Unbedingt ansehen! Eine umfassende Erklärung der Zusammensetzung, des Aufbaus, des Ölsystems sowie der Funktionsweise und Wartung im Fehlerfall.

Konstruktion eines ölgekühlten Transformators

Der Kern des dreiphasigen, ölgekühlten Transformators besteht aus einem geschlossenen Eisenkern und einer auf dem Eisenkern angeordneten Wicklung. Zusätzlich verfügt er über Brennstofftanks, Ölbehälter, Gehäuse, Atemschutzgeräte, explosionsgeschützte Leitungen, Kühler, Stufenschalter, Gasrelais, Thermometer, Ölreiniger usw.

1) Eisenkern

Der Eisenkern bildet den magnetischen Kreis des Transformators. Um die magnetische Hysterese und Wirbelstromverluste im Eisenkern zu minimieren, besteht dieser aus 0,35 mm bis 0,5 mm dicken Siliziumstahlblechen. Je nach Anordnung der Wicklungen im Eisenkern unterscheidet man zwischen Kern- und Manteltransformatoren. Der aufrechte Teil des Eisenkerns eines Dreiphasentransformators wird als Kernsäule bezeichnet. Die Niederspannungs- und Hochspannungswicklungen des Transformators sind auf der Säule angeordnet. Der waagerechte Teil, das Eisenjoch, bildet einen geschlossenen magnetischen Kreis.

Bei Transformatoren mit hoher Kapazität werden häufig Kühlölkanäle im Eisenkern vorgesehen, um sicherzustellen, dass die durch die Wärmeverluste des Eisenkerns während der Zirkulation entstehende Wärme vollständig vom Isolieröl abgeführt wird und somit ein guter Kühleffekt erzielt wird.

(2) Wicklung

Die Wicklung, auch Spule genannt, ist der Schaltkreis des Transformators und besteht aus Primär- und Sekundärwicklung. Die an die Stromversorgung angeschlossene Wicklung heißt Primärwicklung, die an die Last angeschlossene Sekundärwicklung. Primär- und Sekundärwicklung bestehen aus Kupfer- oder Aluminiumdrähten mit hochfester Isolierung.

Die Primär- und Sekundärwicklungen jeder Phase des Dreiphasentransformators sind zylindrisch geformt und auf denselben Eisenkern aufgesetzt. Die Niederspannungswicklung mit wenigen Windungen liegt innerhalb und nahe am Eisenkern, während die Hochspannungswicklung mit vielen Windungen außerhalb der Niederspannungswicklung angeordnet ist. Diese Anordnung erleichtert die Isolierung des Kerns durch die Niederspannungswicklung. Eine Isolierhülse trennt die Niederspannungswicklung vom Eisenkern und sorgt für eine zuverlässige Isolierung zwischen Hoch- und Niederspannungswicklung. Zur besseren Wärmeableitung ist zwischen den Wicklungen ein Ölkanal vorgesehen, durch den das Transformatoröl zirkulieren kann.

Die häufigsten Fehler in Transformatorwicklungen sind Windungsschlüsse und Kurzschlüsse gegen das Gehäuse. Windungsschlüsse entstehen hauptsächlich durch Alterung der Isolierung oder durch Überlastung des Transformators und mechanische Beschädigung der Isolierung bei einem querlaufenden Kurzschluss. Sinkt der Ölstand im Transformator, kann es bei freiliegender Wicklung ebenfalls zu Windungsschlüssen kommen. Auch bei einem Querschluss wird die Wicklung durch den Überstrom verformt, die Isolierung mechanisch beschädigt, was ebenfalls zu Windungsschlüssen führt.

Bei einem Kurzschluss zwischen den Windungen kann der Strom in der kurzgeschlossenen Wicklung den Nennwert überschreiten, der Gesamtstrom der Wicklung darf den Nennwert jedoch nicht überschreiten. In diesem Fall greift der Gasschutz, und bei kritischen Situationen spricht auch die Differenzialschutzeinrichtung an.

Die Ursache für einen Kurzschluss im Gehäuse kann auch in alternder Isolierung, Feuchtigkeit im Öl, einem sinkenden Ölstand oder in Blitzeinschlägen und Betriebsüberspannungen liegen. Tritt ein Querstrom auf, kann die Wicklung durch Überstrom verformt werden, was ebenfalls zu einem Kurzschluss im Gehäuse führt. Bei einem Kurzschluss im Gehäuse sind in der Regel die Gasschutzeinrichtung und der Erdungsschutz verantwortlich.

(3) Kraftstofftank

Der Öltank bildet das äußere Gehäuse des Transformators. Darin befinden sich der Eisenkern und die Wicklungen, und er wird mit Transformatoröl befüllt. Bei Transformatoren mit relativ hoher Leistung sind außerhalb des Tanks Kühlkörper oder Wärmerohre angebracht. Öllecks sind ein häufiges Problem bei Transformatortanks.

