Jaké jsou příčiny selhání feromagnetických napěťových transformátorů v elektrárnách nové energie
Od Felixe, 15 let v elektrotechnickém průmyslu
Všichni dobře, jsem Felix a už 15 let pracuji v elektrotechnickém průmyslu.
Od raného zapojení do komise a údržby tradičních transformátorových stanic po nynější správu elektrických systémů pro několik fotovoltaických a větrných projektů, jedním z nejčastěji setkávaných zařízení, s nimiž pracuji, je Elektromagnetický napěťový transformátor (PT).
Před několika dny mě operátor na nové energetické stanici zeptal:
“Máme elektromagnetický napěťový transformátor, který se neustále přehřívá, vykazuje divné zvuky a někdy dokonce způsobuje selhání ochrany. Co se děje?”
Jedná se o velmi běžný problém, zejména na nových energetických stanicích. Jako klíčová součást měřicích a ochranných systémů může selhání PT způsobit cokoliv od nepřesného měření až po plné vypnutí nebo i poškození zařízení.
Dnes bych rád promluvil o tom:
Jaké jsou běžné poruchy elektromagnetických napěťových transformátorů? Proč se vyskytují? A jak je řešit?
Žádná složitá terminologie — jen reálné situace, kterým jsem se v průběhu let setkal. Podívejme se, co často selhává u tohoto "starého kamaráda".
1. Co je elektromagnetický napěťový transformátor?
Začněme stručným přehledem jeho základní funkce.
Elektromagnetický napěťový transformátor, také známý jako VT nebo PT, je v podstatě snížovací transformátor, který převádí vysoké napětí na standardní nízké napětí (obvykle 100V nebo 110V), které se používá pro měřicí přístroje a relé ochranné systémy.
Jeho konstrukce je relativně jednoduchá: primární vinutí má mnoho závitů a tenký drát, spojený s vysokonapěťovou stranou; sekundární vinutí má méně závitů a tučnější drát, spojený s ovládacím obvodem.
Nicméně, kvůli této konstrukční charakteristice je snadno ovlivněn provozními podmínkami, změnami zatížení a rezonančními jevy.
2. Běžné poruchy a analýza hlavních příčin
Na základě mé 15leté praxe v terénu jsou nejčastější typy poruch následující:
Porucha 1: Neobvyklé zahřívání nebo dokonce kouření/spálení
Jedná se o jeden z nejnebezpečnějších problémů — může vést ke zhoršení izolace nebo dokonce k požáru.
Možné příčiny:
Krátké spojení nebo přetížení na sekundární straně (např. paralelně připojené ochranné přístroje bez kontroly kapacity);
Sytost jádra (zejména během ferrorezonance);
Stárnutí izolace nebo proniknutí vlhkosti;
Volné terminály způsobující vysoký kontaktový odpor a lokální zahřívání.
Reálný případ:
Jednou jsem na fotovoltaické staničné stanici našel PT, který se silně přehříval — termografie ukázala teploty nad 120°C. Po rozebrání jsme zjistili, že izolace sekundárního vinutí byla spálena. Příčinou bylo otevřené okruhové stav, způsobené odpojeným sekundárním přerušovačem, přičemž byl stále připojen k vysokoimpedančnímu měřicímu přístroji.
Tipy:
Nikdy nedovolte, aby sekundární strana PT běžela otevřeným okruhem — i když není tak nebezpečná jako CT, může způsobit zkreslení napětí a chyby měření;
Pravidelně používejte termografii k kontrolě teplot terminálů a obalů;
Pokud zjistíte neobvyklé zahřívání, okamžitě vypněte zařízení pro kontrolu.
Porucha 2: Ferrorezonance způsobující kolísání napětí
Jedná se o jeden z nejvíce opomíjených, ale nebezpečných problémů na nových energetických stanicích.
Symptomy:
Nebalancované třífázové napětí;
Napětí se kolísá nahoru a dolů s brumlavým zvukem;
Chybné spuštění ochrany nebo falešné vypnutí;
Někdy se objevují i falešné signály země.
Hlavní příčina:
V nenzemněných nebo s odpuzovacím cívkou nenzemněných systémech, kdy kapacitance mezi fázemi a zemí kombinovaná s excitační indukčností PT pod určitými podmínkami mohou způsobit ferrorezonanci;
Často se aktivuje během přepínání přerušovačů, náhlé ztráty napětí nebo jednofázového zemění.
Reálný případ:
Na větrné farmě se každýkrát, když byl hlavní transformátor zapnut, PT emitoval brumlavý zvuk a napětí sběrnice se silně kolísal, dokonce špatně spustil automatický přepínací mechanismus. Po vyšetření se ukázalo, že bylo způsobeno ferrorezonancí. Instalace tlumiče v otevřeném delta vyřešilo problém.
Návrhy na prevenci:
Instalujte protirezonanční zařízení (např. odpor v otevřeném delta nebo mikroprocesorové potlačovače);
Použijte protirezonanční typ PT (jako JDZXW série);
Optimalizujte operační režim, abyste zabránili dlouhodobému nepřímému provozu;
Během výpadků provedete test magnetizační křivky pro hodnocení tendence k sytosti jádra.
Porucha 3: Nízké nebo žádné výstupní napětí na sekundární straně
Tyto problémy často ovlivňují měření a logiku ochrany a někdy jsou zaměňovány s selháním jiných zařízení.
Možné příčiny:
Primární pojistka přešla (často po blesku nebo přetlaku);
Sekundární pojistka přešla nebo vzduchový přerušovač spadl;
Nesprávné nastavení polaritu nebo poměru;
Mezisvitové krátké spojení v interních vinutích;
Oxidované nebo volné terminálové spojení.
Reálný případ:
Na jedné fotovoltaické stanici ukazoval SCADA nízké napětí sběrnice. Na místě bylo zjištěno, že primární pojistka PT přešla. Po její výměně byl provoz obnoven. Další analýza ukázala, že bylo způsobeno přetlakem napětí z blízkého blesku.
Kroky k diagnostice:
Nejprve zkontrolujte pojistky a přerušovače;
Změřte primární a sekundární napětí pro shodu;
Ověřte drátování a polaritu;
Pokud je třeba, proveďte test poměru a test odporu izolace.
Porucha 4: Vnitřní výbojkování nebo selhání izolace
Toto se obvykle vyskytuje v vlhkých nebo silně zamořených prostředích, zejména v pobřežních nebo vysokohorských oblastech.
Symptomy:
Pach shoření nebo viditelné výbojkové stopy na obalu;
Trčivé zvuky během provozu;
Snížený odpor izolace;
V těžkých případech dochází k explozi nebo vypnutí.
Možné příčiny:
Proniknutí vlhkosti způsobující degradaci izolace;
Nasazení sazí nebo prachu snižující kroužkovou vzdálenost;
Dlouhodobé přetížení nebo harmonické efekty;
Výrobní defekty nebo poškození během transportu.
Reálný případ:
PT nainstalované poblíž pobřeží se opakovaně vypínal během deštné sezóny. Kontrola odhalila jasná znamení vnitřního výbojkování — hlavní příčinou bylo špatné utěsnění umožňující proniknutí vlhkosti.
Prot
