Jakie są przyczyny awarii ferromagnetycznych transformatorów napięciowych w elektrowniach nowych źródeł energii?
Przez Felixa, 15 lat w branży elektrycznej
Witam wszystkich, jestem Felix i pracuję w branży elektrycznej od 15 lat.
Od wczesnego zaangażowania w tradycyjne komisjonowanie i konserwację stacji transformatorowych do obecnej zarządzania operacjami systemów elektrycznych dla wielu projektów fotowoltaicznych i wiatrowych, jednym z najczęściej spotykanych urządzeń, z którymi się stykam, jest Elektromagnetyczny Transformator Napięciowy (PT).
Niedawno operator zmiany w nowej elektrowni zapytał mnie:
“Mamy elektromagnetyczny transformator napięciowy, który ciągle się przegrzewa, wydaje dziwne dźwięki, a czasem nawet powoduje błędy ochrony. Co się dzieje?”
To jest bardzo powszechny problem, zwłaszcza w nowych elektrowniach. Jako kluczowy element pomiarowy i ochronny, awaria PT może prowadzić do nieprecyzyjnych pomiarów, pełnego rozłączenia lub nawet uszkodzenia sprzętu.
Dziś chciałbym porozmawiać o:
Jakie są typowe usterki elektromagnetycznych transformatorów napięciowych? Dlaczego się zdarzają? I jak możemy je diagnozować?
Bez skomplikowanych terminów — tylko sytuacje, które napotkałem przez lata. Spójrzmy, co często idzie nie tak z tym "starym przyjacielem".
1. Co to jest Elektromagnetyczny Transformator Napięciowy?
Zacznijmy od krótkiego przeglądu jego podstawowej funkcji.
Elektromagnetyczny transformator napięciowy, znany również jako VT lub PT, jest właściwie transformatorem obniżającym, który przekształca wysokie napięcie w standardowe niskie napięcie (zwykle 100V lub 110V), używane przez urządzenia pomiarowe i systemy ochrony relacyjnej.
Jego struktura jest stosunkowo prosta: cewka główna ma wiele zwinięć i cienkie druty, połączone z stroną wysokonapięciową; cewka wtórna ma mniej zwinięć i grubsze druty, połączone z obwodem sterującym.
Jednakże, ze względu na tę charakterystyczną strukturę, łatwo jest on wpływowany przez warunki pracy, zmiany obciążenia i zjawiska rezonansowe.
2. Typowe Usterki i Analiza Przyczyn
Na podstawie mojego 15-letniego doświadczenia w terenie, najczęstsze typy usterek obejmują:
Usterek 1: Nieprawidłowe Ogrzewanie lub Nawet Dymienie/Paliwo
To jest jedno z najbardziej niebezpiecznych problemów — może prowadzić do degradacji izolacji lub nawet pożaru.
Możliwe Przyczyny:
Krotkość wtórna lub przeciążenie (np. wiele urządzeń ochronnych podłączonych równolegle bez sprawdzenia pojemności);
Nasycony rdzeń (zwłaszcza podczas ferorozbrzmień);
Starzenie się izolacji lub nawilżenie;
Luźne zaciski powodujące wysoki opór kontaktowy i lokalne ogrzewanie.
Rzeczywisty Przypadek:
Pewnego razu znalazłem PT, który mocno się nagrzał w stacji wzmacniającej PV — termografia infraczerwona pokazała temperatury powyżej 120°C. Po rozmontowaniu stwierdziliśmy, że izolacja cewki wtórnej spaliła się. Przyczyną była sytuacja otwartego obwodu spowodowana odłączeniem przełącznika wtórnego, podczas gdy był nadal podłączony do miernika o wysokim impedancie.
Porady:
Nigdy nie pozwalaj, aby obwód wtórny PT pracował w otwartym obwodzie — choć nie jest tak niebezpieczny jak CT, może nadal powodować zniekształcenia napięcia i błędy pomiarowe;
Regularnie korzystaj z termografii infraczerwonej, aby sprawdzić temperatury zacisków i obudowy;
Jeśli zostanie wykryte nieprawidłowe ogrzewanie, natychmiast zatrzymaj urządzenie do kontroli.
