În calitate de furnizor de transformatoare pentru stații, am fost martor direct la rolul critic pe care îl joacă aceste dispozitive în rețelele de distribuție a energiei. Transformatoarele substațiilor sunt calitățile de lucru ale rețelei electrice, crescând sau scăzând nivelurile de tensiune pentru a asigura transportul eficient și sigur de energie electrică. Cu toate acestea, ca toate echipamentele electrice, acestea sunt supuse îmbătrânirii, ceea ce le poate afecta semnificativ performanța și durata de viață. În această postare pe blog, voi aprofunda mecanismul de îmbătrânire al transformatoarelor substațiilor, explorând factorii care contribuie la deteriorarea acestora și strategiile pe care le putem folosi pentru a atenua aceste efecte.
1. Bazele transformatoarelor de substație
Înainte de a discuta despre mecanismul de îmbătrânire, să trecem în revistă pe scurt componentele și funcțiile de bază ale unui transformator de stație. Un transformator tipic de substație constă dintr-un miez, înfășurări, materiale izolatoare și un sistem de răcire. Miezul, de obicei realizat din oțel siliciu laminat, oferă o cale de reluctanță scăzută pentru fluxul magnetic. Înfășurările, realizate din conductori de cupru sau aluminiu, sunt responsabile de transferul energiei electrice prin inducție electromagnetică. Materialele izolante, cum ar fi uleiul și hârtia, împiedică defecțiunea electrică între înfășurări și miez. Sistemul de răcire, care utilizează adesea circulația uleiului, disipează căldura generată în timpul funcționării.
Un tip comun de transformator de substație esteTransformator de tip miez. Într-un transformator de tip miez, înfășurările înconjoară miezul, ceea ce ajută la reducerea fluxului de scurgere și la îmbunătățirea eficienței transformatorului.
2. Îmbătrânire termică
Îmbătrânirea termică este unul dintre cei mai importanți factori care contribuie la deteriorarea transformatoarelor substațiilor. În timpul funcționării normale, transformatoarele generează căldură datorită rezistenței înfășurărilor (pierderi I²R) și pierderilor de histerezis și curenți turbionari din miez. Dacă această căldură nu este disipată eficient, temperatura componentelor transformatorului va crește.
Materialele izolante din transformatoare, în special hârtia pe bază de celuloză, sunt foarte sensibile la temperatură. Pe măsură ce temperatura crește, moleculele de celuloză din hârtie încep să se descompună printr-un proces numit piroliză. Această defecțiune duce la o reducere a rezistenței mecanice și a proprietăților dielectrice ale izolației din hârtie. În timp, hârtia devine fragilă și mai predispusă la crăpare, ceea ce poate duce în cele din urmă la defecțiuni electrice.
Ecuația Arrhenius este adesea folosită pentru a descrie relația dintre rata de îmbătrânire a materialelor izolatoare și temperatură. Conform acestei ecuații, rata de îmbătrânire se dublează pentru fiecare creștere cu 8 - 10°C a temperaturii peste temperatura normală de funcționare. Prin urmare, menținerea răcirii corespunzătoare și monitorizarea temperaturii transformatorului este crucială pentru încetinirea procesului de îmbătrânire termică.
3. Oxidare și umiditate
Oxidarea este un alt mecanism important de îmbătrânire în transformatoarele substațiilor. Uleiul izolator din transformatoare poate reacționa cu oxigenul din aer, în special la temperaturi ridicate. Acest proces de oxidare formează acizi, nămol și alte produse secundare. Acizii pot coroda componentele metalice ale transformatorului, cum ar fi înfășurările și miezul, în timp ce nămolul se poate acumula în transformator, blocând canalele de curgere a uleiului și reducând eficiența de răcire.
Umiditatea joacă, de asemenea, un rol dăunător în îmbătrânirea transformatoarelor. Umiditatea poate pătrunde în transformator prin diferite mijloace, cum ar fi etanșarea necorespunzătoare în timpul producției sau întreținerii, sau prin absorbția vaporilor de apă din atmosferă. Umiditatea din uleiul izolator poate reduce rigiditatea dielectrică a acestuia și poate accelera procesul de oxidare. Mai mult, umiditatea poate hidroliza izolația din celuloză, degradându-i și mai mult proprietățile mecanice și electrice.
Pentru a preveni oxidarea și pătrunderea umezelii, transformatoarele sunt adesea echipate cu conservatoare și sisteme de aerisire. Conservatorul asigură un rezervor pentru uleiul izolator, permițând dilatarea și contracția uleiului cu schimbări de temperatură. Sistemul de aerisire, umplut cu un desicant, cum ar fi silicagel, elimină umezeala din aerul care intră în transformator.
4. Stresul electric
Stresul electric este un alt factor care contribuie la îmbătrânirea transformatoarelor substațiilor. În timpul funcționării, transformatoarele sunt supuse la diferite solicitări electrice, inclusiv tensiuni normale de funcționare, supratensiuni datorate loviturilor de trăsnet sau operațiunilor de comutare și tensiuni tranzitorii.
