變壓器繞組故障的10個原因
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變壓器對電力系統的可靠性至關重要。由于其物理尺寸和可用短路,涉及變壓器的故障通常是災難性事件。
電源中斷會影響大面積區域并需要大量停機時間進行維修。更換單個變電站變壓器的成本是巨大的,費用很容易達到 1,000,000.00 元,具體取決于其容量。
繞組是變壓器設計的關鍵組成部分,因為初級和次級繞組的匝數決定了變壓器的比率。變壓器故障的最常見原因包括過載、老化、電涌和潮濕。
這些故障中的許多都發生在變壓器繞組絕緣內,并且通??梢酝ㄟ^在其整個使用壽命期間進行嚴格的目視、機械和電氣檢查來及早發現。
1. 轉彎故障
匝間故障是變壓器中最常見的故障之一,會導致爆炸、繞組或鐵芯變形等災難性事件。如果變壓器內部的熱量沒有得到適當的散發,變壓器的溫度會不斷升高,這可能會損壞絕緣。變壓器過載會導致熱應力,從而降低變壓器的效率并顯著縮短使用壽命。
電壓尖峰和諧波等介電應力會導致匝間絕緣擊穿并最終失效。較差的電能質量還會導致溫度升高并使變壓器承受熱應力。
由地震位移或其他基礎問題引起的機械應力會改變絕緣組件之間的間距或使繞組物理變形,從而改變匝數比并使變壓器承受異常的介電應力。
2. 浪涌
由閃電和開關引起的浪涌可以通過變壓器耦合從一個電壓電平轉移到另一個電壓電平,從而導致由介電應力引起的匝間故障。除了浪涌現象外,系統還可能因電氣故障而經歷長期的過電壓。
許多變壓器故障發生在事故發生后,例如雷擊或設備線路故障。可以安裝避雷器,通過將浪涌電流接地來限制過壓情況。浪涌通過后,避雷器恢復到初始狀態。
3. 水分
充滿液體的變壓器中的水分可能會導致對紙絕緣造成不可逆轉的損壞的問題。如果變壓器油箱沒有正確密封,水分最終會進入絕緣液中。如果硅膠沒有得到很好的維護,水分在自然呼吸過程中也有可能進入變壓器。
不正確的流體取樣技術也可能導致水分通過閥門或其他開口進入。水分會降低油的擊穿電壓,并可能導致溫度升高。
干式變壓器特別容易受潮,因為它們需要非常大的通風口,以減少通過繞組的氣流受限。外殼必須保持足夠的間隙和工作空間以適當散熱。
在室內運行的變壓器可以保持在受控的氣候中,以提高效率并延長使用壽命。濺水、進水和過度潮濕是最常見的濕氣侵入形式。
4. 外部故障
外部故障是發生在變壓器外部的事件,不一定可以通過定期維護來預防。雷擊、倒下的樹木、動物和其他無法避免的外部損害都是外部故障。重要的是要有冗余設備或制定計劃,以便在發生外部故障時盡快進行維修。
5.過熱
中性端子上的較高溫度可能表明存在諧波。根據 IEEE 519,對于 69 kV 以下的系統,電壓的總諧波失真應小于 5%。電流的總需求失真也應小于 5%,具體取決于電源相對于負載的大小。
三級或五級諧波過多通常表明來自電子負載的干擾。保持干式變壓器外殼清潔和周圍區域清潔非常重要。靠近或靠著變壓器放置的物品會限制外殼周圍的熱傳遞。
6. 開式繞組
在單相條件下,高壓側和低壓側產生的電壓和電流在很大程度上取決于變壓器繞組連接和磁芯結構。單相狀態很難通過繼電器監測變壓器低壓側的電流來檢測。開路繞組情況經常發生在農村或偏遠地區,那里的導體斷裂、連接松動和保險絲熔斷的可能性很高。
7. 惡化
電氣維護不善是計劃外停機、能源效率低下和設備過早故障的主要原因。由于變壓器故障通常具有非常嚴重的性質,因此定期目視檢查和定期絕緣測試或流體分析是持續高可靠性的最佳保證。被忽視或屬于“反應性維護”方法的變壓器通常會在其預期使用壽命結束之前發生故障。
8. 核心故障
變壓器鐵芯是通過堆疊薄鐵片層構成的,通過一層薄的非導電絕緣層與其相鄰的鐵芯隔開。隨著時間的推移,變壓器鐵芯粘合劑開始破裂,并且層壓層彼此輕微分離。
這些層的振動是您可以聽到的嗡嗡聲,一旦粘合劑開始破裂,聲音就會變大。鐵芯故障會直接影響變壓器效率。鐵芯絕緣擊穿會導致渦流增加,從而導致最終影響繞組的過熱。
9. 相間故障
相間故障是相之間的意外短路。變壓器可能會因多種不同原因而出現此類內部故障,例如:過熱、油污染、繞組故障和絕緣系統劣化。纏繞在公共相上的 HV 和 LV 繞組之間也可能發生故障。
10. 機械故障
機械故障是當對變壓器或電路至關重要的機械操作設備無法運行時發生的電氣故障。機械故障的一個示例是未能清除電路的上游斷路器。當變壓器冷卻系統無法正常運行時,也會發生機械故障,從而導致繞組溫度升高。