Која е причината за лошата стабилност на трансформаторот?

Како една од основната опрема на електроенергетскиот систем, трансформаторот ги презема клучните функции на конверзија на напон, пренос и дистрибуција на енергија. Неговата оперативна стабилност директно влијае на безбедноста и доверливоста на целиот електроенергетски систем. Во современите електроенергетски мрежи, трансформаторите постигнуваат ефикасен пренос и разумна дистрибуција на моќноста со менување на напонските нивоа, а со тоа ги задоволуваат потребите на различни корисници за електрична енергија. Покрај тоа, трансформаторите исто така играат важна регулаторна улога во стабилната работа на електроенергетскиот систем, како што е одржувањето на нивото на напон со прилагодување на положбата на чешмата или подобрување на факторот на моќност на системот преку компензација на реактивна моќност. Меѓутоа, при реалната работа, многу трансформатори ќе доживеат проблеми како што се големи флуктуации на напонот, нерамномерна распределба на оптоварувањето и намалени можности за преоптоварување. Овие феномени обично укажуваат на „слаби перформанси на стабилност“ на трансформаторот. Значи, кои се основните причини за слабите перформанси на стабилноста на трансформаторите?

I. Неразумен дизајн и избор

1. Неправилно усогласување на напонот на импедансата

Напонот на импедансата на трансформаторот ја одредува униформноста на распределбата на оптоварувањето кога се работи паралелно. Ако отстапувањето на напонот на импедансата е преголемо кога повеќе трансформатори работат паралелно, трансформаторот со помала импеданса ќе издржи премногу оптоварување и ќе биде во состојба на преоптоварување долго време, со што ќе влијае на стабилноста на целокупниот систем.

2. Недоволна маржа на капацитет

Ако номиналниот капацитет на трансформаторот не се совпаѓа со реалната побарувачка на оптоварување, особено во сценарија со големи флуктуации на оптоварувањето (како што е стартување на индустриската производна линија, поврзување со нова енергетска мрежа), трансформаторот често работи блиску или го надминува номиналниот капацитет, што го отежнува одржувањето на стабилен излезен напон.

3. Опсегот на прилагодување на менувачот на чешмата е ограничен

Бројот на брзини и точноста на прилагодување на менувачот за регулација на напон при оптоварување се недоволни и не можат ефикасно да се справат со големите флуктуации на напонот на мрежата, што предизвикува напонот на секундарната страна да отстапува од нормалниот опсег.

II. Проблеми со процесот на производство и квалитетот на материјалите

1. Лош избор на материјал од железното јадро

Како основна компонента на трансформаторот, изборот на материјал од железното јадро директно влијае на магнетните својства, загубата без оптоварување и работната стабилност на трансформаторот. Во моментов, најчесто користените материјали од железното јадро главно вклучуваат лимови од силициум челик и аморфни легури. Има значителни разлики помеѓу двете во однос на магнетната пропустливост, интензитетот на магнетната индукција на сатурација и загубата на железо. Силиконските челични листови се широко користени во традиционалните трансформатори поради нивната висока магнетна пропустливост и ниска цена. Сепак, загубата на железо кај лимовите од силициум челик е релативно висока, особено во услови на висока фреквенција, што ќе доведе до зголемување на загубата без оптоварување на трансформаторот, придружена со зголемување на бучавата и други проблеми, што ќе влијае на неговата стабилност и економичност. Материјалите од аморфна легура постепено станаа најпосакуван материјал за нови трансформатори поради нивната исклучително мала загуба на железо и одличните магнетни својства. Сепак, механичката сила и перформансите на обработка на аморфните легури се релативно слаби. Ако овие фактори не се земат целосно предвид за време на процесот на дизајнирање, тоа може да предизвика проблеми како што се деформација и пукање на јадрото за време на производството или работењето, што дополнително ќе влијае на перформансите на магнетното коло и оперативната стабилност на трансформаторот. Затоа, при изборот на материјали со железно јадро, неговите магнетни својства, економичност и применливост мора сеопфатно да се земат предвид за да се постигне најдобриот дизајнерски ефект.

