ทำไมจึงต้องทดสอบการเสียรูปของขดลวดในหม้อแปลงไฟฟ้า?

หม้อแปลงไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์หลักชิ้นหนึ่งในระบบไฟฟ้า การทำงานที่ปลอดภัยและเสถียรของหม้อแปลงไฟฟ้ามีผลโดยตรงต่อความน่าเชื่อถือของระบบสายส่ง การผิดรูปของขดลวดเป็นความผิดปกติแฝงที่ตรวจพบได้ยากในการทำงานของหม้อแปลง ประสบการณ์การบำรุงรักษาจากหลายหน่วยงานแสดงให้เห็นว่าการทดสอบฉนวนทั่วไปและการวิเคราะห์น้ำมันไม่เพียงพอที่จะตรวจจับข้อบกพร่องดังกล่าว และเมื่อเกิดขึ้นแล้ว มักนำไปสู่เหตุการณ์ร้ายแรงในระบบสายส่ง การวิเคราะห์อย่างละเอียดถึงสาเหตุ ความเสี่ยง รวมถึงวิธีการตรวจหาและป้องกันการผิดรูปของขดลวด มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการรับประกันความปลอดภัยของระบบไฟฟ้า

สาระสำคัญของการผิดรูปของขดลวดคือการเปลี่ยนแปลงขนาดหรือรูปร่างของขดลวดอย่างถาวรภายใต้แรงทางไฟฟ้าหรือแรงกล ขดลวดหม้อแปลงทำจากวัสดุนำไฟฟ้าและอยู่ในสภาวะค่อนข้างคงที่ระหว่างการทำงานปกติ อย่างไรก็ตาม เมื่อเกิดข้อผิดพลาดลัดวงจร กระแสลัดวงจรจะสร้างแรงทางไฟฟ้าที่มากกว่ากระแสพิกัดหลายสิบเท่า แรงทางไฟฟ้านี้แบ่งออกเป็นแรงในแนวรัศมีและแรงในแนวแกน แรงในแนวรัศมีทำให้ขดลวดขยายตัวออกด้านนอกหรือหดตัวเข้าด้านใน ในขณะที่แรงในแนวแกนทำให้ขดลวดเคลื่อนที่ในแนวตั้งหรือบิดงอ นอกจากนี้ การสั่นสะเทือนรุนแรงระหว่างการขนส่ง การชนและกระแทกระหว่างการติดตั้ง รวมถึงการลัดวงจรเป็นเวลานานเนื่องจากระบบป้องกันทำงานไม่ทันเวลา ล้วนทำให้ขดลวดได้รับความเค้นทางกลเกินกว่าขีดจำกัดการออกแบบ ส่งผลให้เกิดการผิดรูปในที่สุด

การผิดรูปของขดลวดแสดงออกในหลายรูปแบบ โดยหลักๆ สามารถแบ่งออกเป็นสามประเภทใหญ่ๆ ได้แก่ การผิดรูปทั้งขดลวด การผิดรูปเฉพาะจุด และการลัดวงจรระหว่างรอบขดลวด การผิดรูปทั้งขดลวดมักเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ บวม หรือการอัดในแนวแกนของขดลวดทั้งหมด ส่วนการผิดรูปเฉพาะจุดมักพบเห็นได้ทั่วไปในกรณีที่ขดลวดแต่ละชั้นไม่ตรงแนวหรือตัวนำหลวม ในขณะที่การลัดวงจรระหว่างรอบขดลวดเป็นความผิดปกติระดับทุติยภูมิซึ่งเกิดจากความเสียหายของฉนวนอันเป็นผลมาจากการผิดรูป การผิดรูปเหล่านี้ในระยะเริ่มแรกอาจไม่แสดงความผิดปกติที่เห็นได้ชัดเจน แต่จะเปลี่ยนค่าพารามิเตอร์ต่างๆ ของขดลวด เช่น ความจุไฟฟ้ากระจายและความเหนี่ยวนำ สร้างความเสี่ยงที่อาจนำไปสู่ความผิดปกติในขั้นต่อไป

