การวิเคราะห์เชิงลึกเกี่ยวกับความล้มเหลวของขดลวดในหม้อแปลงไฟฟ้าแรงสà¸

1. ภาพรวมของเหตุการณ์

ในช่วงที่ผ่านมา อัตราการเสียหายของหม้อแปลงไฟฟ้าแรงดัน 110kV ทั่วโลกมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด หม้อแปลงที่เสียหายมีกำลังการผลิตเฉลี่ย 32.4 MVA ซึ่งสูงกว่ากำลังการทำงานทั่วไปสำหรับระดับแรงดันนี้ โดยหน่วยที่พบมากที่สุดคือ 31.5 MVA หม้อแปลงที่ผลิตหลังปี 2015 คิดเป็น 43.5% ของเหตุการณ์ทั้งหมด โดยบางส่วนใช้งานมาไม่ถึงแปดปี กระแสลัดวงจรภายนอกที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเป็นสาเหตุของ 35.5% ของเหตุการณ์ทั้งหมด (48% สำหรับหม้อแปลงเปลี่ยนแทปขณะมีโหลด) โดยความผิดปกติของขดลวดเป็นปัจจัยเริ่มต้นหลัก

2. สาเหตุหลักของความผิดปกติของขดลวด
(ก) แรงทางไฟฟ้าไดนามิกจากกระแสลัดวงจร
ในระหว่างการลัดวงจรกะทันหัน ขดลวดหม้อแปลงจะได้รับแรงทั้งในแนวรัศมีและแนวแกน แรงในแนวรัศมีจะยืดขดลวดด้านนอกและกดขดลวดด้านใน หากความเค้นรวมเกินกว่าความแข็งแรงครากของขดลวด อาจเกิดการเปลี่ยนรูปถาวร เช่น รูปแบบ "ใบโคลเวอร์" หรือการปูดโปน แรงในแนวแกนจะทำให้ส่วนของตัวนำงอและอัดตัวกั้นระยะ โดยมีความเค้นสูงสุดที่ปลายขดลวดและศูนย์กลางแกน ความสูงของขดลวดที่ไม่เท่ากันหรือการกระจายแรงแม่เหล็กไฟฟ้า (MMF) ที่ไม่สม่ำเสมอจะเพิ่มความเสี่ยงต่อความเสียหาย ในหม้อแปลงบางรุ่นที่มีความเสถียรเชิงไดนามิกไม่เพียงพอ แม้การทำงานของระบบป้องกันที่รวดเร็วก็ไม่สามารถป้องกันการเปลี่ยนรูปจากกระแสลัดวงจรสูงสุดครั้งแรกได้ ซึ่งอาจสูงถึง 1.8 เท่าของระดับกระแสในสภาวะคงตัว

(ข) ข้อบกพร่องโดยธรรมชาติจากการผลิต

• ข้อบกพร่องในการอัดในแนวแกน: ผู้ผลิตบางรายใช้ "โครงสร้างใหม่" โดยไม่ปฏิบัติตามกระบวนการมาตรฐาน ขดลวดแรงสูงและแรงต่ำใช้วงยึดฉนวนร่วมกันโดยไม่มีการทำให้แน่นอย่างเหมาะสมหรือการอบแห้งภายใต้แรงกดควบคุม ส่งผลให้การยึดจับไม่เพียงพอและอาจเกิดการเคลื่อนตัวระหว่างการทำงาน

• ข้อจำกัดด้านวัสดุและโครงสร้าง: ความแข็งแรงของวงยึดแผ่นลามิเนตมักไม่เพียงพอ โดยพบการแตกหักซ้ำๆ ในระหว่างเหตุการณ์ การรองรับระหว่างขดลวดด้านในกับขาแกนกลางที่อ่อนแอ ตัวกั้นระยะที่ไม่เพียงพอหรือเลือกใช้ไม่เหมาะสม ลดความเสถียรเชิงไดนามิกในแนวรัศมี

• ข้อบกพร่องในการควบคุมคุณภาพ: ความหนาของตัวกั้นระยะไม่สม่ำเสมอ ตัวนำงอเฉพาะที่ และการยึดสายนำหรือตัวรองรับไม่เหมาะสม ลดความสมบูรณ์เชิงกลของขดลวด

(ค) ผลสะสมและความล้มเหลวของระบบป้องกัน

• การเปลี่ยนรูปที่ค่อยๆ เพิ่มขึ้น: เหตุการณ์ลัดวงจรหลายครั้งสามารถสะสมการเปลี่ยนรูปของขดลวด ทำให้เกิดความไม่สมดุลของรอบขดลวดและเพิ่มแรงรั่วในแนวแกน สุดท้ายนำไปสู่ความเสียหายรุนแรง ตัวอย่างเช่น หม้อแปลง 110kV ในฟิลิปปินส์ประสบกับการเปลี่ยนรูปของขดลวดอย่างมีนัยสำคัญตลอดเจ็ดปีที่ได้รับผลกระทบจากลัดวงจรซ้ำๆ