2. Дефекти во дизајнот на структурата на јадрото и процесот на редење

Рационалноста на дизајнот на структурата на јадрото и процесот на редење има важно влијание врз перформансите на магнетното коло, струјата без оптоварување и работната стабилност на трансформаторот. Како прво, неразумниот структурен дизајн на железното јадро, како што се прекумерните споеви или лошата изолација помеѓу листовите, ќе доведе до нерамномерна распределба на магнетниот тек во магнетното коло, а со тоа ќе ја зголеми струјата без оптоварување и загубата на железо. Овој феномен не само што ќе ја намали работната ефикасност на трансформаторот, туку може да предизвика и локални проблеми со прегревање, па дури и да предизвика дефект на јадрото во тешки случаи. Второ, неправилниот процес на редење е исто така важен фактор што влијае на перформансите на јадрото. За време на процесот на редење, ако парчињата се погрешно порамнети или изолацијата е оштетена, континуитетот на магнетното коло ќе биде уништен, што ќе резултира со зголемена загуба на хистерезис и губење на виртуелната струја. Дополнително, недоволната или нерамномерно распределената сила на притискање за време на редење може да предизвика и олабавување на јадрото за време на работата, што влијае на неговата механичка стабилност и нивото на бучава. Затоа, за време на процесот на дизајнирање и производство на јадрото, точноста на процесот на редење мора строго да се контролира за да се осигури дека геометриските димензии и магнетните својства на јадрото ги задоволуваат дизајнерските барања, со што се обезбедува сигурна гаранција за стабилна работа на трансформаторот.

3. Несоодветна структура и изолација на намотување

Изборот на структурата на намотување има важно влијание врз перформансите на дисипација на топлина, механичката сила и стабилноста на трансформаторот. Во моментов, вообичаените структури за намотување вклучуваат цилиндричен тип и тип на пита. Секоја структура има уникатни карактеристики и применливи сценарија. Цилиндричните намотки се широко користени во мали и средни трансформатори поради нивната едноставна структура и зрела технологија на производство. Меѓутоа, примената на оваа структура во големи трансформатори може да има проблеми со слаба дисипација на топлина, особено при услови на големо оптоварување, што лесно може да доведе до локално прегревање, а со тоа да влијае на стабилната работа на трансформаторот. Спротивно на тоа, намотките од типот на пита ја подобруваат ефикасноста на дисипација на топлина и ја подобруваат механичката сила преку сегментиран дизајн, што ги прави посоодветни за трансформатори со голем капацитет и висок напон. Меѓутоа, ако структурата е неправилно избрана, на пример, слепо избира одредена структура без целосно да се земат предвид карактеристиките на оптоварувањето и работната средина, тоа може да предизвика проблеми како што се концентрација на механички стрес и оштетување на изолацијата за време на работата на трансформаторот, а со тоа да влијае на неговата стабилна изведба.

Краткиот спој помеѓу свиоците на намотување, стареењето на меѓуслојната изолација или несоодветниот процес на импрегнација ќе предизвика делумно празнење или дури и дефект помеѓу свиоците, што ќе резултира со абнормална дистрибуција на електромагнетното поле во трансформаторот и влошување на излезните карактеристики.

Затоа, во дизајнот на структурата за намотување, неопходно е сеопфатно да се проценат предностите и недостатоците на различните структури врз основа на специфични сценарија за примена за да се избере оптималното решение.

4. Неразумен дизајн на вртења за ликвидација

Бројот на вртења на намотување е еден од основните параметри во дизајнот на трансформаторот, а неговата рационалност директно влијае на односот на напонот, распределбата на струјата и севкупните перформанси на стабилноста на трансформаторот. Кога бројот на вртења на намотката е дизајниран премногу, односот на напонот помеѓу примарната страна и секундарната страна на трансформаторот ќе отстапи од номиналната вредност, што ќе предизвика проблеми со отстапувањето на напонот. Ова отстапување не само што ќе влијае на квалитетот на напојувањето на електроенергетскиот систем, туку може да предизвика и оштетување на опремата за оптоварување. Покрај тоа, премногу вртења ќе го зголемат отпорот на намотување, што ќе резултира со зголемени загуби на бакар, а со тоа ќе ја намали работната ефикасност на трансформаторот. Напротив, ако бројот на вртења на намотувањето е дизајниран да биде премал, трансформаторот ќе носи прекумерна струја под номиналниот товар, што ќе го влоши феноменот на загревање на намотувањето, па дури и може да предизвика стареење или распаѓање на изолациониот слој, што сериозно ќе влијае на стабилноста и работниот век на трансформаторот. Затоа, во вистинскиот дизајн, неопходно е прецизно да се пресмета и определи разумниот број на вртења на намотување врз основа на фактори како што се номиналниот капацитет, нивото на напон и работната средина на трансформаторот за да се осигура дека трансформаторот одржува стабилни перформанси при долгорочна работа.

