Dideli galios transformatoriaus gedimai: diagnostika ir analizė (100 MVA, 132/22 kV) – 3 dalis

1. Kodėl transformatorių gedimai yra svarbūs aukštos įtampos sistemose

 

 

100 MVA 132 kV galios transformatoriai2025 m. gruodžio mėn. Scotech Electrical pristatė į Malaiziją „TikTok“ duomenų centro projektui. Šis „Scotech“ parengtas straipsnis yra specialiai sukurtas inžinieriams, operatoriams ir sprendimų priėmėjams,{2}}kurie susiduria su dideliais galios transformatorių gedimais 100 MVA klasės įrangoje, daugiausia dėmesio skiriant realiai transformatorių gedimų diagnostikai, transformatoriaus trikčių šalinimui, apsaugos elgsenai ir transformatoriaus gedimų analizei. Susijusi nuoroda į diegimo etapo kontekstą:Prieš-įdiegimo kontrolinio sąrašo vadovas

Dideli galios transformatoriai, tokie kaip 100 MVA 132/22 kV blokai, yra kritinės infrastruktūros sudedamosios dalys. Galios transformatoriaus gedimai tokiose sistemose gali turėti visos sistemos pasekmių, įskaitant elektros energijos tiekimo nutraukimą, duomenų centro prastovą ir rimtus įrangos pažeidimus. Ekstremaliais atvejais gedimai gali būti susiję su gaisro pavojumi, elektros gedimais, šiluminės perkrovos sąlygomis, izoliacijos gedimu ir mechaniniais aktyviosios transformatoriaus dalies defektais.

Šiame straipsnyje paaiškinama, kaip nustatyti, analizuoti ir reaguoti į tipinius transformatoriaus gedimo režimus, remiantis tikrais apsaugos signalais ir lauko veikimo praktika.

2. Dažni transformatorių gedimų tipai

 

Transformatorių gedimus galima suskirstyti į keturias pagrindines technines sritis, skirtas transformatoriaus gedimų analizei ir transformatoriaus gedimų aptikimui.

2.1 Vidiniai elektros gedimai

Šie gedimai paprastai yra rimti ir reikalauja nedelsiant pašalinti transformatoriaus triktis.

Tipiškos priežastys yra:

• Apvijos trumpasis jungimas (tarp-posūkis arba fazė-į-fazę)
• Šerdies įžeminimo gedimai
• Dalinis išleidimas izoliacinės sistemos viduje

Tai yra glaudžiai susiję su galios transformatoriaus gedimo priežastimis ir dažnai juos nustato diferencinės apsaugos sistemos.

2.2 Šiluminiai gedimai

2.3 Izoliacijos gedimai

Izoliacijos pablogėjimas yra vienas dažniausių ilgalaikių{0}}transformatoriaus gedimų diagnozavimo mechanizmų.

Tipiškos priežastys:

• Aliejaus{0}}popieriaus senėjimas
• Drėgmės patekimas
• Elektrinio įtempio kaupimasis

Šios sąlygos dažnai sukelia transformatoriaus gedimų aptikimo pavojaus signalus per DGA sistemas.

2.4 Mechaniniai ir konstrukciniai gedimai

Mechanines problemas dažnai sukelia transportavimas, vibracija arba ilgalaikis{0}} veikimas.

Pavyzdžiai:

• Apvijos poslinkis
• Užveržimo atlaisvinimas
• Struktūriniai vibracijos sutrikimai

Tai taip pat yra transformatoriaus gedimo režimų, stebimų atliekant lauko transformatoriaus trikčių šalinimą, dalis.

3. Apsauga-pagrįsta transformatoriaus gedimų diagnostika

 

Apsaugos sistemos yra pirmasis ir svarbiausias apsaugos sluoksnis transformatorių gedimų diagnostikoje. Kai atsiranda apsaugos signalas, inžinieriai turi nustatyti, ar tai vidinis, ar išorinis gedimas.

3.1 Diferencialinės apsaugos veikimas

Kai veikia transformatoriaus diferencialo apsauga, ji paprastai laikoma didelio{0}}patikimumo vidinio gedimo indikatoriumi.

Tipiškos priežastys yra:

• Inter-posūkio arba fazės-į-fazės apvijos gedimas
• Sunkus izoliacijos gedimas transformatoriaus bako viduje
• Šerdies įžeminimas arba nenormali šerdies cirkuliacinė srovė

Daugumoje didelių galios transformatorių (pvz., 100 MVA įrenginių, naudojamų duomenų centrų pastotėse) diferencinės apsaugos veikimas traktuojamas kaip kritinė išjungimo sąlyga.

 

Lauko atsako logika:

• Patikrinkite apsaugos signalo nuoseklumą (relė + stebėjimo sistema)
• Patikrinkite, ar nėra išorinio trumpojo jungimo{0}}įrodymų (kad būtų išvengta netinkamo koordinavimo)
• Patikrinkite, ar nėra alyvos nuotėkio, deformacijos ar neįprasto triukšmo
• Peržiūrėkite gedimų įrašus ir bangos formos duomenis

Daugeliu atvejų reikia nedelsiant izoliuoti transformatorių.

