Как поставщик трансформаторов для подстанций, я лично стал свидетелем той важной роли, которую эти устройства играют в распределительных сетях. Трансформаторы подстанций являются «рабочими лошадками» электрической сети, повышающими или понижающими уровни напряжения для обеспечения эффективной и безопасной передачи электроэнергии. Однако, как и любое электрооборудование, они подвержены старению, что может существенно повлиять на их производительность и срок службы. В этом сообщении блога я углублюсь в механизм старения трансформаторов подстанций, исследую факторы, которые способствуют их износу, а также стратегии, которые мы можем использовать для смягчения этих последствий.
1. Основы трансформаторов подстанций.
Прежде чем мы обсудим механизм старения, давайте кратко рассмотрим основные компоненты и функции трансформатора подстанции. Типичный трансформатор подстанции состоит из сердечника, обмоток, изоляционных материалов и системы охлаждения. Сердечник, обычно изготовленный из ламинированной кремниевой стали, обеспечивает путь магнитного потока с низким сопротивлением. Обмотки, изготовленные из медных или алюминиевых проводников, отвечают за передачу электрической энергии посредством электромагнитной индукции. Изоляционные материалы, такие как масло и бумага, предотвращают электрический пробой между обмотками и сердечником. Система охлаждения, часто использующая циркуляцию масла, рассеивает тепло, выделяющееся во время работы.
Одним из распространенных типов трансформаторов подстанций являетсяТрансформатор с сердечником. В трансформаторе с сердечником обмотки окружают сердечник, что помогает уменьшить поток рассеяния и повысить эффективность трансформатора.
2. Термическое старение
Термическое старение является одним из наиболее существенных факторов, способствующих износу трансформаторов подстанций. При нормальной работе трансформаторы выделяют тепло из-за сопротивления обмоток (потери I²R), а также потерь на гистерезис и вихревые токи в сердечнике. Если это тепло не рассеивается эффективно, температура компонентов трансформатора повысится.
Изоляционные материалы трансформаторов, особенно бумага на основе целлюлозы, очень чувствительны к температуре. По мере повышения температуры молекулы целлюлозы в бумаге начинают разрушаться в результате процесса, называемого пиролизом. Этот пробой приводит к снижению механической прочности и диэлектрических свойств бумажной изоляции. Со временем бумага становится хрупкой и более склонной к растрескиванию, что в конечном итоге может привести к электрическому пробою.
Уравнение Аррениуса часто используется для описания зависимости между скоростью старения изоляционных материалов и температурой. Согласно этому уравнению, скорость старения удваивается при повышении температуры на 8–10°C выше нормальной рабочей температуры. Поэтому поддержание надлежащего охлаждения и контроль температуры трансформатора имеют решающее значение для замедления процесса термического старения.
3. Окисление и влага.
Окисление — еще один важный механизм старения трансформаторов подстанций. Изоляционное масло в трансформаторах может вступать в реакцию с кислородом воздуха, особенно при высоких температурах. В результате этого процесса окисления образуются кислоты, осадок и другие побочные продукты. Кислоты могут разъедать металлические компоненты трансформатора, такие как обмотки и сердечник, а шлам может накапливаться в трансформаторе, блокируя каналы потока масла и снижая эффективность охлаждения.
Влага также играет пагубную роль в старении трансформаторов. Влага может попасть в трансформатор различными способами, например, из-за неправильной герметизации во время производства или технического обслуживания или в результате поглощения водяного пара из атмосферы. Влага в изоляционном масле может снизить его диэлектрическую прочность и ускорить процесс окисления. Более того, влага может гидролизовать целлюлозную изоляцию, еще больше ухудшая ее механические и электрические свойства.
Чтобы предотвратить окисление и попадание влаги, трансформаторы часто оборудуются расширителями и системами вентиляции. В расширителе имеется резервуар для изоляционного масла, позволяющий расширяться и сжиматься маслу при изменении температуры. Система сапуна, наполненная влагопоглотителем, например силикагелем, удаляет влагу из воздуха, поступающего в трансформатор.
4. Электрический стресс
Электрическое напряжение – еще один фактор, способствующий старению трансформаторов подстанций. Во время работы трансформаторы подвергаются различным электрическим нагрузкам, включая нормальное рабочее напряжение, перенапряжения из-за ударов молнии или операций переключения, а также переходные напряжения.