Transformatorenöl ist ein Mineralöl mit guten Isoliereigenschaften, das zwei Funktionen erfüllt:

Der erste Vorteil ist die Isolierung. Transformatorenöl besitzt eine bessere Isolationsleistung als Luft. Durch das Eintauchen der Wicklungen in Öl lässt sich die Isolationsleistung an verschiedenen Stellen verbessern und der Kontakt mit Luft wird vermieden, wodurch die Wicklungen vor Feuchtigkeit geschützt werden;

Der zweite Effekt ist die Wärmeabfuhr. Dabei wird die Konvektion des Öls genutzt, um die vom Eisenkern und der Wicklung erzeugte Wärme über die Gehäusewand und die Kühlrohre nach außen abzuführen. Transformatorenöl wird anhand seines Gefrierpunkts in drei Spezifikationen unterteilt: Nr. 10, Nr. 25 und Nr. 45. Die Gefrierpunkte liegen bei -10 °C, -25 °C bzw. -45 °C und werden in der Regel entsprechend den lokalen Klimabedingungen ausgewählt.

(4) Ölbehälter (Ölkissen)

Der Ölbehälter, auch Ölkissen genannt, ist ein zylindrischer Behälter, der horizontal über dem Öltank angeordnet und über eine Rohrleitung mit diesem verbunden ist. Sein Volumen beträgt üblicherweise etwa 10 % des Öltankvolumens. Der Ölbehälter ist kapselartig ausgeführt, wobei die Kapsel das Öl im Behälter von der Außenluft isoliert. Bei thermischer Ausdehnung des Transformatoröls fließt dieses vom Öltank in den Ölbehälter; bei thermischer Kontraktion fließt es vom Ölbehälter zurück in den Öltank. Der Ölbehälter erfüllt zwei Funktionen: Erstens dient er als Ölspeicher und -nachfüller, um die Volumenänderung des Transformatoröls bei Temperaturänderungen auszugleichen und sicherzustellen, dass der Öltank stets mit Öl gefüllt ist und der Eisenkern sowie die Wicklungen vollständig mit Öl versorgt werden. Zweitens reduziert er die Kontaktfläche zwischen Öloberfläche und Luft, um das Transformatoröl vor Feuchtigkeit und damit vor Beschädigung zu schützen.

Die Ölstandsanzeige des Ölbehälters verwendet einen ferromagnetischen Ölstandsmesser mit Verbindungsstange. Der Ölstandsmesser ist mit den Ölstandsmarkierungen für Öltemperaturen von -30 °C, +20 °C und +40 °C versehen, die als Ölfüllstandard dienen. Die Markierung +40 °C kennzeichnet den maximalen Ölstand des Transformators im Volllastbetrieb bei einer maximalen Umgebungstemperatur von +40 °C am Aufstellungsort. Der Ölstand darf diese Markierung nicht überschreiten. Die Markierung +20 °C kennzeichnet den Ölstand bei einer durchschnittlichen Jahrestemperatur von +20 °C im Volllastbetrieb. Die Markierung -30 °C kennzeichnet den minimalen Ölstand im Leerlauf bei einer Umgebungstemperatur von -30 °C. Der Ölstand darf diese Markierung nicht unterschreiten. Bei zu niedrigem Ölstand muss Öl nachgefüllt werden. Der Ölbehälter ist mit Belüftungsöffnungen versehen, um den Austausch des oberen Bereichs mit der Umgebungsluft zu gewährleisten. Wenn sich das Transformatoröl bei Erwärmung ausdehnt und zusammenzieht, strömt Luft aus dem oberen Bereich des Ölkissens durch die Belüftungsöffnung ein und aus, wodurch der Ölstand steigen oder fallen kann und so eine Verformung oder Beschädigung des Öltanks verhindert wird.

(5) Ärmel

Die Zuleitung der Transformatorwicklung ist über die Führungsstange mit dem externen Stromkreis verbunden. Die Durchführung dient als Isolator zwischen Führungsstange und Gehäusedeckel und isoliert und fixiert die Führungsstange. Es gibt zwei Gehäusearten: Hochdruck- und Niederdruckgehäuse.

Isolierhülle

Die Zuleitungen der Transformatorwicklungen müssen durch Isolierhülsen geführt werden, um die stromführenden Leitungen beim Herausführen aus dem Tank zu isolieren. Die Isolierhülse besteht im Wesentlichen aus einem zentralen Leiterstab und einer magnetischen Hülse. Ein Ende des Leiterstabs im Tank ist mit der Wicklung verbunden, das andere Ende außerhalb mit dem externen Stromkreis. Sie stellt ein fehleranfälliges Bauteil des Transformators dar.