ผลที่ตามมาจากการผิดรูปของขดลวดนั้นร้ายแรงอย่างยิ่ง การผิดรูปเล็กน้อยนำไปสู่ระยะห่างของฉนวนที่สั้นลง ทำให้มีแนวโน้มที่จะเกิดการคายประจุบางส่วนและเร่งการเสื่อมสภาพของฉนวนระหว่างการทำงานในระยะยาว การผิดรูปปานกลางจะลดความแข็งแรงทางกลของขดลวด ทำให้มีโอกาสสูงที่จะเกิดความล้มเหลวโดยสมบูรณ์หากเกิดการลัดวงจรในภายหลัง ส่วนการผิดรูปอย่างรุนแรงสามารถทำให้เกิดการลัดวงจรระหว่างรอบหรือระหว่างเฟสโดยตรง ส่งผลให้หม้อแปลงไฟฟ้าไหม้ และอาจกระตุ้นให้เกิดอุบัติเหตุต่อเนื่องแบบลูกโซ่ เช่น ไฟไหม้และไฟฟ้าดับเป็นวงกว้าง ข้อมูลจากระบบสายส่งไฟฟ้าแสดงให้เห็นว่าความล้มเหลวของหม้อแปลงไฟฟ้าที่เกิดจากการผิดรูปของขดลวดซึ่งไม่ถูกตรวจพบ คิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 35% ของความล้มเหลวทั้งหมด โดยแต่ละเหตุการณ์ก่อให้เกิดความเสียหายทางเศรษฐกิจโดยตรงโดยเฉลี่ยเกินหนึ่งล้านหยวน

การตรวจวัดที่แม่นยำมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการควบคุมการผิดรูปของขดลวด ในปัจจุบัน วิธีการที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือการวิเคราะห์การตอบสนองความถี่ หลักการพื้นฐานของวิธีนี้คือการมองว่าขดลวดเป็นเครือข่ายเชิงเส้นที่ประกอบด้วยความต้านทาน ความเหนี่ยวนำ และความจุไฟฟ้า เมื่อป้อนสัญญาณความถี่กวาดเข้าไปในขดลวด จะเกิดเส้นโค้งการตอบสนองแอมพลิจูด-ความถี่เฉพาะขึ้น หลังจากขดลวดผิดรูป พารามิเตอร์แบบกระจายจะเปลี่ยนแปลง และเส้นโค้งการตอบสนองก็จะเปลี่ยนไปตามกัน โดยการเปรียบเทียบเส้นโค้งที่วัดได้กับเส้นโค้งมาตรฐานในแนวนอนและแนวตั้ง สามารถระบุระดับและตำแหน่งของการผิดรูปได้อย่างแม่นยำ นอกจากนี้ วิธีการวัดอิมพีแดนซ์ลัดวงจรแรงดันต่ำก็ยังถูกใช้กันทั่วไปสำหรับการตรวจวัดเสริม โดยการวัดการเปลี่ยนแปลงของอิมพีแดนซ์ลัดวงจรเพื่อสะท้อนการเปลี่ยนแปลงทางเรขาคณิตของขดลวดทางอ้อม

กรณีศึกษาทั่วไปเกิดขึ้นที่สถานีย่อยไฟฟ้าแรงดัน 220 กิโลโวลต์: หม้อแปลงไฟฟ้าขนาด 180 เมกะโวลต์แอมแปร์ที่สถานีย่อยประสบกับความผิดปกติจากการลัดวงจรในสายส่ง การทดสอบตามปกติไม่พบความผิดปกติใดๆ แต่เกิดความร้อนสูงเฉพาะจุดระหว่างการทำงานภายใต้โหลด เจ้าหน้าที่ซ่อมบำรุงใช้การวิเคราะห์การตอบสนองความถี่ตรวจพบว่าเส้นโค้งการตอบสนองของขดลวดเฟส A เบี่ยงเบนจากข้อมูลในอดีตร้อยละ 15 ในย่านความถี่กลางถึงสูง เมื่อรวมกับข้อมูลการทดสอบอิมพีแดนซ์ลัดวงจรแล้ว บ่งชี้ถึงการผิดรูปแบบบวมเล็กน้อยในขดลวด หลังจากการถอดประกอบและตรวจสอบ พบว่าแท่งรองรับระหว่างส่วนโค้งของขดลวดเฟสนี้หลวม และตัวนำได้เคลื่อนที่บางส่วน จึงดำเนินการเสริมความแข็งแรงทันเวลา ทำให้อุปกรณ์กลับมาทำงานปกติได้ และป้องกันไม่ให้ความผิดขยายวงกว้างขึ้น

