1. Обзор инцидентов
В последнее время во всем мире наблюдается заметный рост частоты отказов трансформаторов на 110 кВ. Средняя мощность вышедших из строя трансформаторов составляет 32,4 МВА, что выше типичной рабочей мощности для этого класса напряжения, причем наиболее распространены агрегаты на 31,5 МВА. Трансформаторы, выпущенные после 2015 года, составляют 43,5% от общего числа инцидентов, причем некоторые из них проработали менее восьми лет. Скачки тока внешнего короткого замыкания стали причиной 35,5% всех инцидентов (48% для трансформаторов с регулированием напряжения под нагрузкой), при этом неисправности обмоток являются основным пусковым фактором.
2. Основные причины неисправностей обмоток
(a) Электродинамические силы от токов короткого замыкания
При внезапных коротких замыканиях обмотки трансформатора подвергаются воздействию как радиальных, так и осевых сил. Радиальные силы растягивают внешние обмотки и сжимают внутренние; если суммарное напряжение превышает предел текучести обмотки, могут возникнуть необратимые деформации, такие как узор «клеверный лист» или выпучивание. Осевые силы изгибают сегменты проводников и сжимают распорки, при этом максимальное напряжение возникает на концах обмотки и в центре сердечника. Неравная высота обмоток или неравномерное распределение магнитодвижущей силы (МДС) повышают уязвимость. В некоторых трансформаторах с недостаточной динамической устойчивостью даже быстрое срабатывание защиты не может предотвратить деформацию от первого пикового тока короткого замыкания, который может достигать 1,8 раза от уровня установившегося режима.
(b) Врожденные производственные дефекты
Недостатки осевого прессования: Некоторые производители используют «новые конструкции», не придерживаясь стандартных процессов. Высоковольтные и низковольтные обмотки используют общие изоляционные зажимы без надлежащего уплотнения или сушки под контролируемым давлением, что приводит к недостаточному зажатию и возможному смещению в процессе эксплуатации.
Ограничения материалов и конструкции: Прочность зажимов из ламинированной плиты часто недостаточна, при инцидентах наблюдаются повторные поломки. Слабая опора между внутренними обмотками и стержнями сердечника, недостаточное количество или плохо подобранные распорки снижают радиальную динамическую устойчивость.
Упущения в контроле качества: Неравномерная толщина распорок, локально изогнутые проводники, неправильно закрепленные выводы или опоры снижают механическую целостность обмотки.
(c) Кумулятивные эффекты и отказы защиты
Прогрессирующая деформация: Множественные события короткого замыкания могут накапливать деформации обмоток, вызывая дисбаланс витков и увеличение осевых сил рассеяния, что в конечном итоге приводит к серьезным повреждениям. Например, трансформатор 110 кВ на Филиппинах претерпел значительную деформацию обмотки за семь лет повторных воздействий короткого замыкания.
Неисправности системы защиты: Примерно 30% отказов, связанных с коротким замыканием, происходят из-за задержки срабатывания защиты, что позволяет трансформаторам выдерживать длительные токи короткого замыкания. Отжиг проволоки и недостаточная динамическая устойчивость усугубляют повреждения.
3. Меры по снижению отказов обмоток
(a) Оптимизация производственных и сборочных процессов
Стандартизировать осевое прессование: уплотнять распорки, сушить каждую обмотку под контролируемым давлением и применять маслогидравлическое усилие во время сборки, чтобы обеспечить правильное сжатие и стабильность всех обмоток.
Улучшить конструкцию и материалы: использовать достаточно жесткие материалы для зажимов, усилить конструкцию ламинированной плиты, добавить распорки между внутренними обмотками и стержнями сердечника, а также применять высокопрочные бумажные гильзы для каркасов обмоток, чтобы повысить радиальную динамическую устойчивость.
Улучшение позиционирования при транспортировке: оптимизируйте положение оборудования во время перевозки, чтобы предотвратить вибрацию или удары, способные сместить обмотки.
(b) Усиление испытаний и контроля
Проведение испытаний на короткое замыкание: проверка механической стабильности, выявление слабых мест и снижение вариативности производственных процессов.
Внедрение тестирования деформации обмоток: регистрация воздействий короткого замыкания и расчёт кратностей тока. Использование частотного анализа (FRA) или аналогичных методов для обнаружения деформаций и организации целевого контроля или технического обслуживания.
(c) Совершенствование систем оперативной защиты
Обеспечение надёжной защиты: подача стабильного постоянного тока для гарантии точного и своевременного отключения, предотвращая длительное воздействие тока короткого замыкания.
Оптимизация схем повторного включения: для близлежащих воздушных линий (<2 км) или кабелей рассмотрите задержку или отмену автоматического повторного включения. После отключения из-за короткого замыкания проведите испытания трансформатора во избежание вторичных повреждений.
Связанные статьи:
Самая полная коллекция векторных групп трансформаторов со схемами соединения обмоток
Насколько важна проверка сопротивления обмоток трансформатора постоянному току?
Топ-6 тестеров сопротивления обмоток трансформатора в мире (включая цены)
Как по-разному следует проверять сопротивление обмоток на ТТ и ТН?
В чём разница между сопротивлением постоянному току и изоляционным сопротивлением, и как их проверять?
8 советов по повышению точности измерения сопротивления постоянному току
Почему измеренное сопротивление обмоток всегда неточно? Возможно, вы упустили эти 6 ключевых моментов
Тестеры сопротивления обмоток постоянному току серии Kingrun
Kingrun Transformer Instrument Co.,Ltd.