Die Konstruktion der Isolierdurchführung hängt hauptsächlich von der Spannungsklasse ab. Bei niedrigen Spannungen wird üblicherweise eine einfache, massive Magnethülse verwendet. Bei hohen Spannungen wird zur Erhöhung der Isolationsfähigkeit eine Ölschicht zwischen der Porzellanhülse und dem Leiterstab eingefüllt. Diese Art von Durchführung wird als ölgefüllte Durchführung bezeichnet. Bei Spannungen über 110 kV kommt die kapazitive Durchführung zum Einsatz, kurz kapazitive Durchführung. Zusätzlich zur Ölfüllung des Porzellanhülseninneren verfügt die kapazitive Durchführung über einen kapazitiven Isolator zwischen dem zentralen Leiterstab (Hohlrohr aus Kupfer) und dem Flansch, der den Leiterstab umschließt und als Hauptverbindung zwischen Flansch und Leiterstab dient.

Ölaustritt an Transformatordurchführungen ist die häufigste Fehlerursache. Ursache hierfür ist die Alterung des wabenförmigen Gummidichtungsrings im oberen Bereich der Durchführung sowie der flachen Gummidichtung im unteren Bereich.

(6) Atemschutzgerät

Ein Atemschutzgerät, auch Hygroskop genannt, besteht üblicherweise aus einem Rohr und einem Glasbehälter mit einem Trockenmittel (Kieselgel oder Aktivtonerde). Dehnt sich die Luft im Ölkissen mit dem Volumen des Transformatoröls aus oder zieht sie sich zusammen, strömt die Abluft oder Einatemluft durch das Atemschutzgerät. Das darin enthaltene Trockenmittel absorbiert die Feuchtigkeit und filtert die Luft, um das Öl sauber zu halten. Kieselgel ist mit Kobaltchlorid imprägniert. Seine Partikel sind im trockenen Zustand kobaltblau. Nimmt das Kieselgel Wasser auf und nähert sich der Sättigung, verfärbt es sich zu einem weißen oder roten Pulver. Daran erkennt man, ob das Kieselgel unbrauchbar geworden ist. Feuchtes Kieselgel kann durch Erhitzen und Trocknen regeneriert werden. Sobald die Kieselgelpartikel wieder kobaltblau sind, ist die Regeneration abgeschlossen.

(7) Druckentlastungsvorrichtung

Druckentlastungseinrichtungen spielen eine wichtige Rolle beim Schutz von Leistungstransformatoren. In einem mit Transformatoröl gefüllten Leistungstransformator führt ein interner Fehler oder Kurzschluss zur sofortigen Verdampfung des Öls durch Lichtbogenbildung, was einen extrem schnellen Druckanstieg im Tank zur Folge hat. Wird dieser Druck nicht umgehend abgelassen, kann der Öltank bersten und brennbaren Kraftstoff großflächig verspritzen, was einen Brand und weitere Schäden verursachen kann. Daher müssen entsprechende Maßnahmen ergriffen werden, um dies zu verhindern. Es gibt zwei Arten von Druckentlastungseinrichtungen: explosionsgeschützte Leitungen und Druckentlastungsventile. Explosionsgeschützte Leitungen werden für kleine Transformatoren, Druckentlastungsventile für große und mittelgroße Transformatoren eingesetzt.

Explosionsgeschützte Leitung (auch bekannt als Kraftstoffeinspritzleitung)

Das explosionsgeschützte Rohr ist auf dem oberen Deckel des Transformators installiert. Das trichterförmige Rohr ist mit der Atmosphäre verbunden, und die Düse ist mit einer Folie abgedichtet. Bei einem Fehler im Transformator steigt die Öltemperatur, das Öl zersetzt sich explosionsartig und erzeugt eine große Menge Gas. Der Druck im Öltank steigt sprunghaft an. Sobald der Druck im Öltank 5 × 10⁴ Pa erreicht, reißt die Folie des explosionsgeschützten Rohrs, und Öl und Gas werden durch die Düse ausgestoßen, um eine Explosion oder Verformung des Öltanks zu verhindern.

Druckentlastung

Im Vergleich zu explosionsgeschützten Rohren bieten Druckentlastungsventile die Vorteile eines geringen Öffnungsdruckfehlers, einer kurzen Verzögerungszeit (nur 2 ms), einer hohen Temperaturregelung und einer wiederholten Betätigung, weshalb sie in großen und mittelgroßen Transformatoren weit verbreitet eingesetzt werden.

Die Druckentlastungseinrichtung, auch Druckminderer genannt, ist – ähnlich dem Sicherheitsventil eines Kessels – auf dem Deckel des Transformatorbehälters montiert. Überschreitet der Druck im Brennstofftank einen festgelegten Wert, öffnet sich die Verschlussklappe (das Ventil) des Druckentlastungsventils, das Gas entweicht, und nach dem Druckabfall schließt sich die Verschlussklappe durch die Federkraft wieder. Das Druckentlastungsventil kann vor der Inbetriebnahme oder während Wartungsarbeiten ausgebaut werden, um den Betriebsdruck zu messen und gegebenenfalls zu korrigieren.