Высокое электрическое напряжение может вызвать частичные разряды в изоляционных материалах. Частичные разряды — это локальные электрические пробои, возникающие в небольших пустотах или дефектах изоляции. Эти разряды генерируют электроны и ионы высокой энергии, которые могут повредить изоляционные материалы, разрушая целлюлозную бумагу и разлагая изоляционное масло. С течением времени совокупный эффект частичных разрядов может привести к образованию более крупных пустот и каналов в изоляции, увеличивая риск полного электрического пробоя.
Чтобы выдерживать электрические нагрузки, трансформаторы проектируются с соответствующей толщиной изоляции и конфигурацией. Регулярные испытания изоляции, такие как измерение частичных разрядов и измерение коэффициента диэлектрических потерь, могут помочь обнаружить ранние признаки ухудшения изоляции из-за электрического напряжения.
5. Механическое напряжение
Механическое напряжение также может повлиять на старение трансформаторов подстанций. Трансформаторы во время работы подвержены механическим вибрациям, которые могут быть вызваны электромагнитными силами между обмотками и сердечником, а также внешними факторами, такими как сейсмическая активность или находящееся рядом оборудование.
Эти вибрации могут привести к ослаблению или смещению механических компонентов трансформатора, таких как обмотки и зажимные конструкции. Ослабленные обмотки могут привести к увеличению электрического сопротивления и местному нагреву, а смещение прижимных конструкций может снизить механическую устойчивость трансформатора. Кроме того, механическое воздействие также может привести к повреждению изоляции в результате трения или истирания бумажной изоляции.
Чтобы свести к минимуму механическое напряжение, трансформаторы проектируются с использованием соответствующих механических опор и механизмов гашения вибрации. Во время установки и технического обслуживания важно убедиться, что трансформатор правильно закреплен и выровнен.
6. Смягчение последствий старения
Как поставщик трансформаторов для подстанций, мы стремимся предоставить решения для смягчения последствий старения и продления срока службы наших трансформаторов. Вот некоторые из стратегий, которые мы используем:
- Передовые системы охлаждения: Мы используем самые современные технологии охлаждения, такие как системы принудительного масляного и принудительного воздушного охлаждения, чтобы обеспечить эффективное рассеивание тепла. Эти системы могут поддерживать температуру трансформатора в оптимальном диапазоне, снижая скорость термического старения.
- Высококачественные изоляционные материалы: Мы поставляем высококачественные изоляционные материалы с превосходной термической и химической стабильностью. Например, мы используем термически улучшенную целлюлозную бумагу, которая обладает более высокой устойчивостью к температуре и влаге.
- Инструменты мониторинга и диагностики: Мы предоставляем нашим клиентам современные инструменты мониторинга и диагностики, такие как датчики температуры, детекторы частичных разрядов и анализаторы растворенных газов. Эти инструменты позволяют в режиме реального времени отслеживать состояние трансформатора, обеспечивая раннее обнаружение потенциальных проблем и своевременное техническое обслуживание.
- Правильный дизайн и производство: Наши трансформаторы спроектированы и изготовлены в соответствии с самыми высокими отраслевыми стандартами. Мы используем передовые методы проектирования для оптимизации магнитных и электрических характеристик трансформаторов, снижая электрические и механические нагрузки на компоненты.
7. Заключение
Понимание механизма старения трансформаторов подстанций необходимо для обеспечения их надежной и долгосрочной работы. Термическое старение, окисление, влага, электрическое и механическое напряжение являются основными факторами, способствующими износу трансформаторов. Внедряя соответствующие стратегии смягчения последствий, такие как усовершенствованное охлаждение, высококачественные материалы и непрерывный мониторинг, мы можем замедлить процесс старения и продлить срок службы трансформаторов подстанций.
Если вы находитесь на рынке трансформаторов для подстанций или вам нужна дополнительная информация о наших продуктах и услугах, мы приглашаем вас связаться с нами для подробного обсуждения. Наша команда экспертов готова помочь вам выбрать трансформатор, соответствующий вашим конкретным требованиям, и обеспечить всестороннюю поддержку на протяжении всего жизненного цикла продукта.
Ссылки
- Эмсли, А.М., и Стивенс, терапевт (2002). Целлюлозная изоляция в силовых трансформаторах. Слушания IEE – Генерация, передача и распределение, 149(5), 313–320.
- Лесьетр, Британская Колумбия, и Сабин, ТМ (2004). Прогноз срока службы изоляции трансформатора: обзор. Журнал IEEE по электроизоляции, 20 (4), 12–23.
- Международная электротехническая комиссия (МЭК). (2010). IEC 60076-7: Силовые трансформаторы. Часть 7: Руководство по загрузке силовых масляных трансформаторов.