در سیستم های قدرت، ترانسفورماتورها به عنوان تجهیزات اصلی برای تبدیل و انتقال انرژی عمل می کنند و عملکرد عایق آنها به طور مستقیم پایداری عملکرد شبکه برق را تعیین می کند. تخلیه جزئی (PD) یک "سیگنال هشدار اولیه" برای تخریب عایق ترانسفورماتور است-این نوع تخلیه قوس موضعی که به عایق نفوذ نمی کند به تدریج مواد عایق را فرسایش می دهد و در نهایت ممکن است منجر به حوادث جدی مانند خرابی عایق و قطع تجهیزات شود.
ترانسفورماتورها با ساختارهای عایق متفاوت در مکانیسم تولید و عوامل کلیدی القای تخلیه جزئی تفاوت های قابل توجهی دارند. این مقاله بر روی-ترانسفورماتورهای غوطهور در روغن و ترانسفورماتورهای نوع خشک- (که با رزین اپوکسی-نوع ریختهگری نشان داده میشوند)، ترکیبی از شیوههای صنعت و اصول فنی برای تجزیه و تحلیل عمیق علل اصلی تخلیه جزئی، ارائه مراجع حرفهای برای انتخاب تجهیزات، بهرهبرداری و تست تعمیر و نگهداری تمرکز دارد.
I. ترانسفورماتورهای نوع خشک-(رزین اپوکسی-نوع ریختگی): نقص عایق و کنترل فرآیند از عوامل اصلی القاء هستند
ترانسفورماتورهای{0} نوع خشک از رزین اپوکسی و سایر مواد عایق جامد به عنوان هسته استفاده می کنند و به دلیل مزایایی مانند مقاومت در برابر آتش، کارکرد رایگان-و اندازه کوچک، به طور گسترده در ساختمان های بلند-، مراکز داده و سایر سناریوها استفاده می شوند. مشکلات تخلیه جزئی آنها عمدتاً در دو بعد متمرکز است: نقص مواد عایق و فرآیندهای ریخته گری/سیم پیچی.
مواد عایق اصلی ترانسفورماتورهای نوع خشک- شامل رزین اپوکسی، کاغذ Nomex، مقوای عایق و غیره است. اگر تولید یا انتخاب مواد نامناسب باشد، مخلوط کردن آن با حبابها، ناخالصیها یا ایجاد ریزترکها آسان است:
- حباب های القا کننده غلظت میدان الکتریکی:حباب های باقیمانده در مواد عایق جامد دارای ثابت دی الکتریک بسیار کمتر از محیط عایق پایه هستند (به عنوان مثال، ثابت دی الکتریک رزین اپوکسی حدود 3.5 است، در حالی که ثابت هوا تنها 1.0 است). میدان الکتریکی به شدت در داخل حباب ها متمرکز خواهد شد. هنگامی که قدرت میدان الکتریکی از آستانه تحمل ماده فراتر رود، تخلیه جزئی ایجاد می شود. تخلیه طولانی مدت به تدریج حجم حباب را افزایش می دهد و خطرات عایق را ایجاد می کند.
- ناخالصی هایی که باعث اعوجاج میدان الکتریکی می شوند:زباله های فلزی، گرد و غبار و سایر ناخالصی های مخلوط شده در مواد عایق، ساختاری شبیه به "الکترود نوک" را تشکیل می دهند که توزیع یکنواخت میدان الکتریکی را مختل می کند و ناحیه ای با قدرت میدان بالا را در نوک ناخالصی تشکیل می دهد و باعث تخلیه تاج می شود.
- خطرات عایق ریزترک:اگر تنش آزاد شده در حین پخت مواد ناهموار باشد یا در حین حمل و نقل و نصب با ضربه مکانیکی مواجه شود، ریزترک هایی ایجاد می شود که با چشم غیر مسلح قابل مشاهده نیستند. اثر غلظت میدان الکتریکی در ترکها نیز باعث تخلیه جزئی میشود و ترکها با تخلیه ادامه مییابند و پیری عایق را تسریع میکنند.