5. Лош квалитет на жица

Жиците се основните составни материјали на намотките на трансформаторот, а нивниот квалитет директно влијае на вредноста на отпорот, електричната јачина и целокупната стабилност на намотките. Ако отпорноста на жицата е превисока, тоа ќе предизвика зголемување на отпорот на намотување, што ќе предизвика дополнителни загуби на бакар и проблеми со зголемувањето на температурата. Овој пораст на температурата не само што ќе го забрза стареењето на изолациониот материјал, туку може и да ја намали електричната цврстина на намотката и да го зголеми ризикот од дефект на краток спој. Покрај тоа, квалитетот на изолациониот слој на жица, исто така, има важно влијание врз стабилните перформанси на трансформаторот. Ако изолациониот слој има проблеми како што се нерамна дебелина и недоволна отпорност на напон, тоа лесно ќе доведе до кратки споеви во меѓувртење или дефекти на заземјувањето на намотување, што ќе влијае на нормалното функционирање на трансформаторот. Особено во услови на големо оптоварување, проблемот со слабиот квалитет на проводникот дополнително ќе се засили, што може да предизвика дефект на трансформаторот поради прегревање или електричен дефект. Затоа, за време на процесот на производство на трансформаторот, материјалите од жица мора строго да се прегледаат за да се осигура дека нивната отпорност и изолационите својства ги задоволуваат барањата на дизајнот за да се обезбеди стабилна работа на трансформаторот.

6. Лоши перформанси на изолационите материјали

Изолационите материјали играат важна улога во изолирањето на компонентите со различни потенцијали во трансформаторите, а нивната изведба директно влијае на доверливоста и целокупната стабилност на системот за изолација на трансформаторот. Ако изолациониот материјал има ниско ниво на отпорност на топлина, неговата механичка сила и електрични својства може брзо да се намалат при услови на големо оптоварување или преоптоварување, што ќе резултира со распаѓање на изолацијата или делумно празнење. Покрај тоа, отпорноста на корона на изолациониот материјал е исто така клучен фактор што влијае на стабилноста на трансформаторот. Кога изолациониот материјал е изложен на средина со силно електрично поле, ако неговата отпорност на корона е недоволна, лесно ќе предизвика испуштање корона, што ќе доведе до корозија и влошување на површината на изолацијата, што на крајот ќе го скрати работниот век на трансформаторот. Истражувањата покажуваат дека слабите перформанси на изолационите материјали не само што ќе ја зголемат стапката на дефект на трансформаторот, туку може да имаат негативно влијание врз неговата економска работа, како што се зголемени трошоци за одржување и загуби од прекин на електричната енергија. Затоа, за време на процесот на производство на трансформаторот, на изолационите материјали со високи перформанси треба да им се даде приоритет и да се подложат на ригорозни тестирања и верификација за да се осигура дека тие можат да одржуваат стабилни перформанси под различни работни услови.

III. Суровата работна средина

1. Прекумерна температура или слаба дисипација на топлина

Кога трансформаторите работат во опкружувања со висока температура подолги периоди (како што се изложени на директна сончева светлина на отворено во лето или во лошо проветрени трафостаници), изолациониот материјал старее побрзо, диелектричните својства на изолацијата од маслена хартија се влошуваат, што доведува до зголемени внатрешни парцијални празнења, нанос на електричната моќност и намалена електрична параметри.

2. Висока влажност и тешка контаминација

Високата влажност, заедно со загадувачите како солениот спреј и прашината, кои се прилепуваат на површините на чаурите и изолаторите, може да го намалат нивото на надворешната изолација, да предизвикаат превртување на лази, да предизвикаат моментално заземјување или кратки споеви и да резултираат со сериозни флуктуации на напонот.

