Misure per migliorare la resistenza ai cortocircuiti dei trasformatori di potenza

Panoramica sui trasformatori di potenza

Il trasformatore di potenza elettronico è realizzato principalmente utilizzando la tecnologia dell'elettronica di potenza. La conversione avviene in un segnale a frequenza di rete, ovvero tramite riduzione di frequenza. Adottando un opportuno schema di controllo per gestire il funzionamento del dispositivo elettronico di potenza, l'energia elettrica di una determinata frequenza, tensione e forma d'onda può essere convertita in energia elettrica di un'altra frequenza, tensione e forma d'onda. Poiché il volume del trasformatore di isolamento intermedio dipende dalla densità di flusso magnetico di saturazione del materiale del nucleo di ferro e dall'aumento massimo di temperatura consentito del nucleo e dell'avvolgimento, e poiché la densità di flusso magnetico di saturazione è inversamente proporzionale alla frequenza di funzionamento, l'aumento della frequenza di funzionamento può migliorare l'efficienza di utilizzo del nucleo di ferro, riducendo così le dimensioni del trasformatore e aumentandone l'efficienza complessiva.

2. Misure per migliorare la resistenza ai cortocircuiti dei trasformatori di potenza

Il funzionamento sicuro, economico e affidabile dei trasformatori, nonché le relative prestazioni, dipendono dalla qualità della loro fabbricazione, dall'ambiente operativo e dalla qualità della manutenzione. Questo capitolo si propone di fornire indicazioni sulle misure da adottare per prevenire efficacemente i guasti improvvisi dei trasformatori durante il loro funzionamento e la loro manutenzione.

La rete elettrica è spesso soggetta a cortocircuiti a causa di fulmini, malfunzionamenti o mancata attivazione dei relè di protezione, ecc. Il forte impatto della corrente di cortocircuito può danneggiare il trasformatore, pertanto è necessario adoperarsi per migliorarne la resistenza ai cortocircuiti sotto ogni aspetto. I risultati statistici relativi agli incidenti da cortocircuito nei trasformatori mostrano che le cause di fabbricazione rappresentano circa l'80%, mentre le cause legate all'esercizio e alla manutenzione rappresentano solo circa il 10%. Le misure relative alla progettazione e alla fabbricazione sono state discusse nel Capitolo 2, mentre questo capitolo si concentra sulle misure da adottare durante l'esercizio e la manutenzione. In queste fasi, da un lato, è necessario ridurre al minimo i guasti da cortocircuito, diminuendo così il numero di volte in cui il trasformatore subisce un impatto; dall'altro, è opportuno verificare tempestivamente la deformazione degli avvolgimenti del trasformatore per prevenire i problemi prima che si verifichino.

(1) Standardizzare la progettazione e prestare attenzione al processo di compressione assiale della produzione delle bobine. In fase di progettazione, il produttore non dovrebbe considerare solo la riduzione delle perdite e il miglioramento del livello di isolamento del trasformatore, ma anche il miglioramento della resistenza meccanica e della resistenza ai guasti da cortocircuito del trasformatore. In termini di processo di produzione, poiché molti trasformatori utilizzano piastre di pressione isolanti e le bobine di alta e bassa tensione condividono una piastra di pressione, questa struttura richiede un elevato livello di tecnologia di produzione e i cuscinetti dovrebbero essere densificati. Asciugare una singola bobina a pressione costante e misurare l'altezza della bobina dopo la compressione; dopo che ogni bobina della stessa piastra di pressione è stata elaborata con il processo di cui sopra, viene regolata alla stessa altezza e il dispositivo idraulico viene utilizzato per applicare la pressione specificata alla bobina durante l'assemblaggio finale. Raggiungere l'altezza dei requisiti di progettazione e di processo. Nell'assemblaggio generale, oltre a prestare attenzione alla compressione della bobina di alta tensione, particolare attenzione dovrebbe essere prestata al controllo della compressione della bobina di bassa tensione.

(2) Eseguire una prova di cortocircuito sul trasformatore per prevenirne l'insorgere. L'affidabilità operativa dei trasformatori di grandi dimensioni dipende in primo luogo dalla loro struttura e dal livello del processo di fabbricazione, e in secondo luogo da diverse prove dell'apparecchiatura durante il funzionamento per comprenderne tempestivamente le condizioni operative. Per comprendere la stabilità meccanica del trasformatore, è possibile migliorarne i punti deboli attraverso prove di cortocircuito per garantire che la resistenza strutturale del trasformatore sia progettata con certezza.

(3) Utilizzare una protezione a relè affidabile e un sistema di richiusura automatica. Il cortocircuito nel sistema è un incidente che si cerca di evitare ma che non è assolutamente possibile prevenire, soprattutto la linea a 10 kV è molto soggetta a cortocircuiti dovuti a errori di funzionamento, ingresso di piccoli animali, forze esterne e responsabilità dell'utente. Pertanto, per il trasformatore messo in funzione, è necessario innanzitutto dotarlo di un'alimentazione CC affidabile per il sistema di protezione e garantire la correttezza dell'azione di protezione. Considerata la situazione attuale in cui la resistenza al cortocircuito esterno del trasformatore è scarsa durante il funzionamento, è necessario valutare i fattori sfavorevoli per la richiusura automatica o la messa in servizio forzata dopo l'intervento del dispositivo di protezione da cortocircuito del sistema, altrimenti si rischia di aggravare i danni al trasformatore e persino di perdere la possibilità di riparazione. Attualmente, alcuni dipartimenti operativi hanno annullato l'uso della richiusura automatica per le linee aeree di prossimità (ad esempio entro 2 km) o per le linee via cavo, in base alla probabilità che il guasto da cortocircuito possa essere eliminato automaticamente in un istante, oppure hanno opportunamente esteso l'intervallo tra le chiusure per ridurre i problemi causati dalla mancata richiusura. Il rischio di interruzione per cortocircuito dovrebbe essere ridotto al minimo possibile.