کنترل فرآیند کلید جلوگیری از تخلیه جزئی در ترانسفورماتورهای نوع خشک-است. سهل انگاری در هر پیوندی مانند سیم پیچی، بسته بندی، ریخته گری و عمل آوری ممکن است خطرات پنهانی را برجای بگذارد:
- عایق بندی ضعیف سیم پیچ ها:بسته بندی عایق شل بین لایه های سیم پیچ و چرخش، با شکاف یا چین و چروک. این شکاف ها نواحی ثابت دی الکتریک محلی را تشکیل می دهند و به "مناطق-پرخطر" برای غلظت میدان الکتریکی تبدیل می شوند. در عین حال، چین و چروک های ایجاد شده در طول بسته بندی منجر به ضخامت عایق ناهموار می شود و اعوجاج میدان الکتریکی را تشدید می کند.
- نقص در پردازش هادی:سوراخ های برداشته نشده، گوشه های تیز یا خراش روی سطح هادی. در شرایط کار با ولتاژ بالا، شدت میدان الکتریکی در نوکها به شدت افزایش مییابد (مطابق با اصل "تخلیه کرونا")، که مستقیماً تخلیه کرونا را القا میکند. تخلیه به تدریج لایه عایق هادی را فرسایش می دهد و دامنه نقص را گسترش می دهد.
- درمان یکسان سازی ولتاژ ناکافی:توزیع میدان الکتریکی در انتهای سیم پیچ ترانسفورماتور به طور طبیعی ناهموار است. اگر هیچ حلقه یا صفحه یکسان کننده ولتاژ نصب نشده باشد، یا طراحی ساختار یکسان کننده ولتاژ غیر منطقی باشد، قدرت میدان الکتریکی در انتها از حد تحمل عایق فراتر می رود و منجر به تخلیه جزئی بیش از حد می شود. این نیز یک محرک رایج برای تخلیه جزئی در انتهای ترانسفورماتورهای نوع خشک-است.
- فرآیندهای ریخته گری و پخت نامناسب:عیوب فرآیند اصلی ترانسفورماتورهای ریختگی{0} رزین اپوکسی در دو پیوند متمرکز شده است: "گاز زدایی" و "سخت گیری". گاز زدایی ناقص باعث می شود که گاز باقیمانده در مخلوط اپوکسی تخلیه نشود و پس از عمل آوری حباب های داخلی تشکیل شود (این یک دلیل-فرکانس بالا تخلیه جزئی بیش از حد در ترانسفورماتورهای نوع خشک-است). در حالی که دمای پخت بیش از حد بالا/پایین یا زمان پخت بیش از حد طولانی/کوتاه منجر به پخت ناقص عایق (مونومرهای اپوکسی واکنش نداده باقیمانده) یا غلظت تنش می شود که به نوبه خود باعث ایجاد ریزترک ها و آسیب به یکپارچگی عایق می شود.
II. روغن-ترانسفورماتورهای غوطه ور: عیوب وضعیت روغن عایق و عیوب رابط خطر اصلی هستند
ترانسفورماتورهای غوطهور شده در روغن، سیستم عایق ترکیبی روغن عایق و عایق جامد (مقوا، روغن-کاغذ آغشتهشده) را به کار میگیرند و مدتهاست که بازار اصلی ترانسفورماتور در سیستمهای قدرت را به دلیل مزایایی مانند استحکام عایق بالا و اتلاف گرما خوب به خود اختصاص دادهاند. مشکلات تخلیه جزئی آنها با وضعیت روغن عایق و ویژگی های رابط کاغذی{3}}روغن، با عوامل اصلی القاء کننده شامل سه دسته زیر مرتبط است:
روغن عایق نه تنها به عنوان یک ماده عایق عمل می کند، بلکه عملکرد اتلاف گرما را نیز بر عهده دارد. خلوص و حالت آن مستقیماً بر خطر تخلیه جزئی تأثیر می گذارد:
- رطوبت و گاز بیش از حد:اگر ترانسفورماتور غوطه ور شده در روغن محکم بسته نشود، رطوبت موجود در هوا به داخل روغن عایق نفوذ می کند که ولتاژ شکست روغن را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. در عین حال، اگر گازهای حل شده در روغن (مانند اکسیژن، هیدروژن، متان) به موقع حذف نشوند، حباب های ریزی در روغن ایجاد می شود. این حبابها تحت تأثیر میدان الکتریکی مستعد تخلیه هستند و گاز تولید شده توسط تخلیه، محتوای گاز در نفت را بیشتر میکند و یک چرخه معیوب را تشکیل میدهد.