3. Пречки со хармонично и ударно оптоварување

Голема количина на хармоници генерирани од нелинеарни оптоварувања (како што се фреквентни конвертори, исправувачи и лачни печки) кога се вбризгуваат во трансформаторите ги зголемуваат загубите на бакар и железо, предизвикувајќи дополнително загревање. Во исто време, хармоничните струи, исто така, можат да го нарушат магнетниот флукс во јадрото, што влијае на стабилноста на брановиот облик и амплитудата на излезниот напон.

IV. Несоодветно управување со работењето и одржувањето

1. Недостаток на редовни инспекции и превентивно тестирање: Превентивните тестови како што се тестирање на отпорот на изолација, мерење на загуба на диелектрик и анализа на хроматографија на масло не беа спроведени на време, што го оневозможува навременото идентификување на внатрешните латентни дефекти (како локализирано прегревање, празнење или навлегување на влага). Ова доведе до неуспех да се откријат проблемите рано, овозможувајќи им да ескалираат и сериозно да влијаат на стабилноста.

2. Занемарено одржување на системот за ладење: Дефектите во уредите за ладење како што се вентилаторите, пумпите за масло и радијаторите не беа навремено поправени или радијаторите сериозно се затнаа со прашина, намалувајќи ја ефикасноста на дисипација на топлина на трансформаторот и зголемување на температурата на маслото. Ова го забрза стареењето на изолацијата и влошувањето на електричните перформанси.

3. Неправилно функционирање на менувачите на чешмата: при рачно или автоматско регулирање на напонот, може да се појават проблеми како што се заглавени механизми на менувачот на чешмата, изгорени контакти или механички дефекти, што резултира со неуспешна регулација на напонот или неправилни позиции на чешмата, што може да доведе до неконтролирани излезни напони.

V. Фактори на надворешна електрична мрежа

1. Напонот на системот често флуктуира

Напонот на нагорната електрична мрежа ненадејно се зголемува или опаѓа поради префрлување на оптоварување во големи размери, исклучување на дефект, итн. Кога ќе се надмине капацитетот за регулација на напонот на трансформаторот, трансформаторот не може да ја одржи стабилноста на секундарниот страничен напон.

2. Трифазната нерамнотежа е сериозна

Еднофазното оптоварување со висока моќност на нисконапонската страна е нерамномерно распределено, што резултира со сериозна нерамнотежа во трифазната струја и поместување на неутралната точка. Ова не само што предизвикува зголемување на струјата со нулта низа и дополнителни загуби, туку и го прави трифазниот излезен напон асиметричен, што влијае на нормалното функционирање на електричната опрема.

VI. Резиме и предлози за подобрување

Лошите перформанси на стабилноста на трансформаторот често се резултат на суперпозиција на повеќе фактори, а една причина ретко може да доведе до сериозни последици самостојно. Како одговор на горенаведените проблеми, се препорачува да се подобри од следниве аспекти:

• Оптимизирајте го раниот дизајн: Разумно изберете го капацитетот на трансформаторот, напонот на импедансата и методот на регулација на напонот според реалните карактеристики на оптоварувањето и користете трансформатор за регулација на напон при оптоварување кога е потребно.
• Строго контролирајте го квалитетот на производството: изберете висококвалитетни лимови од силициум челик и висококвалитетни изолациски материјали и зајакнете го фабричкото тестирање за да се обезбеди конзистентност на процесот.
• Подобрете ја работната средина: одржувајте ја просторијата на трансформаторот добро проветрена, инсталирајте уреди за контрола на температурата и одвлажнување и редовно чистете ја нечистотијата.
• Зајакнување на управувањето со работењето и одржувањето: Воспоставете систем за научна инспекција, редовно спроведувајте анализа на примероците од масло и електрични тестови и навремено заменете ги застарените делови.
• Подобрете го квалитетот на електричната мрежа: инсталирајте уреди за филтрирање и компензација на реактивна моќност, оптимизирајте ја трифазната распределба на оптоварувањето и намалете го влијанието на хармониците и нерамнотежата врз трансформаторот.

Само со контролирање на целиот синџир од проектниот извор до секојдневното работење и одржување, може ефективно да се подобри стабилната работа на трансформаторот и да се обезбеди безбедно и сигурно функционирање на електроенергетскиот систем.