Распространенные неисправности силовых трансформаторов и технологии анализа и диагностики (2024)
Силовые трансформаторы являются важным высоковольтным электрооборудованием, широко используемым в энергосистеме. При возникновении неисправности в процессе эксплуатации это повлияет на электроснабжение сети и может привести к значительным прямым экономическим потерям. Хотя трансформаторы в настоящее время оснащены множеством защитных устройств, по своим внутренним причинам уровень отказов остается высоким. Компания Kingrun Instruments, анализируя данные о полевых отказах, предоставленные клиентами, обобщает причины распространенных неисправностей трансформаторов и применяемые диагностические методы.
В процессе передачи и распределения электроэнергии силовые трансформаторы являются ядром преобразования и передачи энергии. Серьезные аварии трансформаторов не только приводят к их повреждению, но и вызывают перебои в электроснабжении, нанося огромный экономический ущерб. Типы неисправностей трансформаторов разнообразны, а тенденции их возникновения также различны. Только полностью понимая фактическое рабочее состояние трансформатора, комплексно используя различные онлайн- и исторические данные, а также применяя разнообразные диагностические методы, можно своевременно выявить скрытые дефекты и устранить неисправности на ранней стадии, обеспечивая тем самым стабильную работу энергосистемы.
1 Анализ типовых неисправностей силовых трансформаторов
1.1 Неисправности токоведущей цепи и переключателя устройств РПН
Неисправность токоведущей цепи в основном вызвана плохим контактом выводов, некачественной пайкой соединений проводов обмотки и ложной пайкой. Плохое соединение стыков приведет к нагреву или даже выгоранию, что серьезно повлияет на нормальную работу трансформатора и безопасное электроснабжение сети; выводные клеммы трансформатора выполнены из меди, а алюминиевые проводники нельзя соединять болтами с медными клеммами в наружных и влажных местах. При проникновении воды с растворенными солями, то есть электролита, между контактными поверхностями меди и алюминия, под действием электрической связи алюминий подвергается сильной электрохимической коррозии, контакты быстро разрушаются, что приводит к нагреву и даже серьезным авариям.
Неисправность переключателя РПН в основном связана с отказом главных контактов, ослаблением выводов ответвлений, подгоранием контактов, недостаточным контактным давлением; плохим контактом в переключателе РПН под нагрузкой, подгоранием контактов переключателя.
1.2 Изоляционные повреждения
Внутренняя изоляция крупных силовых трансформаторов представляет собой композитную изоляционную структуру, состоящую из таких изоляционных материалов, как масло, бумага и картон, которая постоянно стареет под воздействием электрических, тепловых, механических и других напряжений. Особенно для трансформаторов, близких к расчетному сроку службы, изоляционные материалы которых ускоренно стареют под воздействием атмосферы и влаги, что оказывает огромное влияние на безопасность и надежность работы трансформатора. Попадание влаги в трансформатор (включая попадание воды в проходные изоляторы), плохое качество масла (высокие диэлектрические потери, наличие микроорганизмов, высокая влажность) и локальный перегрев также приводят к повреждению изоляции и термическому разложению изоляционного материала.
1.3 Неисправности, связанные с газовыделением
К распространенным неисправностям, связанным с газовыделением, относятся разряды и перегрев. В зависимости от плотности энергии разряда, разрядные неисправности трансформатора часто делятся на три типа: частичный разряд, искровой разряд и высокоэнергетический разряд. Неисправности перегрева в основном связаны с повреждениями проводников, неисправностями магнитной цепи, плохими контактами и соединениями.
1.3.1 Частичный разряд в основном вызван наличием пузырьков воздуха в масле или полостей в твердом изоляционном материале, что может привести к первоначальному разряду в воздушном зазоре; влиянием внешних условий окружающей среды. Если обработка масла неполная, в масле образуются пузырьки воздуха и т.д. Неудовлетворительное качество изготовления. Если некоторые детали имеют острые углы, возникает разряд. Разряд, вызванный плохим контактом между металлическими деталями или электрическими проводниками. Хотя плотность энергии частичного разряда невелика, при дальнейшем развитии он может сформировать порочный круг разрядов, что в конечном итоге приведет к пробою или повреждению оборудования и вызовет серьезные аварии.