Die Einstellung des Betriebsdrucks des Druckentlastungsventils muss mit der Einstellung des Betriebsdurchflusses des Gasrelais abgestimmt werden.

Der Druckentlastungsmechanismus ist im oberen Bereich des Kraftstofftankdeckels angebracht und ist in der Regel mit einem Steigrohr verbunden, sodass die Höhe des Entlastungsmechanismus der Höhe des Ölkissens entspricht, um den statischen Druckunterschied des Öls unter normalen Bedingungen zu beseitigen.

(8) Kühler

Die Form des Kühlers kann gewellt, fächerförmig, kreisförmig oder als Abgasrohr ausgeführt sein. Je größer die Wärmeabfuhrfläche, desto besser die Wärmeabfuhr. Besteht ein Temperaturunterschied zwischen der Öltemperatur der oberen und der unteren Schicht des Transformators, entsteht durch den Kühler eine Konvektion des Öls. Dieses fließt nach der Kühlung durch den Kühler zurück in den Öltank und senkt so die Temperatur des Transformators. Zur Verbesserung der Kühlwirkung können Maßnahmen wie Luftkühlung, Zwangsluftkühlung und Zwangswasserkühlung eingesetzt werden. Die häufigste Fehlerursache des Kühlers ist Ölleckage.

(9) Buchholz-Gasrelais

Das Buchholzrelais wird mithilfe des Flansches zwischen dem Ölbehälter und dem Verbindungsrohr des Transformatorgehäusedeckels montiert. Im Betrieb ist das Buchholzrelais mit Öl gefüllt. Bei einem leichten Fehler im Transformator und der damit einhergehenden Bildung von Luftblasen sammeln sich diese zunächst im oberen Bereich des Buchholzrelais. Dadurch sinkt der Ölstand, sodass die obere Öffnungshülse ihren Auftrieb verliert und ihr Eigengewicht zunimmt. Dies führt zu einer Auslenkung in die entgegengesetzte Richtung und bewirkt, dass sich der Magnet dem Reed-Kontakt nähert. Das Prinzip ist beim Relais mit unterer Kontaktblende identisch.

(10) Temperaturmessgerät

Der Öloberflächentemperaturanstieg bezeichnet den Wert, um den die Öloberflächentemperatur im Öltank die Umgebungstemperatur überschreiten darf, wenn der Transformator im Nennbetrieb arbeitet.

Die Öltemperatur des Haupttransformators ist vorübergehend so eingestellt, dass bei 80°C ein Alarm ausgelöst und bei 100°C eine Abschaltung erfolgt.

(11) Neutralleiter-Erdungsmesser

Die Neutralpunkterdung des 110-kV-Stromnetzes meines Landes erfolgt hauptsächlich über die direkte Neutralpunkterdung (einschließlich der Neutralpunkterdung über einen kleinen Widerstand), d. h. es handelt sich um ein System mit hohem Erdschlussstrom. Dies ist darauf zurückzuführen, dass im System bei einem einphasigen Erdschluss ein hoher Erdschlussstrom auftritt.

Wenn der Transformator abgeschaltet ist, muss sein Neutralleiter geerdet werden. Da die Transformatorwicklung teilisoliert ist (auch als Gradientenisolierung bekannt), d. h. die Hauptisolierung des neutralleiternahen Teils der Transformatorwicklung ist dort geringer als am Wicklungsende. Um Schäden durch Überspannung zu vermeiden, muss daher der Neutralleiter bei abgeschaltetem Transformator geerdet werden.

(12) Stufenschalter (auch Umschalter genannt)

Wird der Ölbehälter für den Spannungsreglertransformator unter Last verwendet, so wird am Boden des Ölbehälters ein Schaltölbehälter ohne Kapseln installiert.

Die Methoden zur Spannungsregelung von Transformatoren werden in zwei Typen unterteilt: Spannungsregelung unter Last und Spannungsregelung im Leerlauf:

Spannungsregelung unter Last bedeutet, dass der Transformator während des Betriebs seine Anzapfposition anpassen und dadurch das Übersetzungsverhältnis des Transformators ändern kann, um den Zweck der Spannungsregelung zu erreichen.

Die Anzapfungen von Transformatoren erfolgen im Allgemeinen von der Hochspannungsseite aus, wobei vor allem folgende Aspekte zu berücksichtigen sind:

(1) Die Hochspannungswicklung des Transformators befindet sich im Allgemeinen außen, und der Abgriff ist leicht anzuschließen;

(2) Der Strom auf der Hochspannungsseite ist kleiner, und der Leiterquerschnitt des Zuleitungsdrahtes und des stromführenden Teils des Trennschalters ist kleiner, und der Einfluss eines schlechten Kontakts kann leicht behoben werden.

