Els llamps poden transformar els danys? Consells de disseny de llamps del transformador clau

Amenaces de tempesta per als transformadors en temps de tempesta

Les amenaces de la tempesta de temps per als transformadors provenen principalment de dos tipus d’efectes llamps: cops de llamps directes i llamps induïts, amb diferents camins i mecanismes de danys.

Un llamp directe es refereix a un llamp que va colpejar directament el transformador o les seves línies connectades. Els components bàsics d’un transformador, com el nucli de ferro i els enrotllaments, estan fets de materials metàl·lics i funcionen a altes tensions (10kV i superior) durant molt de temps. Un cop colpejat per un llamp directe, el voltatge de llamps de centenars de milers o fins i tot milions de volts descompondrà immediatament la capa d’aïllament, donant lloc a un curtcircuits enrotllats i la cremada del nucli de ferro, que sovint és devastador. No obstant això, la probabilitat que un transformador sigui directament afectat per un llamp no és alta, ja que les línies de transmissió solen estar equipades amb instal·lacions de protecció externa com les barres de llamps i els cables de terra, formant una "barrera de protecció dels llamps".

En canvi, l’amenaça dels llamps induïts és més oculta i comuna. Quan els llamps colpegen el terra o els objectes propers a les línies, el fort camp electromagnètic llamp induirà sobretensions de milers de volts a les línies de transmissió i aquestes sobretensions es propagaran al llarg de les línies fins al transformador. Els sistemes d’aïllament dins del transformador (com l’oli - aïllament de paper i aïllament de matoll) són extremadament sensibles a les fluctuacions de tensió. Les sobretensions generades per un llamp induït poden causar un desglossament parcial de l’aïllament, provocant falles com Inter - girar circuits i multi - a terra del nucli de ferro. Les estadístiques mostren que més del 70% dels danys del llamp del transformador en els sistemes de potència són causats per un llamp induït.

El nucli de protecció contra els llamps externa és reduir la probabilitat que els llamps actuïn directament sobre transformadors i equips associats. A les subestacions o estacions de distribució, normalment s’adopta un esquema de protecció conjunta: les barres de llamps i els cables de terra de sobrecàrrega formen una "xarxa de protecció espacial" i el seu rang de protecció ha de cobrir equips clau com transformadors i interruptors de circuit. Segons el mètode de boles de rodatge, l'alçada de les barres dels llamps ha de garantir que l'angle de protecció no superi els 45 graus per interceptar eficaçment els llamps directes. Per a les línies de sobrecàrrega connectades als transformadors, els cables de terra de sobrecàrrega s’instal·len als dos extrems de les línies i una “secció de protecció de línies entrant” s’estableix a 50 metres del transformador. En augmentar el nombre de peces aïllants i instal·lar els arrestants de la línia, es redueix la intensitat de les ones entrants dels llamps.

Cal destacar que la protecció contra els llamps externa ha d’evitar “punts cecs de protecció”. Les parts destacades del transformador, com els casquets i els radiadors, són propenses a la ruptura dels llamps. Per tant, la posició d’instal·lació dels llamps per sobre d’ells s’ha de calcular amb precisió per assegurar que no hi hagi protecció. A Thunderstorm - zones propenses o regions muntanyoses, també es pot utilitzar un disseny de "Roda Lightning + Independent Lightning", on el sistema de terra de la barra del llamp es posa per separat de la reixeta de terra del transformador (amb un espai de no menys de 3 metres) per evitar que es produeixi un contraatac generat quan el llamp es produeixi un raig que afecti el transformador.

Fins i tot si la protecció contra els llamps externa intercepta la major part dels llamps, alguns llamps induïts o sobretensions residuals encara poden envair el transformador. En aquest moment, els dispositius interns de protecció dels llamps tenen un paper clau. Els arrestants d'òxids de zinc són la "primera línia de defensa" per als transformadors. Estan instal·lats en paral·lel a la sortida de tensió alta - del transformador. En funcionament normal, es troben en un estat de resistència alt -. Quan la sobretensió del llamp supera el llindar, l’arresti es descompon ràpidament i es condueix, limitant la sobretensió dins del rang de tolerància d’aïllament i desviant el corrent del raig cap a terra. Els arrestants d’òxid de zinc d’alta - han de tenir les característiques de baixa tensió residual i corrent gran - capacitat de càrrega i la tensió residual dels arrestants que suporta els transformadors de 10kV s’hauria de controlar per sota de 45kV.

A més dels arrestants, el disseny de la coordinació d’aïllament també és important. Els sistemes d’aïllament dins del transformador (com l’oli - aïllament i l’aïllament del paper) han de coincidir amb les característiques de protecció dels arrestants per formar "pas - per - STEP Protection". Per exemple, es millora la resistència a l’impacte de l’enrotllament ajustant el procés de bobinatge (com ara l’ús de 纠结式 enrotllaments) i es seleccionen anti {- mànigues de porcellana o mànigues compostes per a la selecció de matons per millorar la resistència al flashover de superfície. Per a transformadors de 35kV i superiors, també s’instal·len els arrestants de punts neutres al punt neutre per evitar que els llamps es produeixin danyar l’aïllament del punt neutre.

