¿Pueden los transformadores del rayo? Consejos de diseño de protección de relámpagos del transformador clave

Amenazas de tormenta eléctrica para transformadores en el clima de tormenta eléctrica

Las amenazas del clima de tormentas eléctricas a los transformadores provienen principalmente de dos tipos de efectos de rayos: rayos directos y rayos inducidos, con distintos caminos de daño y mecanismos.

Un rayo directo se refiere a un rayo que golpea directamente el transformador en sí o sus líneas conectadas. Los componentes centrales de un transformador, como el núcleo de hierro y los devanados, están hechos de materiales metálicos y funcionan a altos voltajes (10 kV y más) durante mucho tiempo. Una vez alcanzado por un rayo directo, el voltaje de rayos de cientos de miles o incluso millones de voltios descompondrá instantáneamente la capa de aislamiento, lo que dará como resultado que los cortocircuitos de bobinado y el agotamiento del núcleo de hierro, que a menudo es devastador. Sin embargo, la probabilidad de que un transformador sea golpeado directamente por un rayo no es alta, ya que las líneas de transmisión generalmente están equipadas con instalaciones de protección externa como pararrayos y cables de tierra superiores, formando una "barrera de protección de rayos".

En contraste, la amenaza de un rayo inducido está más oculta y común. Cuando el rayo golpea el suelo o los objetos cerca de las líneas, el fuerte campo electromagnético del rayo inducirá sobrecargaciones de miles de voltios en las líneas de transmisión, y estas sobretensiones se propagarán a lo largo de las líneas al transformador. Los sistemas de aislamiento dentro del transformador (como aceite - aislamiento de papel y aislamiento del buje) son extremadamente sensibles a las fluctuaciones de voltaje. Las sobretensiones generadas por un rayo inducido pueden causar una descomposición parcial del aislamiento, lo que lleva a fallas como Inter - giran los circuitos cortos y multi - conexión a tierra del núcleo de hierro. Las estadísticas muestran que más del 70% de las fallas de daños por rayos del transformador en los sistemas de energía son causadas por un rayo inducido.

El núcleo de la protección externa del rayo es reducir la probabilidad de que actúe directamente sobre los transformadores y los equipos asociados. En subestaciones o estaciones de distribución, generalmente se adopta un esquema de protección conjunta: los rayos y los cables de tierra superiores forman una "red de protección espacial", y su rango de protección debe cubrir equipos clave, como transformadores y interruptores de circuitos. Según el método de la bola de rodadura, la altura de las borndejas de rayos debe garantizar que el ángulo de protección no exceda de 45 grados para interceptar efectivamente los rayos directos. Para las líneas superiores conectadas a los transformadores, los cables de tierra superiores se instalan en ambos extremos de las líneas, y se establece una "sección de protección de línea entrante" dentro de los 50 metros del transformador. Al aumentar el número de piezas aislantes e instalar pararrayos, se reduce la intensidad de las ondas entrantes de rayos.

Cabe señalar que la protección externa del rayo debe evitar "puntos ciegos de protección". Las partes prominentes del transformador, como bujes y radiadores, son propensas al desglose del rayo. Por lo tanto, la posición de instalación de las ligeras sobre ellas debe calcularse con precisión para garantizar que no hay esquinas muertas de protección. En áreas propensas o regiones montañosas de tormentas eléctricas, un diseño de "pararrayos independientes + aislado" aislado "también se puede utilizar, donde el sistema de conexión a tierra del relámpago se establece por separado de la cuadrícula de conexión a tierra del transformador (con un espacio de no menos de 3 metros) para evitar el contador potencial de tierra generado cuando la biela de la luz se extiende desde la luz que afecta el transformador.

Incluso si la protección externa de los rayos intercepta la mayor parte del rayo, algunos rayos inducidos o sobrecargaciones residuales aún pueden invadir el transformador. En este momento, los dispositivos internos de protección del rayo juegan un papel clave. Los pararrayos de óxido de zinc son la "primera línea de defensa" para los transformadores. Se instalan en paralelo en la salida de voltaje de alto - de voltaje del transformador. En el funcionamiento normal, están en un estado de resistencia - alto. Cuando la sobretensión del rayo excede el umbral, el arresto se descompone rápidamente y conduce, limitando la sobretensión dentro del rango de tolerancia a aislamiento y desviando la corriente del rayo al suelo. Los pararrayos de óxido de zinc de alta calidad - deben tener las características de bajo voltaje residual y una gran corriente de corriente -, y el voltaje residual de los arrestadores que apoyan los transformadores de 10kV deben controlarse por debajo de 45kV.