- آلودگی ناخالصی:اگر روغن عایق با ذرات فلز، ناخالصی های الیاف و غیره در طول تولید، حمل و نقل یا بهره برداری و نگهداری مخلوط شود، نمونه اولیه یک "کانال رسانا" در روغن را تشکیل می دهد-ناخالصی ها بارها را جذب می کند، تحت تأثیر میدان الکتریکی به صورت جهت حرکت می کند، در سطح مشترک بین روغن و عایق جامد انباشته می شود و در جریان تخلیه می شود.
- پیری و کاهش کیفیت روغن:پس از کارکرد طولانی مدت، روغن عایق تحت تأثیر دمای بالا و میدان الکتریکی تحت واکنش های اکسیداسیون قرار می گیرد و محصولات پیری مانند اسیدها، کلوئیدها و لجن تولید می کند. این مواد عملکرد عایق روغن را کاهش می دهند و در عین حال با مواد عایق جامد واکنش شیمیایی می دهند و به یکپارچگی عایق-واسط کاغذ روغن آسیب می رسانند و شرایط را برای تخلیه جزئی فراهم می کنند.
سیستم عایق ترانسفورماتورهای غوطه ور در روغن{0} از "روغن عایق + مقوای جامد" تشکیل شده است و حالت رابط بین این دو منطقه حساس کلیدی برای تخلیه جزئی است:
- حباب ها و شکاف های رابط:اگر گاززدایی در حین پر کردن روغن ترانسفورماتور ناقص باشد، یا روغن عایق هنگام گرم شدن منبسط شود و هنگام خنک شدن در حین کار منقبض شود، شکاف ها یا حباب های کوچکی در سطح مشترک بین روغن و مقوا ایجاد می شود. اثر غلظت میدان الکتریکی در این مناطق به احتمال زیاد باعث تخلیه جزئی می شود.
- رطوبت و پیری مقوا:به عنوان یک ماده عایق جامد، اگر مقوا رطوبت را جذب کند (مانند نفوذ آب باران به دلیل خرابی آب بندی)، عملکرد عایق آن به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. در عین حال، رطوبت باعث پیری و تخریب مقوا می شود و باعث ایجاد ریزترک ها و بقایای الیاف می شود. این عیوب باعث ایجاد تخلیه در سطح مشترک می شود و تخلیه باعث تسریع کربن شدن مقوا می شود و یک کانال رسانا را تشکیل می دهد.
علاوه بر مشکلات عایق روغن و رابط، طراحی ساختاری و فرآیندهای نامناسب نیز میتواند منجر به تخلیه جزئی در ترانسفورماتورهای غوطهور{0}}روغنی شود:
- تثبیت سیم پیچ شل:اگر سیم پیچ به صورت سست متصل باشد، ارتعاش الکترومغناطیسی در حین کار ترانسفورماتور باعث جابجایی سیم پیچ می شود و در نتیجه شکاف هایی در عایق بین لایه ها و پیچ ها ایجاد می شود و باعث تمرکز میدان الکتریکی می شود.
- نکات برجسته اجزای فلزی:اگر در داخل ترانسفورماتور گوشههای تیز، سوراخهایی بر روی براکتهای فلزی، سرنخها و سایر اجزا وجود داشته باشد، یا موقعیتهای آنها در حین نصب جابجا شود، مناطق با قدرت میدان بالا تحت ولتاژ بالا تشکیل میشوند و باعث تخلیه تاج میشوند.
- آب بندی ضعیف مخزن:خرابی آب بندی مخزن نه تنها منجر به نفوذ رطوبت و ناخالصی ها می شود بلکه باعث می شود هوا وارد مخزن شود و یک لایه حباب بر روی سطح روغن ایجاد کند. این حباب ها منابع مهم تخلیه جزئی هستند.