3.2 Buchholz relė (dujų relė)

„Buchholz“ relė yra pagrindinis alyvos{0}}transformatorių apsaugos įtaisas, skirtas ankstyvoje stadijoje aptikti vidinius gedimus dėl dujų kaupimosi ir alyvos tekėjimo.

Esant lengvų dujų aliarmo sąlygoms, lauko diagnostikos veiksmai paprastai apima dujų mėginio paėmimą sudėties analizei, ištirpusių dujų analizę (DGA) ir alyvos lygio bei temperatūros tendencijų tikrinimą, siekiant įvertinti, ar nenormali būklė vystosi, ar stabili.

 

Esant sunkioms dujų išjungimo sąlygoms, primygtinai rekomenduojama nedelsiant išjungti transformatorių. Po izoliavimo reikia atlikti išsamų DGA, patikrinti relės kamerą, ar nėra dujų kaupimosi ar neįprasto mechaninio elgesio, ir kruopščiai išanalizuoti gedimo dujų sudėtį, siekiant nustatyti vidinio gedimo tipą ir sunkumą.

 

3.3 Slėgio mažinimo įtaisas (PRD)

Slėgio mažinimo įtaisas veikia, kai vidinis bako slėgis greitai pakyla virš saugių projektinių ribų. Ši sąlyga paprastai siejama su didelės-energijos vidiniais gedimais, pvz., vidinio lanko gedimais, apvijų ar švino trumpaisiais jungimais arba greitu alyvos skilimu, dėl kurio susidaro didelis kiekis dujų.

Žvelgiant iš inžinerinės perspektyvos, PRD veikimas paprastai yra rimtas vidinio transformatoriaus gedimo požymis, ypač dideliuose MVA įrenginiuose, kur gedimo energijos išsiskyrimas yra reikšmingas.

 

Praktikoje įvykis turėtų būti traktuojamas kaip galimas kritinis gedimas. Būtina patikrinti, ar veikė ir kitos apsaugos sistemos, tokios kaip diferencialo apsauga ar Buchholco relė, ir apžiūrėti transformatorių, ar nėra alyvos išsiliejimo, bako deformacijos ar mechaninio įtempimo požymių. Kad būtų išvengta tolesnės žalos ar pavojaus saugai, būtina nedelsiant išjungti ir izoliuoti elektros energiją.

4. Tipiški gedimų scenarijai ir lauko trikčių šalinimas

 

4.1 Transformatoriaus gaisro incidentas

Transformatoriaus gaisras yra viena iš kritiškiausių avarinių sąlygų elektros energijos sistemose. Jį gali sukelti vidinis trumpojo jungimo-gedimas, kai užsidega lankas, išorinis nutekėjusios izoliacinės alyvos užsidegimas arba rimti įvorės ir gnybtų gedimai, dėl kurių susidaro nuolatinis lankas.

Praktiškai transformatoriaus gaisro įvykiai turi būti traktuojami kaip visos sistemos{0}}avarinės situacijos. Būtina nedelsiant izoliuoti visas transformatoriaus puses, o po to atjungti aušinimo sistemos papildomą maitinimo šaltinį. Gaisro gesinimo sistemos, pvz., purškimas arba azoto įpurškimas, turi būti nedelsiant įjungtos, kad būtų kontroliuojamas liepsnos plitimas. Ypatingas dėmesys turi būti skiriamas siekiant užkirsti kelią ugnies plitimui į gretimą įrangą. Sunkiais atvejais kontroliuojamas alyvos nutekėjimas gali būti įvertintas atsižvelgiant į gaisro vietą ir konstrukcinę riziką.

 

4.2 Įvorės gedimas arba sprogimas

 

4.3 Aušinimo sistemos gedimas

Aušinimo sistemos gedimas tiesiogiai veikia transformatoriaus apvijų ir izoliacinės alyvos šiluminį stabilumą. Kai aušinimo efektyvumas sumažėja arba prarandamas, alyvos temperatūra greitai pakyla, izoliacijos senėjimas pagreitėja, o esant didelei apkrovai gali įvykti terminis nutekėjimas.

Lauko reakcija pirmiausia turėtų patikrinti aušinimo sistemos maitinimo šaltinį ir atleidimo būseną, tada patvirtinti ventiliatoriaus ir siurblio veikimą ir nuolat stebėti apvijų temperatūros tendencijas. Jei abi aušinimo sistemos sugenda, kol apkrova išlieka didelė, reikia nedelsiant perkelti apkrovą arba ją išjungti, kad būtų išvengta transformatoriaus perkaitimo.

 

4.4 Nenormalus triukšmas

Transformatoriaus akustinis elgesys yra svarbus ne{0}}invazinis diagnostikos rodiklis. Garso modelių pokyčiai dažnai atspindi vidinius elektrinius ar mechaninius sutrikimus.