Amb el desenvolupament de la intel·ligència en sistemes de potència, el disseny de protecció dels llamps s'ha actualitzat de "protecció passiva" a "advertència precoç activa". Els transformadors moderns estan generalment equipats amb sistemes de control en línia, que recopilen dades reals - Operació de temps de dispositius de protecció del llamp mitjançant la instal·lació de monitors actuals de fuites de fletxa de zinc, sensors de temperatura de bobinatge, detectors de descàrrega parcial i altres equips. Quan el corrent de fuites de supòsit augmenta anormalment o la resistència a l’aïllament enrotllada disminueix, el sistema enviarà automàticament un senyal d’avís precoç i el personal d’operació i manteniment pot solucionar els perills ocults.

A les zones propenses a Thunderstorm -, el sistema de localització Lightning també es pot vincular amb el model d'avaluació de l'estat del transformador. Analitzant dades com ara el temps, la ubicació i la intensitat de les activitats del llamp, combinades amb els registres de falles històrics del transformador, es preveu el nivell de risc que es fa malbé per un llamp i es prenen mesures preventives com l’ajust de càrrega i l’aturada temporal per endavant. Després que una empresa de quadrícules elèctriques apliqués aquesta tecnologia a les zones de tempesta de risc -, el temps de reparació de les falles de danys del transformador es va escurçar en un 40%i la fiabilitat de l’alimentació elèctrica es va millorar significativament.

La prova d’impuls de llamps és un enllaç crucial per verificar si el transformador pot suportar els impactes sobre sobretensió dels llamps i assegurar la fiabilitat del disseny de protecció dels llamps. El seu propòsit principal és simular el voltatge d’impulsos dels llamps que es pot produir en funcionament real en el transformador en un entorn de laboratori, provar el rendiment d’aïllament i l’estabilitat estructural del transformador en condicions de tensió extrema i proporcionar una base fiable per a l’optimització del disseny de protecció dels llamps.

Hi ha dos tipus principals de proves d’impuls de llamp: Full - Test d’impuls de l’ona i picat - Test d’impuls d’ona. La prova d’impuls d’ona completa - simula el procés complet de sobretensió de llamps que es propaga al llarg de la línia, aplicant una forma d’ona d’impuls de llamp estàndard (1,2/50 μs) al bobinat del transformador. Aquesta prova pot detectar eficaçment si hi ha defectes d’aïllament com ara punts febles en el bobinat propens a la ruptura sota sobretensió dels llamps. El test d’impuls d’ona picat - és tallar l’ona de tensió d’impuls de llamp amb antelació (normalment tallar la cua d’ona dins de 2 - 5 μs després del front d’ona), que és més greu que la prova completa -. S'utilitza principalment per provar la força d'aïllament de l'oli del transformador - aïllament de paper i el brollador sota l'acció de la sobretensió frontal - i verifiqueu si l'aïllament encara pot mantenir el seu rendiment quan el llamp es canvia sobtadament.

Durant la prova, es controlen indicadors clau com el valor de la tensió de desglossament, la quantitat de descàrrega parcial i el canvi de resistència a l’aïllament del transformador. Si el transformador pot suportar el nombre especificat de tensions d’impuls sense desglossament, flashover o canvis significatius en els paràmetres d’aïllament, indica que el seu sistema d’aïllament compleix els requisits de protecció dels llamps. En cas contrari, és necessari esbrinar les causes de les debilitats d’aïllament, com ara l’ordenació de bobinatge inadequat o els materials d’aïllament no qualificats, i optimitzar el disseny.

La prova d’impulsos dels llamps no només és una prova necessària abans que el transformador abandoni la fàbrica, sinó també un mitjà important per a les unitats d’operació i manteniment per avaluar l’estat d’envelliment de l’aïllament del transformador durant la seva vida útil. Si es comparen les dades de prova del mateix transformador en diferents períodes, es pot jutjar si el rendiment d’aïllament del transformador s’ha degradat, per tal de prendre mesures de manteniment o de substitució amb antelació i evitar les fallades de danys causats per l’envelliment d’aïllament.

L’efectivitat del disseny de protecció dels llamps no només depèn de l’esquema inicial, sinó que també ha de parar atenció a l’optimització de detalls i al manteniment diari. Durant la instal·lació del transformador, cal posar les línies entrants del cable lateral de la tensió alta i els dos extrems de la canonada metàl·lica haurien de posar -se a terra de forma fiable per formar una "capa de blindatge electromagnètic" per reduir la sobretensió generada per un raig induït en el cable. Per als transformadors immersos d’oli, s’ha de mantenir sec el gel de sílice del respirador per evitar reduir el rendiment d’aïllament després de l’absorció d’humitat; Per als transformadors de tipus sec, la pols de la superfície s’ha de netejar regularment per evitar el desplegament superficial causat per l’acumulació de brutícia.

El manteniment de la xarxa de posada a terra és un enllaç clau que es pot ignorar fàcilment. La corrosió i la liquidació del sòl poden provocar una fractura de l'elèctrode a terra o una augment de la resistència a terra. Per tant, la resistència a terra s’ha de mesurar cada any i s’ha de dur a terme una prova de conducció de la xarxa a terra cada 3 anys per assegurar una connexió fiable dels elèctrodes a terra. Els arrestants han de patir proves de tensió de referència de DC i proves de corrent de fuites cada 1 - 2 anys, i l’envelliment o el rendiment - s’han de substituir els arrestants degradats a temps per evitar que fallin en temps de tempesta.