Prinzipiell kann der Anzapfpunkt auf beiden Seiten liegen, und es sind wirtschaftliche und technische Vergleiche erforderlich. Beispielsweise wird der Anzapfpunkt eines 500-kV-Großtransformators auf der 220-kV-Seite entnommen, während die 500-kV-Seite feststeht.

Wenn die Spannung zu niedrig oder zu hoch ist und mehrere Stufen des Laststufenschalters angepasst werden müssen, um die Anforderungen zu erfüllen, ist auf Folgendes zu achten:

Die Einstellung sollte stufenweise erfolgen. Das heißt, nach jedem Drücken der Taste N+1 oder N-1 wird eine Minute lang in der Mitte pausiert. Sobald eine neue Zahl auf der Stufenanzeige erscheint, drücken Sie die Taste erneut. Wiederholen Sie diesen Vorgang, bis die gewünschte Einstellung erreicht ist. Bei gekoppeltem elektrischem Betrieb (d. h. bei gleichzeitiger Einstellung mehrerer Stufen, auch bekannt als Schiebebetrieb) sollte die zweite Stufenposition auf der Stufenanzeige des Haupttransformators angezeigt werden. Drücken Sie in diesem Fall sofort den Not-Aus-Knopf und schalten Sie auf manuellen Betrieb um.

(13) Ölreiniger (auch bekannt als Temperaturdifferenzfilter)

Der Ölreiniger ist ein mit Adsorptionsmittel (Kieselgel oder Aktivtonerde) gefüllter Behälter, der an der Seitenwand des Transformatorkessels oder im unteren Bereich des Hochleistungsölkühlers installiert ist. Im Betrieb des Transformators strömt das Transformatoröl aufgrund des Temperaturunterschieds zwischen der oberen und unteren Ölschicht von oben nach unten durch den Ölreiniger und erzeugt dabei Konvektion. Beim Kontakt mit dem Adsorptionsmittel werden Feuchtigkeit, Säuren und Oxide im Öl absorbiert, wodurch das Öl gereinigt und seine Lebensdauer verlängert wird.

Ölsystem des ölgekühlten Transformators

Öltransformatoren verfügen über mehrere voneinander unabhängige Ölsysteme. Im Betrieb des Transformators sind die Öle dieser Systeme nicht miteinander verbunden, und ihre Ölqualität sowie die Betriebsbedingungen unterscheiden sich.

(1) Internes Ölsystem des Hauptkörpers

Bei den Ölsystemen, die mit dem Öl um die Wicklungen herum in Verbindung stehen, handelt es sich ausschließlich um Systeme im Hauptkörper, einschließlich des Öls im Kühler bzw. Radiator, des Öls im Ölbehälter und des Öls in der ölgefüllten Durchführung für Spannungen bis 35 kV.

Beim Öleinfüllen müssen die im Ölsystem vorhandenen Entlüftungsschrauben geöffnet werden. Die oben genannten Komponenten sollten in der Regel über eigene Entlüftungsschrauben verfügen. Das Öl im Hauptbehälter dient hauptsächlich der Isolierung und Kühlung. Es erhöht außerdem die elektrische Festigkeit von Isolierpapier oder -karton. Sollte es beim Vakuumeinfüllen vorkommen, dass einige Teile nicht dem gleichen Vakuum wie der Hauptöltank standhalten, ist eine temporäre Absperrvorrichtung, beispielsweise ein Absperrventil zwischen Ölbehälter und Hauptöltank, zu verwenden. Die Förderhöhe der Tauchölpumpe am Kühler muss ausreichend sein, um das Ansaugen von Luft durch Unterdruck zu verhindern. Das Ölsystem muss über ein Druckentlastungssystem verfügen, um den bei einem Defekt entstehenden Druck abzubauen.

(2) Öl im Umschalterfach des unter Last stehenden Stufenschalters

Dieser Teil des Ölkreislaufs verfügt über ein eigenes Schutzsystem, bestehend aus Durchflussrelais, Ölbehälter und Druckbegrenzungsventil. Das Öl in diesem Schaltraum dient der Isolierung und unterbricht den Stromfluss. Es gelangt in den Ölkreislauf, der entsteht, wenn der Umschalter den Laststrom abschaltet. Dieses Ölsystem erfordert eine hohe Dichtleistung, die auch bei Lichtbogenbildung während des Schaltvorgangs gewährleistet sein muss.

Obwohl das Öl in der Umschaltkammer des Laststufenschalters vom Öl im Hauptgehäuse getrennt ist, sollte die Umschaltkammer zur Vermeidung einer Beschädigung der Dichtung beim Vakuumölen gleichzeitig mit dem Öl im Hauptgehäuse vakuumgeschmiert werden. Das System weist das gleiche Vakuumniveau auf. Falls erforderlich, sollte der Ölbehälter dieses Systems beim Evakuieren ebenfalls isoliert werden. Aus konstruktionstechnischen Gründen sind der Öltank des Hauptgehäuses und der Öltank des Schaltraums als voneinander isolierte Einheiten ausgeführt.

