Wat is de reden voor de slechte stabiliteit van de transformator?

Als een van de kernuitrusting van het energiesysteem vervult de transformator de belangrijkste functies van spanningsomzetting, krachtoverdracht en distributie. De operationele stabiliteit ervan heeft rechtstreeks invloed op de veiligheid en betrouwbaarheid van het gehele energiesysteem. In moderne energienetwerken bereiken transformatoren een efficiënte transmissie en een redelijke verdeling van energie door de spanningsniveaus te veranderen, waardoor ze voldoen aan de behoeften van verschillende gebruikers aan elektrische energie. Bovendien spelen transformatoren ook een belangrijke regulerende rol bij de stabiele werking van het energiesysteem, zoals het handhaven van het spanningsniveau door de kraanpositie aan te passen, of het verbeteren van de systeemvermogensfactor door middel van blindvermogencompensatie. Bij feitelijk gebruik zullen veel transformatoren echter problemen ondervinden zoals grote spanningsschommelingen, ongelijkmatige belastingverdeling en verminderde overbelastingsmogelijkheden. Deze verschijnselen wijzen meestal op de "slechte stabiliteitsprestaties" van de transformator. Wat zijn de grondoorzaken van slechte stabiliteitsprestaties van transformatoren?

I. Onredelijk ontwerp en selectie

1. Onjuiste aanpassing van de impedantiespanning

De impedantiespanning van de transformator bepaalt de uniformiteit van de belastingsverdeling wanneer deze parallel wordt gebruikt. Als de impedantiespanningsafwijking te groot is wanneer meerdere transformatoren parallel worden gebruikt, zal de transformator met een kleinere impedantie te veel belasting dragen en gedurende lange tijd in een overbelastingstoestand verkeren, waardoor de stabiliteit van het totale systeem wordt aangetast.

2. Onvoldoende capaciteitsmarge

Als de nominale capaciteit van de transformator niet overeenkomt met de werkelijke belastingsvraag, vooral in scenario's met grote belastingschommelingen (zoals het opstarten van een industriële productielijn, een nieuwe aansluiting op het energienet), werkt de transformator vaak dicht bij de nominale capaciteit of overschrijdt deze, waardoor het moeilijk wordt om een ​​stabiele uitgangsspanning te behouden.

3. Het instelbereik van de kraanwisselaar is beperkt

Het aantal versnellingen en de instelnauwkeurigheid van de spanningsregulerende schakelschakelaar onder belasting zijn onvoldoende en kunnen grote schommelingen in de netspanning niet effectief opvangen, waardoor de spanning aan de secundaire zijde afwijkt van het normale bereik.

II. Productieproces en materiaalkwaliteitsproblemen

1. Slechte selectie van ijzeren kernmateriaal

Als kerncomponent van de transformator heeft de keuze voor ijzeren kernmateriaal rechtstreeks invloed op de magnetische eigenschappen, het nullastverlies en de bedrijfsstabiliteit van de transformator. Momenteel omvatten de algemeen gebruikte ijzeren kernmaterialen voornamelijk siliciumstaalplaten en amorfe legeringen. Er zijn significante verschillen tussen de twee in termen van magnetische permeabiliteit, magnetische verzadigingsinductie-intensiteit en ijzerverlies. Siliciumstaalplaten worden veel gebruikt in traditionele transformatoren vanwege hun hoge magnetische permeabiliteit en lage kosten. Het ijzerverlies van siliciumstaalplaten is echter relatief hoog, vooral onder hoogfrequente omstandigheden, wat zal leiden tot een toename van het nullastverlies van de transformator, gepaard gaand met een toename van geluid en andere problemen, waardoor de stabiliteit en economie worden aangetast. Amorfe legeringsmaterialen zijn geleidelijk het voorkeursmateriaal geworden voor nieuwe transformatoren vanwege hun extreem lage ijzerverlies en uitstekende magnetische eigenschappen. De mechanische sterkte en verwerkingsprestaties van amorfe legeringen zijn echter relatief slecht. Als deze factoren niet volledig in aanmerking worden genomen tijdens het ontwerpproces, kan dit problemen veroorzaken zoals vervorming en barsten van de kern tijdens de productie of werking, waardoor de prestaties van het magnetische circuit en de operationele stabiliteit van de transformator verder worden beïnvloed. Daarom moeten bij het selecteren van ijzeren kernmaterialen de magnetische eigenschappen, de economie en de toepasbaarheid ervan uitgebreid in overweging worden genomen om het beste ontwerpeffect te bereiken.