• การทำงานผิดปกติของระบบป้องกัน: ประมาณ 30% ของความล้มเหลวที่เกี่ยวข้องกับลัดวงจรเกิดขึ้นเนื่องจากระบบป้องกันทำงานล่าช้า ทำให้หม้อแปลงต้องรับกระแสลัดวงจรเป็นเวลานาน การอบลวด (wire annealing) และความเสถียรเชิงไดนามิกที่ไม่เพียงพอทำให้ความเสียหายรุนแรงขึ้น

3. มาตรการบรรเทาความล้มเหลวของขดลวด
(ก) การปรับปรุงกระบวนการผลิตและการประกอบ

• มาตรฐานการอัดในแนวแกน: ทำให้ตัวกั้นระยะแน่นขึ้น อบแห้งขดลวดแต่ละขดภายใต้แรงกดควบคุม และใช้แรงไฮดรอลิกน้ำมันระหว่างการประกอบ เพื่อให้แน่ใจว่าขดลวดทั้งหมดถูกอัดอย่างเหมาะสมและคงความเสถียร

• ปรับปรุงโครงสร้างและวัสดุ: ใช้วัสดุยึดที่มีความแข็งเพียงพอ เสริมการออกแบบแผ่นลามิเนต เพิ่มตัวกั้นระยะระหว่างขดลวดด้านในกับขาแกนกลาง และใช้ท่อกระดาษความแข็งแรงสูงสำหรับโครงขดลวด เพื่อปรับปรุงความเสถียรเชิงไดนามิกในแนวรัศมี

• ปรับปรุงการจัดวางระหว่างการขนส่ง: จัดท่าทางของหม้อแปลงให้เหมาะสมขณะขนส่ง เพื่อป้องกันการสั่นสะเทือนหรือแรงกระแทกที่อาจทำให้ขดลวดเคลื่อนตัว

(ข) เสริมสร้างการทดสอบและการตรวจสอบ

• ดำเนินการทดสอบลัดวงจร: เพื่อยืนยันความมั่นคงทางกล ระบุจุดอ่อน และลดความแปรปรวนในกระบวนการผลิต

• ส่งเสริมการทดสอบการผิดรูปของขดลวด: บันทึกผลกระทบจากลัดวงจรและคำนวณค่าทวีคูณของกระแส ใช้การวิเคราะห์การตอบสนองความถี่ (FRA) หรือวิธีที่คล้ายคลึงเพื่อตรวจจับการผิดรูป และนำไปสู่การตรวจสอบหรือบำรุงรักษาแบบเจาะจง

(ค) การปรับปรุงระบบป้องกันในการทำงาน

• รับรองระบบป้องกันที่เชื่อถือได้: จัดหาแหล่งจ่ายไฟ DC ที่เสถียร เพื่อให้การตัดวงจรทำงานถูกต้องและทันเวลา ลดการสัมผัสกับกระแสลัดวงจรเป็นเวลานาน

• ปรับปรุงแผนการรีโคลส: สำหรับสายอากาศใกล้เคียง (<2 กม.) หรือสายเคเบิล พิจารณาล่าช้าหรือยกเลิกการรีโคลสอัตโนมัติ หลังการตัดจากลัดวงจร ให้ทดสอบหม้อแปลงเพื่อป้องกันความเสียหายซ้ำ

บทความที่เกี่ยวข้อง:

ชุดเวกเตอร์กรุ๊ปหม้อแปลงที่สมบูรณ์ที่สุด พร้อมไดอะแกรมการต่อขดลวด
ความต้านทานขดลวด DC ของหม้อแปลงสำคัญอย่างไร?
6 อันดับเครื่องทดสอบความต้านทานขดลวดหม้อแปลงชั้นนำของโลก (รวมราคา)
ควรทดสอบความต้านทานขดลวดบน CT และ PT แตกต่างกันอย่างไร?
ความต้านทาน DC กับความต้านทานฉนวนต่างกันอย่างไร และทดสอบอย่างไร?
8 เคล็ดลับเพิ่มความแม่นยำในการวัดความต้านทาน DC
ทำไมค่าความต้านทานขดลวดที่ทดสอบได้ถึงไม่แม่นยำ? คุณอาจมองข้าม 6 จุดสำคัญนี้

เครื่องทดสอบความต้านทานขดลวด DC ซีรีย์ Kingrun

บริษัท คิงรัน ทรานสฟอร์เมอร์ อินสตรูเมนท์ จำกัด