การป้องกันการผิดรูปของขดลวดจำเป็นต้องจัดการปัญหาที่ต้นเหตุและสร้างระบบการจัดการตลอดวงจรชีวิต ระหว่างการผลิต ควรออกแบบโครงสร้างขดลวดให้เหมาะสม ใช้วัสดุฉนวนความแข็งแรงสูงและตัวนำคุณภาพดีเพื่อเพิ่มความแข็งแรงทางกลของขดลวด ระหว่างการขนส่งและการติดตั้ง ควรดำเนินการยึดและป้องกันที่เหมาะสมเพื่อหลีกเลี่ยงการกระทบกระเทือนรุนแรง ระหว่างการทำงาน จำเป็นต้องมีการตรวจติดตามที่เข้มข้นขึ้น โดยทำการวิเคราะห์การตอบสนองความถี่และการทดสอบอิมพีแดนซ์ลัดวงจรเป็นประจำ และต้องทำการทดสอบเฉพาะทางทุกครั้งหลังเกิดความผิดปกติจากการลัดวงจร พร้อมกันนั้น ควรติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันรีเลย์ที่ครอบคลุมเพื่อลดระยะเวลาของความผิดปกติจากการลัดวงจรและลดผลกระทบจากแรงทางไฟฟ้า

แม้ว่าการผิดรูปของขดลวดจะมักถูกซ่อนเร้น แต่ความเสี่ยงจากมันสามารถลดลงได้อย่างมีประสิทธิภาพผ่านวิธีการตรวจวัดทางวิทยาศาสตร์และมาตรการป้องกันควบคุมที่ครอบคลุม หน่วยงานปฏิบัติการและบำรุงรักษาระบบไฟฟ้าควรให้ความสำคัญกับความผิดปกติแฝงประเภทนี้ สร้างกลไกการตรวจวัดเป็นประจำ ปรับปรุงเทคโนโลยีการป้องกันควบคุมอย่างต่อเนื่อง เพื่อสร้างเกราะป้องกันที่มั่นคงสำหรับการทำงานที่ปลอดภัยของหม้อแปลงไฟฟ้า และรับประกันการจ่ายไฟฟ้าที่มีเสถียรภาพและน่าเชื่อถือให้กับระบบไฟฟ้า

บทความอื่นๆ ที่เกี่ยวข้อง:

ชุดเวกเตอร์กรุ๊ปหม้อแปลงไฟฟ้าที่สมบูรณ์ที่สุด พร้อมแผนภาพการต่อขดลวด
ความต้านทานขดลวดหม้อแปลงไฟฟ้ากระแสตรงสำคัญอย่างไร?
6 อันดับเครื่องทดสอบความต้านทานขดลวดหม้อแปลงไฟฟ้าชั้นนำของโลก (รวมราคา)
ควรทดสอบความต้านทานขดลวดบน CT และ PT แตกต่างกันอย่างไร?
ความต้านทานกระแสตรงและความต้านทานฉนวนแตกต่างกันอย่างไร และทดสอบอย่างไร?
8 เคล็ดลับเพิ่มความแม่นยำในการวัดความต้านทานกระแสตรง
ทำไมการทดสอบความต้านทานขดลวดถึงไม่แม่นยำเสมอ? คุณอาจมองข้าม 6 จุดสำคัญนี้ไป

บริษัท คิงรัน ทรานสฟอร์เมอร์ อินสตรูเมนท์ จำกัด