну. Для виводу обмоток та з'єднання з зовнішніми колами використовуються ізоляційні муфти. Трансформатор головним чином складається з наступних компонентів: пристрій регулювання напруги, основне тіло, вихідні кінцеві пристрої, масло-резервуар, захисні пристрої та системи охолодження. Пристрій регулювання напруги поділяється на пристрої зміни напруги при навантаженні та без навантаження, що є типом комутатора; основне тіло складається з проводів, серцевини, ізоляційної конструкції та обмоток; вихідні кінцеві пристрої включають низьковольтні та високовольтні муфти; масло-резервуар включає додатки (включаючи кран для взяття проб масла, таблички, кран для відведення масла, болти заземлення та колеса) та основне тіло резервуара (включаючи дно, стіни та кришу); захисні пристрої включають сушарки, газові реле, резервуари, реле плавучості масла, показники рівня масла, температурні датчики та безпечні випускні; системи охолодження складаються з холодильників та радіаторів.

Шум трансформатора та заходи з його зниження
Під час роботи трансформатори часто виробляють звук, переважно через електромагнітні сили, що викликають вібрацію основного тіла та магнетострикцію силиконових сталевих пластин у магнітному полі, а також шум, створюваний вентиляторами та дутьовими системами. Людська слухова система може сприймати звук лише в певних діапазонах вібрації; коли частота знаходиться між 16 Гц та 2000 Гц, вона може бути почутою. Надзвукові частоти вище цього діапазону та підзвукові нижче його не можуть бути сприйняті. Шум поширюється від серцевини до повітря, обмоток та зажимних конструкцій — це основний шлях поширення шуму енергетичного трансформатора. Шум можна знизити, зменшивши густину магнітного потоку та мінімізувавши магнетострикцію в силиконових сталевих пластинах серцевини. Однак зменшення густини магнітного потоку збільшує розміри серцевини та кількість силиконових сталевих пластин, що збільшує вартість. Щоб знизити шум без збільшення витрат, ефективним є додавання демпфуючих компонентів. Наприклад, розташування резинових формуючих простилів між низьковольтною обмоткою та серцевиною може затягнути обмотку та надати амортизацію. Ця демпфуюча конструкція допомагає знизити шум під час його поширення.

Захист трансформатора від блискавок
У Китаї щорічно великі кількості трансформаторів пошкоджується через удар блискавок. За даними відповідних органів, серед пошкоджених трансформаторів 10 кВ 4%–10% пошкоджуються через блискавки. Неправильне з'єднання заземлювальних проводів та неправильне монтаж паровідбитників трансформаторів є основними причинами пошкоджень, пов'язаних з блискавками. Основні проблеми включають: окреме заземлення паровідбитників високовольтного та низьковольтного боку та нейтральної точки трансформатора; надто довгі провода та недостатню площу поперечного перерізу заземлювального проводника; відсутність паровідбитників на низьковольтному боці; використання опори як заземлювального проводника для паровідбитників високовольтного боці; та невиконання профілактичних тестів паровідбитників.

Вади трансформатора
При настанні будь-яких з наступних змін у трансформаторі, аналіз вад може бути проведений на основі його фактичного стану роботи: трансформатор викликає відключення електроенергії через аварію або відбуваються явища, такі як коротке замикання на виході, але розборка ще не відбулася; під час роботи відбуваються аномальні явища, що змушують операторів відключити трансформатор для перевірки або тестування; під час профілактичного тестування, прийому після ремонту або пуску в експлуатацію у нормальному режимі відключення електроенергії одне або декілька значень параметрів перевищують стандартні ліміти. Якщо будь-яка з вищезазначених ситуацій відбувається під час реального використання, трансформатор має негайно пройти відповідні перевірки та тестування, щоб забезпечити його нормальне функціонування.

Кроки для визначення наявності вади:

• Спочатку визначте можливість наявності вади, чи це очевидна (видима) чи прихована (латентна) вада.

• Другий, визначте характер вади — чи це вада, пов'язана з маслом, або вада твердого ізолятора, термічна вада або електрична вада.