1.3.2 Искровой разряд, вызванный плавающим потенциалом. Элементы, находящиеся под потенциалом земли, такие как магнитный экран из листовой электротехнической стали и различные крепежные металлические болты и т.д., имеют неплотное соединение с землей или отваливаются, что приводит к разряду плавающего потенциала. Плохой контакт на конце высоковольтного ввода трансформатора также может сформировать плавающий потенциал и вызвать искровой разряд. Основной причиной искровых разрядов в трансформаторах является влияние примесей в масле. Искровые разряды могут возникать при более низких напряжениях.
1.3.3 Дуговой разряд является высокоэнергетическим разрядом, часто вызванным пробоем изоляции между витками обмотки, за которым следуют обрыв выводов или перекрытие на землю и дугообразование в переключателе ответвлений.
Неисправности перегрева в основном вызваны повреждениями проводников, неисправностями магнитной цепи, плохими контактами и соединениями.
1.4 Неисправности обмоток
Неисправности обмоток в основном включают в себя пайку соединений, короткое замыкание, межфазное замыкание, замыкание обмотки на землю, межвитковое замыкание и т.д. Основная причина заключается в том, что (1) местная изоляция трансформатора была повреждена во время технического обслуживания и изготовления.
② Длительная перегрузка и плохой теплоотвод во время работы трансформатора, попадание посторонних предметов в обмотки, приводящие к старению изоляции; ③ Недостаточное сжатие, неудовлетворительная технология изготовления, механическая прочность трансформатора не выдерживает ударных токов короткого замыкания, изоляция повреждена, обмотки деформированы; ④ Увлажнение обмоток. Это приведет к разбуханию изоляции и блокировке масляных каналов, что приведет к локальному перегреву трансформатора.
1.5 Неисправности, связанные с утечкой масла
Утечка масла из трансформатора не только наносит энергетическим компаниям большие экономические потери и загрязняет окружающую среду, но и влияет на безопасную работу трансформаторов. Утечка масла в основном происходит в сварных швах бака. Для просачивания масла на плоских стыках можно проводить сварку напрямую. Для просачивания масла в угловых и реберных соединениях часто трудно точно найти точку утечки, или после ремонтной сварки утечка возникает снова из-за внутренних напряжений. Для такой точки просачивания можно добавить железную пластину для ремонтной сварки, вырезать пластину в форме веретена для сварки на соединении с обеих сторон; или вырезать пластину в форме треугольника для сварки в соответствии с фактическим положением трехстороннего соединения.
Просачивание масла из подъемного фланца или фланца высоковольтного ввода. Эти проблемы в основном связаны с неправильной установкой резиновой прокладки, и фланец можно герметизировать клеем во время эксплуатации. Утечка на низковольтном вводе вызвана натяжением шины и коротким выводом низковольтной стороны, а также попаданием клеевого шарика на резьбу.
Утечка масла из взрывозащитной трубы. Взрывозащитная труба — это мера безопасности, предназначенная для предотвращения разрыва бака трансформатора из-за внутренней неисправности, приводящей к чрезмерному давлению внутри трансформатора. Однако стеклянная мембрана взрывозащитной трубы легко разрушается из-за вибрации во время работы трансформатора, и стекло не может быть заменено своевременно, поэтому влага попадает в бак, что приводит к увлажнению изоляционного масла, снижению уровня изоляции и угрозе безопасности оборудования. Для этого взрывозащитную трубу удаляют и модифицируют в предохранительный клапан.
1.6 Неисправность многоточечного заземления
Магнитопровод трансформатора должен быть заземлен только в одной точке, заземление в двух или более точках является многоточечным. Эксплуатация магнитопровода трансформатора с многоточечным заземлением, с одной стороны, вызовет локальное короткое замыкание и перегрев магнитопровода. С другой стороны, из-за циркулирующего тока, создаваемого нормальным заземляющим проводом магнитопровода, может возникнуть локальный перегрев трансформатора, а также могут возникнуть разрядные неисправности, что угрожает безопасной работе трансформатора и должно быть устранено своевременно.