(3) Vollständig abgedichtet für Spannungen ab 60 kV

Die Hauptfunktion dieses Ölsystems besteht darin, das Isolierpapier in der Ölkondensatorbuchse zu isolieren bzw. dessen elektrische Festigkeit zu erhöhen. Beim Einfüllen des Öls in das Hauptgehäuse muss der Anschluss am Ende der Hülse dicht verschlossen werden, um das Eindringen von Luft zu verhindern.

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(4) Öl im Hochdruckauslasskasten oder Öl im Gasauslasskasten

Die Hochspannungsableitung des dreiphasigen 500-kV-Transformators ist durch das Wellrohr-Isolierölsystem isoliert. Dieses Ölsystem dient hauptsächlich der Isolierung.

Um die Konstruktion zu vereinfachen, kann dieses Ölsystem entweder über ein Verbindungsrohr mit dem Ölsystem im Hauptkörper verbunden oder als separates Ölsystem ausgeführt werden.

(5) An ölgekühlten Transformatoren werden verschiedene Isolationsprüfungen durchgeführt.

Der erste Vorgang ist die Entlüftung, bei der potenziell gespeichertes Gas über eine Entlüftungsschraube abgelassen wird. Das Vorhandensein oder Fehlen potenzieller Fehler lässt sich durch die Analyse der Gas-in-Öl-Chromatographie jedes Systems vorhersagen. Jedes Ölsystem muss die Betriebsanforderungen erfüllen, wie z. B. die Kompensation der Ölvolumenänderung bei Ausdehnung und Zusammenziehen des Öls, das Ölablassventil, die Entlüftungsschraube, das Absperrventil des Kühlers und des Hauptöltanks usw. Jedes Ölsystem weist eine gute Dichtleistung auf. Das Öl im Laststufenschalter-Umschaltraum sollte separat ausgetauscht werden, ohne das Öl im Hauptgehäuse abzulassen. Das Öl im Hauptgehäuse kann während des Transports abgelassen und mit trockenem Stickstoff befüllt werden.

Fehleranalyse eines ölgekühlten Transformators

Zu den häufigsten Fehlern bei Transformatoren im Betrieb gehören Fehler an Wicklungen, Durchführungen, Stufenschaltern, Eisenkernen, Öltanks und anderem Zubehör.

(1) Wicklungsausfall

Es handelt sich hauptsächlich um Windungsschluss, Wicklungserdung, Phasenschluss, Drahtbruch und Schweißverbindungen.

(2) Gehäuseversagen

Die Transformatordurchführung ist verschmutzt, was bei starkem Nebel oder leichtem Regen zu einem Überschlag durch Verschmutzung führt, der die einphasige Erdung oder einen Kurzschluss zwischen den Phasen auf der Hochspannungsseite des Transformators verursacht.

(3) Schwere Leckage

Der Transformator verliert Öl, wenn es stark oder kontinuierlich aus der beschädigten Stelle austritt, sodass der Ölstandsanzeiger keinen Ölstand mehr anzeigt. In diesem Fall muss der Transformator sofort abgeschaltet werden, um das Leck zu beheben und Brennstoff nachzufüllen. Ursachen für den Ölverlust sind Risse in den Schweißnähten oder defekte Dichtungsteile sowie starker Rost am Brennstofftank, der durch Vibrationen und äußere Einwirkungen im Betrieb beschädigt wurde.

(4) Ausfall des Stufenschalters

Zu den häufigsten Fehlern gehören schlechter Kontakt oder ungenaue Position des Stufenschalters, Schmelzen und Verbrennungen an der Kontaktfläche sowie das Entladen der Zwischenphasenkontakte oder das Entladen jedes einzelnen Stufenschalters.

(5) Ausfall aufgrund von Überspannung

Wird ein Transformator im Betrieb von einem Blitz getroffen, verursacht die hohe Blitzspannung Überspannungen außerhalb des Transformators. Ändern sich Parameter des Stromnetzes aufgrund elektromagnetischer Schwingungen, entstehen ebenfalls Überspannungen innerhalb des Transformators. Die meisten Schäden an Transformatoren durch Überspannung sind auf den Durchschlag der Hauptisolierung der Wicklung zurückzuführen, was zum Ausfall des Transformators führt.

(6) Versagen des Eisenkerns

Der Ausfall des Eisenkerns wird meist durch eine Beschädigung der Isolierung der Kerndurchführungsschraube der Eisenkernsäule oder der Klemmschraube des Eisenkerns verursacht.

(7) Ölleckagephänomen

Ist der Ölstand im Transformator zu niedrig, sind die Durchführungsleitungen und der Stufenschalter der Luft ausgesetzt, wodurch sich die Isolationsleistung stark verringert und es leicht zu einem Durchschlagsentladung kommen kann.