Tensiunile electrice ridicate pot provoca descărcări parțiale în materialele izolatoare. Descărcările parțiale sunt defecțiuni electrice localizate care apar în goluri mici sau defecte ale izolației. Aceste descărcări generează electroni și ioni de înaltă energie, care pot deteriora materialele izolante prin erodarea hârtiei celulozice și descompunerea uleiului izolator. În timp, efectul cumulativ al descărcărilor parțiale poate duce la formarea de goluri și canale mai mari în izolație, crescând riscul unei defecțiuni electrice complete.
Pentru a rezista la solicitarea electrică, transformatoarele sunt proiectate cu grosimea și configurația adecvată a izolației. Testarea regulată a izolației, cum ar fi măsurarea descărcării parțiale și măsurarea factorului de pierdere dielectrică, pot ajuta la detectarea semnelor timpurii de degradare a izolației din cauza stresului electric.
5. Stresul mecanic
Tensiunile mecanice pot afecta, de asemenea, îmbătrânirea transformatoarelor din stație. Transformatoarele sunt supuse vibrațiilor mecanice în timpul funcționării, care pot fi cauzate de forțele electromagnetice dintre înfășurări și miez, precum și de factori externi, cum ar fi activitatea seismică sau mașinile din apropiere.
Aceste vibrații pot determina slăbirea sau deplasarea componentelor mecanice ale transformatorului, cum ar fi înfășurările și structurile de prindere. Înfășurările libere pot duce la creșterea rezistenței electrice și la încălzire locală, în timp ce structurile de prindere deplasate pot reduce stabilitatea mecanică a transformatorului. În plus, stresul mecanic poate provoca și deteriorarea izolației prin frecarea sau abraziunea izolației din hârtie.
Pentru a minimiza stresul mecanic, transformatoarele sunt proiectate cu structuri mecanice de sprijin adecvate și mecanisme de amortizare a vibrațiilor. În timpul instalării și întreținerii, este important să vă asigurați că transformatorul este fixat și aliniat corespunzător.
6. Atenuarea efectelor îmbătrânirii
În calitate de furnizor de transformatoare de substație, ne angajăm să oferim soluții pentru a atenua efectele îmbătrânirii și a prelungi durata de viață a transformatoarelor noastre. Iată câteva dintre strategiile pe care le folosim:
- Sisteme avansate de răcire: Utilizăm tehnologii de răcire de ultimă generație, cum ar fi sisteme forțate - răcite cu ulei și forțate - răcite cu aer, pentru a asigura o disipare eficientă a căldurii. Aceste sisteme pot menține temperatura transformatorului în intervalul optim, reducând rata de îmbătrânire termică.
- Materiale izolante de înaltă calitate: Procurăm materiale izolante de înaltă calitate, cu stabilitate termică și chimică excelentă. De exemplu, folosim hârtie celulozică îmbunătățită termic, care are o rezistență mai mare la temperatură și umiditate.
- Instrumente de monitorizare și diagnosticare: Oferim clienților noștri instrumente avansate de monitorizare și diagnosticare, cum ar fi senzori de temperatură, detectoare de descărcare parțială și analizoare de gaze dizolvate. Aceste instrumente permit monitorizarea în timp real a stării transformatorului, permițând detectarea timpurie a potențialelor probleme și întreținerea în timp util.
- Proiectare și fabricație corespunzătoare: Transformatoarele noastre sunt proiectate și fabricate pentru a îndeplini cele mai înalte standarde din industrie. Utilizăm tehnici avansate de proiectare pentru a optimiza performanța magnetică și electrică a transformatoarelor, reducând solicitările electrice și mecanice asupra componentelor.
7. Concluzie
Înțelegerea mecanismului de îmbătrânire a transformatoarelor de stație este esențială pentru asigurarea funcționării lor fiabile și pe termen lung. Îmbătrânirea termică, oxidarea, umiditatea, stresul electric și stresul mecanic sunt principalii factori care contribuie la deteriorarea transformatoarelor. Prin implementarea strategiilor adecvate de atenuare, cum ar fi răcirea avansată, materiale de înaltă calitate și monitorizarea continuă, putem încetini procesul de îmbătrânire și putem prelungi durata de viață a transformatoarelor din stație.
Dacă vă aflați pe piața transformatoarelor de substație sau aveți nevoie de mai multe informații despre produsele și serviciile noastre, vă invităm să ne contactați pentru o discuție detaliată. Echipa noastră de experți este pregătită să vă ajute în selectarea transformatorului potrivit pentru cerințele dumneavoastră specifice și să vă ofere asistență cuprinzătoare pe tot parcursul ciclului de viață al produsului.
Referințe
- Emsley, AM și Stevens, GP (2002). Izolarea cu celuloză în transformatoarele de putere. IEE Proceedings - Generation, Transmission and Distribution, 149(5), 313 - 320.
- Lesieutre, BC, & Sabin, TM (2004). Predicția de viață a izolației transformatorului: o revizuire. IEEE Electrical Insulation Magazine, 20(4), 12 - 23.
- Comisia Electrotehnică Internațională (IEC). (2010). IEC 60076 - 7: Transformatoare de putere - Partea 7: Ghid de încărcare pentru transformatoare de putere cu scufundare în ulei.