2. Defecten in het ontwerp van de kernstructuur en het stapelproces

De rationaliteit van het ontwerp van de kernstructuur en het stapelproces heeft een belangrijke invloed op de prestaties van het magnetische circuit, de nullaststroom en de operationele stabiliteit van de transformator. Allereerst zal een onredelijk structureel ontwerp van de ijzeren kern, zoals overmatige verbindingen of slechte isolatie tussen platen, leiden tot een ongelijkmatige verdeling van de magnetische flux in het magnetische circuit, waardoor de nullaststroom en het ijzerverlies toenemen. Dit fenomeen zal niet alleen de bedrijfsefficiëntie van de transformator verminderen, maar kan ook lokale oververhittingsproblemen veroorzaken en in ernstige gevallen zelfs kernstoringen veroorzaken. Ten tweede is het onregelmatige stapelproces ook een belangrijke factor die de kernprestaties beïnvloedt. Als de stukken tijdens het stapelproces verkeerd uitgelijnd zijn of de isolatie beschadigd is, wordt de continuïteit van het magnetische circuit vernietigd, wat resulteert in een groter hysteresisverlies en wervelstroomverlies. Bovendien kan onvoldoende of ongelijk verdeelde drukkracht tijdens het stapelen ervoor zorgen dat de kern tijdens bedrijf losraakt, wat de mechanische stabiliteit en het geluidsniveau beïnvloedt. Daarom moet tijdens het kernontwerp- en fabricageproces de nauwkeurigheid van het stapelproces strikt worden gecontroleerd om ervoor te zorgen dat de geometrische afmetingen en magnetische eigenschappen van de kern voldoen aan de ontwerpvereisten, waardoor een betrouwbare garantie wordt geboden voor de stabiele werking van de transformator.

3. Onjuiste wikkelstructuur en isolatie

De keuze van de wikkelstructuur heeft een belangrijke invloed op de warmteafvoerprestaties, mechanische sterkte en stabiliteit van de transformator. Momenteel omvatten gebruikelijke wikkelstructuren het cilindrische type en het taarttype. Elke structuur heeft unieke kenmerken en toepasbare scenario’s. Cilindrische wikkelingen worden veel gebruikt in kleine en middelgrote transformatoren vanwege hun eenvoudige structuur en volwassen productietechnologie. De toepassing van deze structuur in grote transformatoren kan echter problemen opleveren met een slechte warmteafvoer, vooral onder hoge belastingsomstandigheden, wat gemakkelijk kan leiden tot lokale oververhitting, waardoor de stabiele werking van de transformator wordt aangetast. Daarentegen verbeteren taartvormige wikkelingen de efficiëntie van de warmteafvoer en verbeteren ze de mechanische sterkte door middel van een gesegmenteerd ontwerp, waardoor ze geschikter worden voor hoogspanningstransformatoren met grote capaciteit. Als de structuur echter onjuist wordt geselecteerd, bijvoorbeeld blindelings een bepaalde structuur selecteren zonder volledig rekening te houden met de belastingskarakteristieken en de gebruiksomgeving, kan dit problemen veroorzaken zoals mechanische spanningsconcentratie en isolatieschade tijdens de werking van de transformator, waardoor de stabiele prestaties ervan worden beïnvloed.

Kortsluiting tussen windingen, veroudering van de tussenlaagisolatie of een ontoereikend impregnatieproces zullen gedeeltelijke ontlading of zelfs defecten tussen windingen veroorzaken, wat resulteert in een abnormale verdeling van het elektromagnetische veld in de transformator en verslechtering van de uitgangskarakteristieken.

Daarom is het bij het ontwerp van de wikkelconstructie noodzakelijk om de voor- en nadelen van verschillende constructies uitgebreid te evalueren op basis van specifieke toepassingsscenario's om de optimale oplossing te selecteren.

4. Onredelijk ontwerp van kronkelende bochten

Het aantal windingen is een van de kernparameters bij het ontwerpen van transformatoren, en de rationaliteit ervan heeft rechtstreeks invloed op de spanningsverhouding, stroomverdeling en algehele stabiliteitsprestaties van de transformator. Wanneer het aantal windingen te groot is ontworpen, zal de spanningsverhouding tussen de primaire zijde en de secundaire zijde van de transformator afwijken van de nominale waarde, waardoor problemen met spanningsafwijkingen ontstaan. Deze afwijking heeft niet alleen invloed op de kwaliteit van de stroomvoorziening van het voedingssysteem, maar kan ook schade aan de belastingsapparatuur veroorzaken. Bovendien zullen te veel windingen de weerstand van de wikkeling vergroten, wat resulteert in grotere koperverliezen, waardoor de bedrijfsefficiëntie van de transformator wordt verminderd. Integendeel, als het aantal windingen van de wikkelingen te klein is, zal de transformator onder de nominale belasting een overmatige stroom verdragen, waardoor het fenomeen van de opwarming van de wikkelingen wordt verergerd en er zelfs voor kan zorgen dat de isolatielaag veroudert of kapot gaat, waardoor de stabiliteit en de levensduur van de transformator ernstig worden aangetast. Daarom is het bij het daadwerkelijke ontwerp noodzakelijk om het redelijke aantal windingen nauwkeurig te berekenen en te bepalen op basis van factoren zoals de nominale capaciteit, het spanningsniveau en de werkomgeving van de transformator om ervoor te zorgen dat de transformator bij langdurig gebruik stabiele prestaties behoudt.