Betrieb und Wartung von Transformatoren

Um den sicheren Betrieb und die zuverlässige Stromversorgung des Transformators zu gewährleisten, müssen Störungen frühzeitig erkannt und behoben werden, um Unfälle und deren Ausbreitung zu verhindern. Daher ist eine regelmäßige Überprüfung des Transformators im Betrieb unerlässlich. Die durchgeführten Kontrollen sind zu dokumentieren.

(1) Der normale Betriebsmodus des Transformators

① Nennbetriebsmodus

Unter den vorgegebenen Kühlbedingungen kann der Transformator gemäß den Angaben auf dem Typenschild betrieben werden. Die zulässige Betriebstemperatur des ölgekühlten Transformators ist anhand der Öltemperatur zu überprüfen. Diese Öltemperatur muss den Herstellervorgaben entsprechen, darf jedoch maximal 95 °C betragen. Um eine zu schnelle Alterung des Transformatoröls zu vermeiden, sollte die Öltemperatur nicht dauerhaft über 85 °C steigen.

Die angelegte Spannung des Transformators darf im Allgemeinen 105 % des Nennwerts nicht überschreiten. Bei dieser Spannung kann die Sekundärseite des Transformators den Nennstrom führen. In Einzelfällen kann die angelegte Spannung nach Prüfungen oder mit Zustimmung des Herstellers 110 % der Nennspannung betragen.

② Überlastung zulassen

Transformatoren können im normalen Überlastbetrieb oder im Störfallbetrieb betrieben werden. Der normale Überlastbetrieb ist häufig zulässig; sein zulässiger Wert richtet sich nach der Lastkennlinie des Transformators, den Kühlbedingungen und der Last vor dem Überlastbetrieb. Störfallbetrieb ist nur im Störfall zulässig (bei Transformatoren, die noch in Betrieb sind).

Der zulässige Wert der versehentlichen Überlastung muss den Vorschriften des Herstellers entsprechen; gibt es keine Vorschriften des Herstellers, kann der selbstkühlende ölgekühlte Transformator gemäß den Anforderungen in der nachstehenden Tabelle betrieben werden.

(2) Außergewöhnlicher Betrieb und Notfallmaßnahmen an Transformatoren

(a) Betriebsstörungen. Sollten Betriebsstörungen am Transformator auftreten (z. B. Ölaustritt, unzureichender Ölstand im Ölkissen, ungewöhnliche Erwärmung, ungewöhnliche Geräusche usw.), versuchen Sie, diese zu beheben. Tritt einer der folgenden Fälle ein, ist der Betrieb unverzüglich zur Reparatur einzustellen.

① Der Innenschall ist laut, ungleichmäßig und es sind Knallgeräusche zu hören.

② Unter normalen Kühlbedingungen ist die Temperatur anormal und steigt ständig an.

③ Die Ölkissen- oder explosionsgeschützte Rohreinspritzung.

④ Durch Ölaustritt sinkt der Ölstand unter den Grenzwert der Ölstandsanzeige.

⑤ Die Farbe des Öls verändert sich zu stark, und es befinden sich Kohlenstoffablagerungen im Öl.

⑥ Das Gehäuse weist erhebliche Beschädigungen und eine Entladung auf.

(b) Unzulässige Überlastungen, anormale Temperaturanstiege und Ölstände. Überschreitet die Überlastung des Transformators den zulässigen Wert, ist die Last des Transformators umgehend anzupassen. Steigt die Transformatoröltemperatur über den zulässigen Grenzwert, ist die Ursache zu ermitteln und entsprechende Maßnahmen zu ergreifen. Daher sind folgende Arbeiten durchzuführen.

① Überprüfen Sie die Last des Transformators und die Temperatur des Kühlmediums und vergleichen Sie diese mit der Temperatur, die bei dieser Last und Kühltemperatur auftreten sollte.

② Überprüfen Sie das Thermometer.

③ Überprüfen Sie die Belüftung der mechanischen Kühlvorrichtung des Transformators bzw. des Transformatorraums.

Wenn festgestellt wird, dass die Öltemperatur bei gleicher Last und Kühltemperatur mehr als 10 °C über dem Normalwert liegt oder die Öltemperatur trotz gleichbleibender Last weiter ansteigt und Kühlvorrichtung, Belüftung des Transformatorraums und Thermometer alle normal funktionieren, kann es sich um einen internen Fehler des Transformators handeln (z. B. Eisenkernbrand, Kurzschluss zwischen Spulenlagen usw.). In diesem Fall muss der Transformator sofort zur Reparatur abgeschaltet werden.

Wenn das Öl im Transformator erstarrt ist, darf der Transformator unter Last in Betrieb genommen werden. Es muss jedoch darauf geachtet werden, ob die obere Öltemperatur und die Ölzirkulation normal sind.