Usterek 2: Ferorozbrzmienia Powodujące Fluktuacje Napięcia
To jest jeden z najczęściej ignorowanych, ale niebezpiecznych problemów w nowych elektrowniach.
Objawy:
Niebilansowane trójfazowe napięcie;
Napięcie fluktuuje w górę i w dół z buczeniem;
Błędy ochrony lub fałszywe rozłączenia;
Czasem nawet pojawiają się fałszywe sygnały uziemienia.
Główna Przyczyna:
W systemach naziemionych lub z uziemieniem przez cewkę zapalną, gdy pojemność między fazami a ziemią łączy się z indukcyjnością pobudzeniową PT w określonych warunkach, może wystąpić ferorozbrzmienie;
Często jest to wywoływane podczas przełączania wyłączników, nagłej utraty napięcia lub jednofazowego uziemienia.
Rzeczywisty Przypadek:
W farmie wiatrowej za każdym razem, gdy główny transformator był podłączany, PT emitował buczenie, a napięcie magistrali fluktuowało gwałtownie, nawet błędnie aktywując automatyczne przełączenie rezerwy. Po badaniach okazało się, że było to spowodowane ferorozbrzmieniem. Instalacja tłumika w otwartym trójkącie rozwiązała problem.
Sugestie Wspierające:
Instaluj urządzenia antyrezonansowe (takie jak rezystory w otwartym trójkącie lub tłumiki mikroprocesorowe);
Używaj antyrezonansowych PT (jak serii JDZXW);
Optymalizuj tryb pracy, aby uniknąć długotrwałego działania niepełnej fazy;
Podczas przerw w obsłudze wykonuj testy krzywej magnetyzacji, aby ocenić tendencję do nasycenia rdzenia.
Usterek 3: Niskie lub Brak Napięcia Wtórniego
Te problemy często wpływają na pomiar i logikę ochrony, a czasem są mylone z awariami innych urządzeń.
Możliwe Przyczyny:
Przepalone bezpieczniki główne (często po uderzeniach piorunów lub zjawiskach przepięcia);
Przepalone bezpieczniki wtórne lub wytrącone przełączniki powietrzne;
Nieprawidłowe nastawienie polarności lub proporcji;
Krótkie połączenia między zwinięciami wewnętrznej cewki;
Zardzewiałe lub luźne zaciski.
Rzeczywisty Przypadek:
W jednej stacji PV SCADA pokazała nieprawidłowo niskie napięcie magistrali. Inspekcja na miejscu wykazała, że przepalił się główny bezpiecznik PT. Zastąpienie go przywróciło normalne działanie. Dalsza analiza wykazała, że było to spowodowane przepięciem spowodowanym bliskim uderzeniem pioruna.
Kroki Diagnostyczne:
Pierwsze sprawdź bezpieczniki i wyłączniki;
Zmierz napięcia główne i wtórne dla spójności;
Sprawdź przewody i polarność;
Wykonaj test proporcji i oporu izolacji, jeśli to konieczne.
Usterek 4: Wewnętrzne Rozładowanie lub Przepicie Izolacji
To zwykle występuje w wilgotnych lub silnie zanieczyszczonych środowiskach, szczególnie w regionach przybrzeżnych lub na dużych wysokościach.
Objawy:
Zapach palenia lub widoczne ślady rozładowania na obudowie;
Trąciące dźwięki podczas działania;
Zmniejszony opór izolacji;
W ciężkich przypadkach, eksplozja lub rozłączenie.
Możliwe Przyczyny:
Nawilżenie powodujące degradację izolacji;
Zakładanie się brudu lub kurzu zmniejszające dystans kroczący;
Długotrwałe przeciążenie lub efekty harmoniczne;
Wady produkcji lub uszkodzenia podczas transportu.