2 Методы диагностики неисправностей силовых трансформаторов и технологии онлайн-мониторинга
2.1 Методы анализа и диагностики неисправностей трансформаторов
Существует множество методов анализа и диагностики неисправностей трансформаторов, в основном включая визуальный осмотр, методы электрических профилактических испытаний и анализ растворенных газов в масле.
2.1.1 Метод визуального осмотра. Для работающего трансформатора некоторые очевидные характеристики неисправностей можно непосредственно диагностировать путем ежедневной проверки аномальных явлений.
2.1.2 Метод электрических профилактических испытаний. Этот метод испытаний является основным диагностическим методом для трансформаторов, и его эффективность является решающим фактором для точности диагностических результатов. Получение надежных и точных результатов испытаний с помощью различных эффективных тестов — это основная предпосылка для правильной диагностики неисправностей трансформатора.
2.1.3 Анализ растворенных газов в масле. Тип растворенного газа в масле имеет соответствие с характером внутренней неисправности трансформатора. Поэтому этот метод очень эффективен для диагностики внутренних неисправностей трансформатора.
2.2 Технологии онлайн-мониторинга трансформаторов
Цель онлайн-мониторинга трансформаторов — определить состояние трансформаторов путем сбора и анализа характеристических сигналов, чтобы обнаружить начальные неисправности и контролировать тенденцию развития аварийного состояния. В настоящее время онлайн-мониторинг силовых трансформаторов является одним из наиболее изучаемых объектов в мире, и было предложено множество различных методов. Технология анализа растворенных газов в масле. Поскольку различные внутренние неисправности трансформатора производят разные газы, цель диагностики изоляции трансформатора может быть достигнута путем анализа состава, содержания, скорости газовыделения и относительного процентного содержания газов в масле.
Технология онлайн-мониторинга частичных разрядов. Частичные разряды (ЧР) могут возникать из-за чрезмерной локальной напряженности поля при внутренних неисправностях трансформатора или работе в тяжелых условиях. Заметные изменения уровней ЧР и скорости их роста могут указывать на изменения, происходящие внутри трансформатора, или отражать наличие полостей, металлических частиц, пузырьков воздуха и т.д. в твердой изоляции из-за определенных дефектных состояний.
Метод анализа вибраций. Анализ вибраций — это эффективный метод, широко используемый для мониторинга подобных неисправностей трансформатора. Путем мониторинга и анализа сигнала вибрации трансформатора достигается цель контроля его состояния.
Технология инфракрасного измерения температуры. Технология инфракрасного тепловидения использует инфракрасный детектор для приема сигнала инфракрасного излучения от измеряемой цели, его усиления, преобразования в стандартный видеосигнал с последующим отображением инфракрасного теплового изображения на экране телевизора или монитора. Когда выводы трансформатора имеют плохой контакт, работают с перегрузкой и т.д., это вызывает локальный перегрев токоведущей цепи, а многоточечное заземление магнитопровода также вызывает
Метод анализа частотной характеристики. Анализ частотной характеристики — это эффективный метод определения того, смещена ли структура обмотки или выводов трансформатора. Механическое смещение обмотки вызовет небольшое изменение индуктивности или емкости, и метод частотной характеристики используется для мониторинга состояния обмотки трансформатора путем измерения этого небольшого изменения.
Индикатор температуры обмотки. Индикаторы температуры обмотки используются для контроля температуры обмоток трансформатора, подачи сигнала тревоги при выходе за пределы и инициирования защитного отключения при необходимости. В настоящее время разработана новая технология мониторинга температуры обмоток крупных трансформаторов, а именно встраивание оптического волокна в обмотку трансформатора для прямого измерения температуры обмотки в реальном времени, тем самым улучшая технологии прогнозного моделирования трансформатора и достигая цели мониторинга температурного состояния обмотки трансформатора в реальном времени.
3 Заключение
С быстрым развитием автоматизации энергосистем надежность электроснабжения неуклонно возрастает. Чтобы удовлетворить этот спрос, необходимо разработать более интеллектуальную систему онлайн-мониторинга. Как показано на рисунке 1. Эта интеллектуальная система онлайн-мо
Компания Kingrun Transformer Instrument Co.,Ltd.
Больше тестеров трансформаторов от Kingrun