(4) Eseguire attivamente test di deformazione e diagnosi degli avvolgimenti del trasformatore. Di solito, dopo che il trasformatore è stato colpito dalla corrente di guasto da cortocircuito, l'avvolgimento si deforma parzialmente e, anche se non si danneggia immediatamente, può lasciare un grave problema nascosto. In primo luogo, la distanza di isolamento si modifica e l'isolamento solido si danneggia, provocando scariche parziali. In caso di sovratensione da fulmine, è possibile che si verifichino guasti tra le spire e tra le piastre, con conseguenti improvvisi incidenti di isolamento. Anche a tensione di esercizio normale, gli incidenti di guasto dell'isolamento possono essere causati dall'effetto a lungo termine delle scariche parziali.

Pertanto, l'esecuzione attiva della diagnosi della deformazione degli avvolgimenti dei trasformatori, l'individuazione tempestiva dei trasformatori difettosi e la verifica e manutenzione programmate del coperchio possono non solo far risparmiare molte risorse umane e materiali, ma anche svolgere un ruolo estremamente importante nella prevenzione degli incidenti ai trasformatori.

La distribuzione di zeri e poli della funzione di trasferimento H(jw) (ovvero, la caratteristica di risposta in frequenza) è strettamente correlata ai componenti e ai metodi di connessione nella rete a due porte. Un gran numero di risultati di ricerca sperimentale mostrano che gli avvolgimenti dei trasformatori presentano solitamente più punti di risonanza nell'intervallo di frequenza di 10 kHz~1 MHz. Quando la frequenza è inferiore a 10 kHz, l'induttanza dell'avvolgimento gioca un ruolo principale, il punto di risonanza è generalmente minore ed è meno sensibile alla variazione della capacità distribuita; quando la frequenza supera 1 MHz, l'induttanza dell'avvolgimento viene bypassata dalla capacità distribuita e anche il punto di risonanza si riduce di conseguenza, risultando meno sensibile alle variazioni di induttanza; inoltre, con l'aumentare della frequenza, anche la capacità parassita del circuito di prova (cavo) avrà un impatto significativo sui risultati del test.

Poiché il tester per la deformazione degli avvolgimenti dei trasformatori è costoso e richiede personale altamente qualificato, non è facile che venga ampiamente utilizzato nella produzione e nell'esercizio. Pertanto, nella pratica, il metodo di valutazione della deformazione dell'avvolgimento in base alla variazione della capacità dell'avvolgimento del trasformatore può essere utilizzato come utile complemento al metodo di risposta in frequenza. In particolare, quando il metodo di risposta in frequenza non è applicabile, lo stato di funzionamento dell'avvolgimento del trasformatore può essere individuato tempestivamente confrontando la capacità misurata accumulata orizzontalmente e verticalmente, in modo da ridurre la probabilità di incidenti e garantire il funzionamento sicuro e stabile della rete elettrica.

(5) Rafforzare l'ispezione nella costruzione, nell'esercizio e nella manutenzione del sito e utilizzare un sistema di protezione dai cortocircuiti affidabile. Durante l'installazione del trasformatore in loco, la costruzione deve essere eseguita in stretta conformità con le istruzioni e le specifiche del produttore, la qualità deve essere rigorosamente controllata e devono essere adottate misure appropriate per eliminare i pericoli nascosti rilevati. Il personale addetto all'esercizio e alla manutenzione deve rafforzare l'ispezione, la manutenzione e la gestione della garanzia del trasformatore per garantire che il trasformatore sia in buone condizioni operative e adottare misure appropriate per ridurre la probabilità di guasti da cortocircuito in uscita e nelle aree vicine. Al fine di evitare il più possibile i guasti da cortocircuito del sistema, per i trasformatori che sono stati messi in funzione, innanzitutto dotare il sistema di protezione di un sistema CC affidabile per garantire la correttezza dell'azione di protezione; la tecnologia di prova del metodo di risposta in frequenza misura le condizioni del trasformatore dopo essere stato colpito da un intervento di cortocircuito e controlla intenzionalmente il coperchio in base ai risultati del test, il che può evitare efficacemente il verificarsi di incidenti gravi.

La capacità di un trasformatore di resistere a diverse correnti di cortocircuito dipende principalmente dalla progettazione strutturale e dal processo di fabbricazione, ed è strettamente correlata alla gestione operativa, alle condizioni di esercizio e al livello tecnologico di costruzione. Un incidente di cortocircuito al trasformatore è estremamente dannoso per il funzionamento della rete elettrica. Per evitare incidenti, è necessario adottare misure di controllo efficaci sotto diversi aspetti, al fine di garantire il funzionamento sicuro e stabile dei trasformatori e della rete elettrica.