5. Slechte draadkwaliteit

Draden zijn de basismaterialen van transformatorwikkelingen en hun kwaliteit heeft rechtstreeks invloed op de weerstandswaarde, elektrische sterkte en algehele stabiliteit van de wikkelingen. Als de soortelijke weerstand van de draad te hoog is, zal de weerstand van de wikkeling toenemen, wat extra koperverliezen en problemen met de temperatuurstijging veroorzaakt. Deze temperatuurstijging zal niet alleen de veroudering van het isolatiemateriaal versnellen, maar kan ook de elektrische sterkte van de wikkeling verminderen en het risico op kortsluiting vergroten. Bovendien heeft de kwaliteit van de draadisolatielaag ook een belangrijke invloed op de stabiele prestaties van de transformator. Als de isolatielaag problemen heeft zoals ongelijkmatige dikte en onvoldoende spanningsweerstand, zal dit gemakkelijk leiden tot kortsluiting tussen de windingen of aardfouten in de wikkeling, wat de normale werking van de transformator zal beïnvloeden. Vooral onder hoge belastingsomstandigheden zal het probleem van slechte geleiderkwaliteit verder worden versterkt, waardoor de transformator kan uitvallen als gevolg van oververhitting of elektrische storing. Daarom moeten draadmaterialen tijdens het productieproces van de transformator strikt worden gescreend om ervoor te zorgen dat hun weerstandsvermogen en isolatie-eigenschappen voldoen aan de ontwerpvereisten om de stabiele werking van de transformator te garanderen.

6. Slechte prestaties van isolatiematerialen

Isolatiematerialen spelen een belangrijke rol bij het isoleren van componenten met verschillende potentiëlen in transformatoren, en hun prestaties hebben rechtstreeks invloed op de betrouwbaarheid en algehele stabiliteit van het transformatorisolatiesysteem. Als het isolatiemateriaal een laag hittebestendigheidsniveau heeft, kunnen de mechanische sterkte en elektrische eigenschappen ervan snel afnemen bij hoge belasting of overbelasting, wat kan leiden tot kapotte isolatie of gedeeltelijke ontlading. Bovendien is de coronaweerstand van het isolatiemateriaal ook een sleutelfactor die de stabiliteit van de transformator beïnvloedt. Wanneer het isolatiemateriaal wordt blootgesteld aan een sterke elektrische veldomgeving en de corona-weerstand onvoldoende is, zal het gemakkelijk corona-ontlading veroorzaken, wat leidt tot corrosie en verslechtering van het isolatieoppervlak, waardoor uiteindelijk de levensduur van de transformator wordt verkort. Onderzoek toont aan dat slechte prestaties van isolatiematerialen niet alleen het uitvalpercentage van de transformator zullen vergroten, maar ook een negatief effect kunnen hebben op de economische werking ervan, zoals hogere onderhoudskosten en stroomuitvalverliezen. Daarom moeten hoogwaardige isolatiematerialen tijdens het productieproces van de transformator voorrang krijgen en strenge tests en verificatie ondergaan om ervoor te zorgen dat ze onder verschillende bedrijfsomstandigheden stabiele prestaties kunnen behouden.

III. Zware werkomgeving

1. Te hoge temperatuur of slechte warmteafvoer

Wanneer transformatoren gedurende langere perioden in omgevingen met hoge temperaturen werken (zoals blootstelling aan direct zonlicht in de zomer of in slecht geventileerde onderstations), veroudert het isolatiemateriaal sneller, verslechteren de diëlektrische eigenschappen van de olie-papierisolatie, wat leidt tot verhoogde interne gedeeltelijke ontladingen, drift in elektrische parameters en verminderde stabiliteit.

2. Hoge luchtvochtigheid en ernstige vervuiling

Een hoge luchtvochtigheid, samen met verontreinigingen zoals zoutnevel en stof, die zich hechten aan de oppervlakken van bussen en isolatoren, kunnen het externe isolatieniveau verlagen, kruipflashover veroorzaken, onmiddellijke aarding of kortsluiting veroorzaken en resulteren in ernstige spanningsschommelingen.