III. تفاوت های اصلی و پیشگیری هسته تخلیه جزئی بین دو نوع ترانسفورماتور
| بعد مقایسه | ترانسفورماتورهای نوع خشک-(رزین اپوکسی-نوع ریختگی) | ترانسفورماتورهای غوطهور{0}روغنی |
| محیط عایق هسته | عایق جامد مانند رزین اپوکسی، کاغذ Nomex | روغن عایق + روغن{1}}عایق کامپوزیت کاغذ |
| عوامل القا کننده تخلیه اصلی | حباب های داخلی در مواد، عیوب فرآیند (ریخته گری/سیم پیچی) | فرسودگی روغن عایق، نقص رابط کاغذ روغن{0} |
| مناطق حساس | انتهای سیم پیچ، داخل بدنه ریخته گری، نوک هادی | روغن{0}}رابط کاغذ، حبابهای موجود در روغن، شکاف هوا در بالای مخزن |
| هسته پیشگیری | کنترل خلوص مواد، فرآیندهای تصفیه شده (گاز زدایی / پخت / بسته بندی)، بهینه سازی ساختار یکسان سازی ولتاژ | تصفیه روغن عایق (گاز زدایی / کم آبی / حذف ناخالصی)، حفاظت از آب بندی، نظارت بر وضعیت رابط |
IV. بینش صنعت: تشخیص زودهنگام و پیشنهادات عملیات و نگهداری برای تخلیه جزئی
خطر تخلیه جزئی در "پنهان شدن" آن نهفته است-شدت تخلیه اولیه کم است، بدون ویژگی های خارجی آشکار، اما تجمع طولانی مدت- منجر به تخریب غیرقابل برگشت عایق می شود. بنابراین، ترانسفورماتورهای نوع-غوطهور و خشک{4}}روغنی باید به تشخیص زودهنگام و کنترل عملیات و نگهداری اهمیت دهند:
- آزمایش منظم: سیستمهای نظارت بر تخلیه جزئی آنلاین (مانند آزمایش اولتراسونیک، آزمایش فرکانس بالا) را برای گرفتن سیگنالهای تخلیه در زمان واقعی و مکانیابی دقیق موقعیتهای نقص به کار بگیرید.
- کنترل مواد و فرآیند: اولویتبندی تولیدکنندگان با شرایط کامل و فرآیندهای بالغ هنگام انتخاب محصولات، با تمرکز بر خلوص مواد عایق و گزارشهای آزمایش فرآیند.
- حفاظت از عملیات و نگهداری: برای ترانسفورماتورهای غوطهور شده در روغن، بهطور منظم شاخصهایی مانند رطوبت، محتوای گاز و هدررفت دیالکتریک روغن عایق را آزمایش کنید و فیلتر کردن و خالصسازی را بهموقع انجام دهید. برای ترانسفورماتورهای خشک-از ضربه مکانیکی اجتناب کنید، گرد و غبار سطح را به طور مرتب تمیز کنید و از خزش سطح عایق جلوگیری کنید.
- کنترل محیطی: از کارکردن ترانسفورماتورها در محیط هایی با رطوبت بالا، گرد و غبار زیاد و گازهای خورنده خودداری کنید. ترانسفورماتورهای{1} نوع خشک باید از تهویه خوب و اتلاف گرما اطمینان حاصل کنند تا از گرم شدن بیش از حد عایق و پیری جلوگیری شود.
نتیجه گیری: تخلیه جزئی یک "قاتل نامرئی" سیستم عایق ترانسفورماتور است و علل آن ارتباط نزدیکی با نوع تجهیزات، ساختار عایق و سطح فرآیند دارد. تسلط بر خصوصیات تخلیه جزئی ترانسفورماتورهای نوع-غوطهور و خشک{2}}روغنی و از طریق انتخاب علمی محصول، کنترل فرآیند تصفیهشده و آزمایشهای منظم، میتواند خطرات تخلیه از منبع را کاهش داده و از عملکرد ایمن و پایدار سیستم قدرت اطمینان حاصل کند.
