Меры по повышению сопротивления короткому замыканию силовых трансформаторов

Обзор силовых трансформаторов

Электронный силовой трансформатор в основном реализуется с использованием силовой электроники. Он преобразует сигнал промышленной частоты, то есть понижает частоту. Применяя соответствующую схему управления для контроля работы силового электронного устройства, электрическая энергия одной частоты, напряжения и формы сигнала может быть преобразована в электрическую энергию другой частоты, напряжения и формы сигнала. Поскольку объем промежуточного разделительного трансформатора зависит от плотности магнитного потока насыщения материала железного сердечника и максимально допустимого повышения температуры железного сердечника и обмотки, а плотность магнитного потока насыщения обратно пропорциональна рабочей частоте, увеличение рабочей частоты позволяет повысить эффективность использования железного сердечника, тем самым уменьшая габариты трансформатора и повышая его общую эффективность.

2. Меры по повышению сопротивления короткому замыканию силовых трансформаторов

Безопасная, экономичная и надежная работа трансформаторов, а также их выходная мощность зависят от качества их изготовления, условий эксплуатации и качества технического обслуживания. В данной главе рассматриваются меры по эффективному предотвращению внезапных отказов трансформаторов во время эксплуатации и технического обслуживания.

В энергосистеме часто происходят короткие замыкания из-за ударов молнии, неисправностей или отказа релейной защиты и т.д. Сильное воздействие тока короткого замыкания может повредить трансформатор, поэтому необходимо прилагать усилия для повышения его устойчивости к короткому замыканию со всех сторон. Статистические данные об авариях, связанных с коротким замыканием трансформаторов, показывают, что около 80% причин приходится на производственные, а лишь около 10% — на эксплуатационные и технические. Меры, связанные с проектированием и изготовлением, были рассмотрены в главе 2, а в данной главе основное внимание уделяется мерам, которые следует принимать во время эксплуатации и технического обслуживания. В процессе эксплуатации и технического обслуживания, с одной стороны, следует минимизировать короткие замыкания, тем самым уменьшая количество ударов по трансформатору; с другой стороны, необходимо своевременно проверять деформацию обмоток трансформатора, чтобы предотвратить проблемы до их возникновения.

(1) Стандартизировать конструкцию и уделять внимание процессу осевого сжатия при изготовлении катушек. При проектировании производитель должен учитывать не только снижение потерь и повышение уровня изоляции трансформатора, но и повышение механической прочности и устойчивости к короткому замыканию. Что касается процесса изготовления, поскольку во многих трансформаторах используются изоляционные прижимные пластины, и высоковольтные и низковольтные катушки используют одну и ту же прижимную пластину, такая конструкция требует высокого уровня технологии изготовления, а прижимные пластины должны быть уплотнены. Одну катушку сушат при постоянном давлении и измеряют высоту катушки после сжатия; после обработки каждой катушки с одинаковой прижимной пластиной, выполненной описанным выше процессом, ее регулируют до одинаковой высоты, и с помощью гидравлического устройства при окончательной сборке к катушке прикладывается заданное давление. Достичь высоты, соответствующей проектным и технологическим требованиям. При общей сборке, помимо внимания к сжатию высоковольтной катушки, особое внимание следует уделять контролю сжатия низковольтной катушки.

(2) Проведите испытание трансформатора на короткое замыкание, чтобы предотвратить его возникновение до того, как оно произойдет. Надежность работы крупных трансформаторов зависит, во-первых, от уровня их конструкции и технологического процесса изготовления, а во-вторых, от различных испытаний оборудования во время эксплуатации, позволяющих своевременно оценить условия его работы. Для понимания механической устойчивости трансформатора можно улучшить его слабые места с помощью испытаний на короткое замыкание, чтобы гарантировать, что прочность конструкции трансформатора рассчитана с достаточной точностью.

(3) Используйте надежную релейную защиту и систему автоматического повторного включения. Короткое замыкание в системе — это авария, которую люди пытаются предотвратить, но абсолютно избежать не могут, особенно на линии 10 кВ вероятность короткого замыкания очень высока из-за неправильной эксплуатации, попадания мелких животных, внешнего воздействия и ответственности пользователя. Поэтому для трансформатора, введенного в эксплуатацию, в первую очередь следует обеспечить надежный источник постоянного тока для системы защиты и гарантировать правильность защитных действий. В сочетании с нынешней ситуацией, когда внешняя устойчивость трансформатора к короткому замыканию в процессе эксплуатации низкая, следует учитывать неблагоприятные факторы при автоматическом повторном включении или принудительном вводе в эксплуатацию после срабатывания системы защиты от короткого замыкания, иначе это может усугубить повреждение трансформатора и даже лишить возможности его повторного ремонта. В настоящее время некоторые эксплуатационные подразделения отменили использование повторного включения для воздушных линий электропередачи (например, в пределах 2 км) или кабельных линий, исходя из вероятности автоматического устранения короткого замыкания в одно мгновение, или соответствующим образом увеличили интервал между включениями, чтобы уменьшить проблемы, вызванные неспособностью к повторному включению. Следует максимально исключить опасность срабатывания защиты от короткого замыкания.