• Третій, фактори, такі як потужність вади, час активізації реле через насичення, важкість, тенденція розвитку, температура гарячої точки та рівень насичення газом масла, є типовими показниками для визначення наявності вади.

• Четвертий, знайдіть відповідний спосіб вирішення інциденту. Якщо трансформатор може продовжувати роботу після інциденту, визначте під час роботи, чи потрібно змінити заходи безпеки та методи моніторингу, а також чи потрібна внутрішня перевірка або ремонт.

Різні причини можуть призводити до вад трансформатора, які можна класифікувати багатьма способами. Наприклад, за типом контуру, вони можуть бути категоризовані як вади масляного контуру, магнітного контуру та електричного контуру. На даний момент найчастіша та найбільш серйозна вада трансформатора — коротке замикання на виході, яке також може викликати випадкові вади. Короткі замикання в трансформаторах зазвичай вказують на фазове коротке замикання всередині трансформатора, заземлення в проводках або обмотках, а також коротке замикання на виході.

Багато аварій відбуваються через такі вади. Наприклад, коротке замикання на низьковольтному виході трансформатора часто потребує заміни пошкодженої обмотки; у крайньому випадку, може знадобитися заміна всіх обмоток, що призводить до значних економічних втрат та наслідків. Короткі замикання трансформаторів варто брати на увагу. Наприклад, трансформатор (110 кВ, 31.5 МВА, модель SFS2E8-31500/110) дістався аварії короткого замикання, супроводжуючись відключенням трих сторін основного трансформатора та активізацією тяжкого газового захисту.

Після повернення трансформатора на завод для ремонту, перевірка під час підйому капоту виявила: заріж у обох основі та верхній серцевині (через дощ під час аварії); серйозне деформування середньовольтної обмотки в фазі C, обвал високовольтної обмотки в фазі C, та коротке замикання між низьковольтною та середньовольтною обмотками через зміщення зажимних пластин; серйозне деформування середньовольтної та низьковольтної обмоток в фазі B; низьковольтна обмотка в фазі C спалахнула в двох місцях; та численні мініатюрні медні частинки та медні кульки між обмотками. Основні причини включали: недостатню силу ізоляції ізоляційної конструкції; невірне розташування зажимних стрічок, відсутність підкладок, та розслаблене зміщення; та розслаблені обмотки.

Випадкова випробування головним чином пошкоджує ізоляцію трансформатора, що проявляється в двох аспектах: По-перше, активні гази, вироблені випадковою випробуванням, такі як хлориди, озон та тепло, при певних умовах викликають хімічні реакції, що призводять до локального корозії ізоляції, збільшення диелектричних втрат, та, врешті-решт, теплового пробою. По-друге, частинки випадкової випробування прямо бомбардували ізоляцію, призводячи до локального пошкодження ізоляції, яке поступово розширюється і, врешті-решт, руйнується.

Наприклад, трансформатор (63 МВА, 220 кВ) дістався випадкової випробування при 1.5 разів напруги, супроводжуючись чутними звуками випадкової випробування та рівнем випадкової випробування до 4000–5000 пК. Коли випробувальна напруга між обмотками була знижена до 1.0 разів, а метод випробування змінено на підтримку напруги 1.5 разів, звук випадкової випробування не відбувся, а рівень випадкової випробування різко знизився до нижче 1000 пК. Після розборки та перевірки, були знайдені дерева подібні сліди випадкової випробування вздовж куточних кілець ізоляції, переважно через підпригнутий матеріал ізоляції.

Якщо випадкова випробування відбувається по поверхні твердої ізоляції, особливо коли присутні як нормальна, так і тангенціальна складові сили електричного поля, відповідна аварія є найсерйознішою. Випадкові випробування можуть відбуватися в будь-якому місці з поганою якістю ізоляційного матеріалу або концентрованим електричним полем, таких як між обмотками, на проводках високовольтних електростатичних екранів, між фазовими бар'єрами, та на високовольтних проводках.

Трансформатори широко використовуються в електронних колах та системах живлення. Як ключове обладнання у використанні, розподілі та передачі енергії, трансформатори відіграють незамінну роль. Тому до трансформаторів у практичних застосуваннях слід приділяти більше уваги.