3. Harmonische en impactbelastinginterferentie

Een grote hoeveelheid harmonischen die wordt gegenereerd door niet-lineaire belastingen (zoals frequentieomvormers, gelijkrichters en boogovens) wanneer deze in transformatoren worden geïnjecteerd, verhoogt de koper- en ijzerverliezen, waardoor extra verwarming ontstaat. Tegelijkertijd kunnen harmonische stromen ook de magnetische flux in de kern vervormen, waardoor de stabiliteit van de golfvorm en amplitude van de uitgangsspanning wordt beïnvloed.

IV. Onvoldoende exploitatie- en onderhoudsbeheer

1. Gebrek aan regelmatige inspecties en preventieve tests: preventieve tests zoals het testen van de isolatieweerstand, het meten van diëlektrische verliezen en de analyse van oliechromatografie werden niet op tijd uitgevoerd, waardoor het onmogelijk werd om interne latente fouten (zoals plaatselijke oververhitting, ontlading of binnendringend vocht) onmiddellijk te identificeren. Dit leidde ertoe dat problemen niet vroegtijdig werden opgespoord, waardoor ze konden escaleren en de stabiliteit ernstig konden beïnvloeden.

2. Verwaarloosd onderhoud van het koelsysteem: Storingen in koelapparatuur zoals ventilatoren, oliepompen en radiatoren werden niet onmiddellijk gerepareerd, of de radiatoren raakten ernstig verstopt met stof, waardoor de warmteafvoerefficiëntie van de transformator verminderde en de olietemperatuur steeg. Dit versnelde de veroudering van de isolatie en verslechterde de elektrische prestaties.

3. Onjuiste bediening van kraanwisselaars: Tijdens handmatige of automatische spanningsregeling kunnen problemen optreden zoals vastzittende kraanwisselmechanismen, verbrande contacten of mechanische storingen, wat resulteert in een mislukte spanningsregeling of onjuiste kraanposities, wat kan leiden tot ongecontroleerde uitgangsspanningen.

V. Factoren van het externe elektriciteitsnet

1. De systeemspanning fluctueert regelmatig

De spanning van het stroomopwaartse elektriciteitsnet stijgt of daalt plotseling als gevolg van grootschalige belastingschakelingen, foutuitschakelingen, enz. Wanneer het spanningsregelvermogen van de transformator wordt overschreden, kan de transformator de stabiliteit van de spanning aan de secundaire zijde niet handhaven.

2. Het driefasige onevenwicht is ernstig

De enkelfasige belasting met hoog vermogen aan de laagspanningszijde is ongelijk verdeeld, wat resulteert in een ernstige onbalans in de driefasige stroom en een verschuiving in het neutrale punt. Dit veroorzaakt niet alleen een toename van de nulsequentiestroom en extra verliezen, maar maakt ook de driefasige uitgangsspanning asymmetrisch, wat de normale werking van elektrische apparatuur beïnvloedt.

VI. Samenvatting en verbetersuggesties

Slechte transformatorstabiliteitsprestaties zijn vaak het resultaat van de superpositie van meerdere factoren, en een enkele oorzaak kan zelden onafhankelijk tot ernstige gevolgen leiden. Als reactie op de bovenstaande problemen wordt aanbevolen om de volgende aspecten te verbeteren:

• Optimaliseer het vroege ontwerp: Selecteer redelijkerwijs de transformatorcapaciteit, impedantiespanning en spanningsregelingsmethode op basis van de werkelijke belastingskarakteristieken, en gebruik indien nodig een spanningsregelingstransformator bij belasting.
• Houd de productiekwaliteit strikt in de gaten: selecteer hoogwaardige siliciumstaalplaten en hoogwaardige isolatiematerialen en versterk de fabriekstesten om de procesconsistentie te garanderen.
• Verbeter de werkomgeving: houd de transformatorruimte goed geventileerd, installeer temperatuurcontrole- en ontvochtigingsapparatuur en ruim vuil regelmatig op.
• Versterk het exploitatie- en onderhoudsbeheer: zet een wetenschappelijk inspectiesysteem op, voer regelmatig oliemonsteranalyses en elektrische tests uit en vervang verouderde onderdelen tijdig.
• Verbeter de kwaliteit van het elektriciteitsnet: installeer filter- en reactieve stroomcompensatieapparatuur, optimaliseer de driefasige belastingverdeling en verminder de impact van harmonischen en onbalans op de transformator.

Alleen door de gehele keten vanaf de ontwerpbron tot de dagelijkse werking en het onderhoud te beheersen, kunnen de stabiele prestaties van de transformator effectief worden verbeterd en de veilige en betrouwbare werking van het energiesysteem worden gegarandeerd.