Rzeczywisty Przypadek:
PT zainstalowany w pobliżu wybrzeża wielokrotnie rozłączał się podczas sezonu deszczowego. Inspekcja wykazała jasne ślady wewnętrznych rozładowań — podstawową przyczyną było złe szczelne połączenie, które pozwoliło wilgoci wejść do środka.
Kontrmerytoria:
Zwiększ stopień ochrony (IP54 lub wyższy);
Zainstaluj odwilżacze lub grzejniki;
Regularne czyszczenie i suszenie;
Przed uruchomieniem wykonaj testy izolacji i częściowego rozładowania.
Usterek 5: Błędy Ludzkie lub Błędy Podłączenia
Błędy ludzkie pozostają główną przyczyną wielu incydentów.
Typowe Błędy Obejmują:
Przełączanie izolatorów pod obciążeniem wtórnym;
Odwrócona polarność powodująca niepoprawne pomiary lub błędną ocenę ochrony;
Niedbalą usuwanie przewodów uziemiających prowadzących do potencjałów dryfujących;
Wykonywanie prac na żywo bez odpowiednich środków bezpieczeństwa.
Rzeczywisty Przypadek:
Nowy technik zastąpił bezpiecznik wtórny PT bez odłączenia zasilania, co spowodowało krotkość — trzymacz bezpiecznika spalił się i prawie doszło do obrażeń.
Kluczowe Wskazówki:
Wzmocnij szkolenia i standaryzuj procedury;
Jasno oznacz przewody, aby uniknąć błędów;
Wprowadź procedury blokowania/wieszania, aby eliminować prace na żywo;
Zapewnij jednopunktowe uziemienie wszystkich obwodów wtórnych PT.
3. Moje Sugestie i Podsumowanie Doświadczeń Polowych
Jako 15-letni weteran w branży elektrycznej, zawsze mówię:
“Choć mały, elektromagnetyczny transformator napięciowy odgrywa kluczową rolę w pomiarach, licznikach i ochronie.”
Może nie jest tak zauważalny jak wyłącznik czy taki duży jak transformator, ale gdy zawodzi, może wywołać łańcuchowe reakcje.
Więc oto moje rekomendacje:
Dla Codziennej Eksploatacji i Konserwacji:
Regularne inspekcje — słuchaj nietypowych dźwięków, czuj zapach palenia i mierz temperaturę;
Sprawdź bezpieczniki, wyłączniki i integralność uziemienia;
Rejestruj dane operacyjne i porównuj z historycznymi trendami;
Zwiększ częstotliwość inspekcji przed i po sezonie burz.
Dla Diagnozy Usterek:
Priorytetowe sprawdzenia obwodów wtórnych i bezpieczników;
Używaj multometrów, aby zweryfikować poziomy napięcia;
Wykonuj testy oporu izolacji, proporcji i charakterystyki magnetyzacji, gdy to konieczne;
Natychmiast podejmij działania, aby stłumić rezonans, jeśli jest podejrzany.
Dla Wyboru Urządzenia:
Weź pod uwagę czynniki środowiskowe (wilgotność, wysokość, mgła solna);
Preferuj PT antyrezonansowe;
Wybierz odpowiednią nominalną pojemność, aby uniknąć długotrwałego przeciążenia;
Zostaw miejsce na redundancję, aby wspierać przyszłe rozbudowy.
4. Końcowe Myśli
Chociaż strukturalnie proste, elektromagnetyczne transformatory napięciowe odgrywają kluczową rolę w nowych elektrowniach energetycznych.
Działają jak "oczy" systemu energetycznego, mówiąc nam dokładnie, jak "wysokie" jest napięcie.
Po 15 latach w terenie, stanowczo wierzę:
“Szczegóły decydują o sukcesie lub porażce. Bezpieczeństwo jest najważniejsze.”
Jeśli masz do czynienia z trudnymi problemami PT na miejscu, śmiało się zgłoś — chętnie podzielę się więcej praktycznymi doświadczeniami i metodami diagnostyki.
Niech każdy PT działa stabilnie, zapewniając bezpieczeństwo i inteligencję naszej sieci!
— Felix