Wenn festgestellt wird, dass der Ölstand des Transformators deutlich unter dem für die jeweilige Öltemperatur erforderlichen Ölstand liegt, muss unverzüglich Öl nachgefüllt werden. Sinkt der Ölstand aufgrund eines starken Ölaustritts rapide ab, darf das Gasrelais nicht nur auf das Signal reagieren; es müssen sofort Maßnahmen ergriffen werden, um den Ölaustritt zu stoppen und Öl nachzufüllen.

(c) Vorgehensweise bei Auslösung des Buchholz-Relais. Bei Auslösung des Gasrelais ist der Transformator zu überprüfen, um die Ursache der Signalwirkung zu ermitteln. Liegt diese beispielsweise in Lufteintritt, einem zu niedrigen Ölstand oder einem Fehler im Sekundärkreis? Lässt sich der Fehler nicht außerhalb des Transformators feststellen, muss die Art des im Relais angesammelten Gases bestimmt werden. Handelt es sich um farbloses, geruchloses und nicht brennbares Gas, ist es vom Öl getrennte Luft, und der Transformator kann weiterbetrieben werden. Ist das Gas brennbar, muss der Transformator abgeschaltet und die Ursache der Auslösung sorgfältig untersucht werden.

Beim Prüfen, ob das Gas entzündlich ist, muss besonders darauf geachtet werden, dass das Feuer nicht in der Nähe der Oberseite des Relais, sondern 5-6 cm darüber platziert wird.

Wenn die Auslösung des Buchholz-Relais nicht durch Lufteintritt in den Transformator verursacht wird, sollte der Flammpunkt des Öls überprüft werden. Liegt der Flammpunkt um mehr als 5 °C unter dem vorherigen Messwert, deutet dies auf einen Fehler im Transformator hin.

Wenn der Transformator aufgrund der Auslösung des Gasrelais auslöst und die Inspektion ergibt, dass es sich um ein brennbares Gas handelt, darf der Transformator ohne eine spezielle Inspektion und Prüfung nicht wieder in Betrieb genommen werden.

Je nach Art des Fehlers gibt es im Allgemeinen zwei Arten von Aktionen des Gasrelais: die eine ist die Signalaktion ohne Auslösung; die andere ist die gleichzeitige Aktion von beidem.

Die Ursache dafür, dass das Signal nicht auslöst, liegt in der Regel in folgenden Fällen:

① Durch Ölleckagen, Nachfüllen von Brennstoff oder ein mangelhaftes Kühlsystem dringt Luft in den Transformator ein.

② Der Ölstand sinkt langsam aufgrund von Temperaturabfall oder Ölleckage.

③ Durch einen Transformatorausfall entsteht eine geringe Menge Gas.

④ Verursacht durch einen durchlaufenden Kurzschluss.

Das Signal und der Schalter reagieren gleichzeitig, oder nur der Schalter. Dies kann auf einen schwerwiegenden Fehler im Transformator, einen zu schnellen Ölstandsabfall oder einen Defekt im Sekundärkreis der Schutzeinrichtung hindeuten. In manchen Fällen, beispielsweise nach einer Reparatur, kann sich die Luft im Öl zu schnell abscheiden und ebenfalls den Schalter auslösen.

(d) Behandlung von Transformatorölleckagen

There are two types of oil leakage: weld oil leakage and seal oil leakage. The oil leakage treatment of the welding seam is repair welding. When welding, the body should be lifted out and the oil should be drained. The cause of the oil leakage of the seal should be identified, such as poor operation (the sealing gasket is not placed correctly, the pressure is uneven, the pressure is not enough, etc.), and it should be repaired as appropriate. If the gasket is aged or damaged (such as the oil-resistant rubber is sticky, loses elasticity, cracks, etc.), the sealing material should be replaced.

(3) Patrol inspection of oil-immersed transformers

The transformers in operation should be regularly inspected and monitored in order to detect abnormal phenomena or faults in time and avoid serious accidents.

Items that should be checked and monitored generally include:

(1) Whether the transformer has abnormal sound, such as uneven sound or discharge sound.

(2) Whether the oil level is normal and whether there is leakage or oil leakage.

(3) Whether the oil temperature is normal (the upper oil temperature should not exceed 85℃ in general).

(4) Whether the casing is clean, whether there are cracks, damage and discharge.

(5) Whether the joint is hot or not.

(6) Whether the explosion-proof membrane of the explosion-proof pipe is complete.

(7) Check whether the Buchholz relay leaks oil and whether the inside is full of oil.

(8) Whether the respirator is unblocked, whether the oil level of the oil-sealed respirator is normal, and whether the silica gel in the respirator is saturated with moisture.

(9) Whether the cooling system is operating normally.

(10) Whether the ground wire of the casing is in good condition.