(4) Активно проводить испытания на деформацию и диагностику обмоток трансформатора. Обычно после воздействия тока короткого замыкания на трансформатор обмотка частично деформируется, и даже если повреждение происходит не сразу, это может привести к серьезным скрытым проблемам. Во-первых, изменяется расстояние между изоляционными слоями, повреждается твердая изоляция, что приводит к частичному разряду. При воздействии перенапряжения от молнии возможно межвитковое и межслойное пробой, приводящее к внезапным повреждениям изоляции. Даже при нормальном рабочем напряжении прорыв изоляции может быть вызван долговременным воздействием частичного разряда.

Таким образом, активное проведение диагностики деформаций обмоток трансформаторов, своевременное выявление неисправных трансформаторов, а также плановая проверка и техническое обслуживание кожухов могут не только сэкономить значительные трудовые и материальные ресурсы, но и сыграть чрезвычайно важную роль в предотвращении аварий с трансформаторами.

Распределение нулей и полюсов передаточной функции H(jw) (то есть частотной характеристики) тесно связано с компонентами и способами подключения в двухполюсной сети. Многочисленные результаты экспериментальных исследований показывают, что обмотки трансформатора обычно имеют больше резонансных точек в частотном диапазоне 10 кГц ~ 1 МГц. При частоте ниже 10 кГц индуктивность обмотки играет основную роль, резонансных точек обычно меньше, и они менее чувствительны к изменению распределенной емкости; при частоте выше 1 МГц индуктивность обмотки компенсируется распределенной емкостью, и резонансные точки также уменьшаются, становясь менее чувствительными к изменениям индуктивности; а с увеличением частоты паразитная емкость измерительного контура (провода) также оказывает существенное влияние на результаты испытаний.

Поскольку тестер деформации обмоток трансформатора дорог и требует высококвалифицированного персонала, его широкое применение в производстве и эксплуатации затруднено. Поэтому в реальной работе метод определения деформации обмотки по изменению емкости обмотки трансформатора может служить полезным дополнением к методу частотной характеристики. Особенно в условиях отсутствия возможности применения метода частотной характеристики, рабочее состояние обмотки трансформатора можно определить своевременно, сравнивая накопленную измеренную емкость по горизонтали и вертикали, что снижает вероятность аварий и обеспечивает безопасную и стабильную работу энергосистемы.

(5) Усилить контроль при строительстве, эксплуатации и техническом обслуживании на объекте, а также использовать надежную систему защиты от короткого замыкания. При установке трансформатора на объекте строительство должно осуществляться в строгом соответствии с инструкциями и спецификациями производителя, качество должно строго контролироваться, и должны быть приняты соответствующие меры для устранения обнаруженных скрытых опасностей. Персонал по эксплуатации и техническому обслуживанию должен усилить контроль, техническое обслуживание и гарантийное обслуживание трансформатора, чтобы обеспечить его исправное рабочее состояние, и принять соответствующие меры для снижения вероятности коротких замыканий на выходе и вблизи него. Чтобы максимально избежать коротких замыканий в системе, для трансформаторов, введенных в эксплуатацию, в первую очередь следует оснастить надежную систему защиты постоянного тока для обеспечения корректности защитных действий; с помощью технологии частотной характеристики измерить состояние трансформатора после воздействия короткого замыкания и целенаправленно проверить кожух в соответствии с результатами испытаний, что позволит эффективно предотвратить возникновение крупных аварий.

Способность трансформатора выдерживать различные токи короткого замыкания в основном зависит от его конструкции и процесса изготовления, а также тесно связана с управлением эксплуатацией, условиями эксплуатации и уровнем технологий строительства. Аварии, вызванные коротким замыканием трансформатора, крайне опасны для работы энергосистемы. Для предотвращения аварий необходимо принимать эффективные меры контроля с различных сторон, чтобы обеспечить безопасную и стабильную работу трансформаторов и энергосистемы.