Nuolatinis triukšmo padidėjimas paprastai yra susijęs su perkrova arba įtampos svyravimais. Traškesys ar traškėjimas gali rodyti dalinį iškrovimą, o virimo{1}}garsai dažnai yra susiję su izoliacijos perkaitimu arba drėgmės užteršimu. Nereguliarus mechaninis triukšmas gali rodyti šerdies laisvumą arba struktūrines vibracijos problemas.

Akustinis stebėjimas plačiai naudojamas diagnozuojant transformatoriaus gedimus kaip išankstinio įspėjimo metodas prieš įvykstant elektros gedimui.

 

4.5 Nenormaliai pakilusi alyvos temperatūra

Alyvos temperatūros tendencijos visada turi būti analizuojamos kartu su apkrovos sąlygomis, aplinkos temperatūra ir aušinimo sistemos veikimu. Laipsniškas temperatūros kilimas paprastai rodo perkrovą arba sumažėjusį aušinimo efektyvumą, o greitas temperatūros kilimas gali rodyti vidinį gedimą arba rimtą aušinimo sistemos gedimą.

Nuolatinis stebėjimas ir tendencijų palyginimas yra būtini transformatorių trikčių šalinimo praktikoje, kad būtų galima atskirti veikimo įtampą ir besivystančias gedimų sąlygas.

 

4.6 Alyvos lygio anomalija

 

4.7 Įvorės nuotėkis ir dalinis iškrovimas

Dalinis iškrovimas yra tipiškas aukštos{0} įtampos sistemų izoliacijos pablogėjimo pirmtakas ir yra glaudžiai susijęs su įvorių gedimo mechanizmais. Jis gali pasirodyti kaip paviršiaus vainikas, girdimas iškrovos triukšmas arba UV aptikimo signalai.

Be to, ištirpusių dujų analizė (DGA) dažnai rodo neįprastas tendencijas ankstyvosiose{0}} izoliacijos gedimo stadijose.

Tipiški pagalbiniai rodikliai:

• UV arba infraraudonųjų spindulių aptikimo signalai
• Pagrindinių DGA dujų kiekio padidėjimas
• Lokalūs šildymo arba paviršiaus iškrovimo pėdsakai

Ši būklė rodo laipsnišką izoliacijos gedimą ir gali išsivystyti į visišką gedimą, jei nebus tinkamai valdoma.

 

5. Ištirpusių dujų analizė (DGA) gedimų diagnostikai

 

Ištirpusių dujų analizė (DGA) yra viena iš svarbiausių transformatoriaus gedimų nustatymo ir transformatoriaus gedimų analizės įrankių. Jame pateikiama vidinių elektros ir šiluminių gedimų tipų įžvalga, pagrįsta dujų sudėtimi izoliacinėje alyvoje.

Pagrindinės dujos ir interpretacija

DGA tendencijų analizė yra svarbesnė nei vieno{0}}taško matavimai, nes greitas dujų augimo greitis dažnai rodo aktyvų gedimo progresavimą.

 

6. Sąlygos, kurias reikia nedelsiant išjungti

 

Transformatorius turi būti nedelsiant pašalintas iš eksploatacijos, jei atsiranda bet kuri iš šių sąlygų:

Šios sąlygos rodo didelę rimto vidinio gedimo tikimybę ir reikalauja nedelsiant izoliuoti transformatoriaus sistemą.

 

7. Transformatoriaus tikrinimo ir priežiūros svarstymai

 

Esant rimtoms gedimo sąlygoms, gali prireikti vidinio patikrinimo, kad būtų nustatyta pagrindinė priežastis. Šis procesas turi būti atliekamas kontroliuojamomis aplinkos sąlygomis, įskaitant ribotą drėgmę, švarią darbo aplinką ir griežtas įžeminimo procedūras.

Patikrinimas paprastai apima apvijos poslinkio, šerdies būklės, izoliacijos varžos matavimo ir pašalinių objektų arba mechaninės deformacijos bako viduje identifikavimą.

 

8. Aplinkos ir gyvavimo ciklo svarstymai

 

Per visą transformatoriaus gyvavimo ciklą reguliari priežiūra atlieka esminį vaidmenį užtikrinant veikimo stabilumą. Triukšmas, emisija ir izoliacinė alyva turi atitikti norminius reikalavimus, o eksploatavimo pabaigos transformatoriai turi būti tinkamai perdirbami taikant sertifikuotus procesus, kad būtų išvengta poveikio aplinkai.

 

9. Projekto diegimo eiga

 

10. Išvada: nuo gedimų aptikimo iki sistemos patikimumo

 

Transformatoriaus gedimų negalima visiškai pašalinti, tačiau juos galima veiksmingai kontroliuoti tinkamai interpretuojant apsaugos sistemą, stebint DGA, atliekant terminę analizę ir struktūrizuotą priežiūros strategiją.

Aukštos{0}}įtampos ir duomenų centrų programose transformatoriaus patikimumas tiesiogiai lemia sistemos tęstinumą, todėl gedimų diagnostika ir prevencinė priežiūra yra esminiai eksploatavimo saugos komponentai.