Además de los pararquillas, el diseño de coordinación de aislamiento también es importante. Los sistemas de aislamiento dentro del transformador (como el aceite - aislamiento de papel y aislamiento del buje) deben coincidir con las características de protección de los pararqueros a formar "paso - por - protección de paso". Por ejemplo, la resistencia al impacto del devanado se mejora al ajustar el proceso de devanado (como el uso de 纠结式 纠结式 bueyes), y se seleccionan anti - mangas de porcelana de contaminación o mangas compuestas para la selección del buje para mejorar la resistencia a la explosión de la superficie. Para los transformadores de 35 kV y por encima, los parares neutros también se instalan en el punto neutral para evitar que la sobrevoltaje del rayo dañe el aislamiento del punto neutro.

Con el desarrollo de la inteligencia en los sistemas de energía, el diseño de protección de rayos se ha actualizado de "protección pasiva" a "alerta temprana activa". Los transformadores modernos generalmente están equipados con sistemas de monitoreo en línea, que recopilan datos de operación de tiempo - de tiempo de dispositivos de protección de rayos al instalar monitores de corriente de fuga de óxido de zinc, sensores de temperatura de devanado, detectores de descarga parciales y otros equipos. Cuando la corriente de fuga del arresta aumenta de manera anormal o la resistencia al aislamiento del devanado disminuye, el sistema enviará automáticamente una señal de alerta temprana, y el personal de operación y mantenimiento puede solucionar los problemas ocultos.

En las áreas propensas a tormentas eléctricas -, el sistema de ubicación de Lightning también se puede vincular con el modelo de evaluación de estado del transformador. Al analizar datos como el tiempo, la ubicación y la intensidad de las actividades de rayos, combinados con los registros históricos de fallas del transformador, se predice el nivel de riesgo del equipo dañado por un rayo, y las medidas preventivas como el ajuste de la carga y el apagado temporal se toman con anticipación. Después de que una compañía de cuadrícula de energía aplicó esta tecnología en áreas de tormenta eléctrica de riesgo alta -, el tiempo de reparación para las fallas de daños por rayos del transformador se acortó en un 40%, y la confiabilidad de la fuente de alimentación mejoró significativamente.

La prueba de impulso de rayos es un enlace crucial para verificar si el transformador puede soportar los impactos de sobretensión del rayo y garantizar la confiabilidad del diseño de protección del rayo. Su propósito central es simular el voltaje del impulso del rayo que puede ocurrir en la operación real en el transformador en un entorno de laboratorio, probar el rendimiento del aislamiento y la estabilidad estructural del transformador en condiciones de voltaje extrema y proporcionar una base confiable para la optimización del diseño de protección de rayos.

Hay dos tipos principales de pruebas de impulso de relámpagos: prueba de impulso de onda -} y pica -} prueba de impulso de onda. La prueba de impulso de onda - completa simula el proceso completo de sobretensión de rayos que se propaga a lo largo de la línea, aplicando una forma de onda de voltaje de impulso de rayo estándar (1.2/50 μs) al devanado del transformador. Esta prueba puede detectar efectivamente si hay defectos de aislamiento, como puntos débiles en el devanado, que son propensos a la descomposición bajo la sobrevoltaje del rayo. La prueba de impulso de onda - picada es cortar la onda de voltaje del impulso del rayo por adelantado (generalmente cortando la cola de onda dentro de 2 - 5 μs después del frente de onda), que es más severa que la prueba de onda -}}} completa. Se usa principalmente para probar la resistencia de aislamiento del aceite del transformador - aislamiento de papel y buje bajo la acción del sobretensión delantera empinada -}, y verificar si el aislamiento aún puede mantener su rendimiento cuando el sobrevoltaje de rayos cambia repentinamente.

Durante la prueba, se controlan los indicadores clave, como el valor del voltaje de descomposición, la cantidad de descarga parcial y el cambio de resistencia al aislamiento del transformador. Si el transformador puede resistir el número especificado de voltajes de impulso sin descomposición, flashover o cambios significativos en los parámetros de aislamiento, indica que su sistema de aislamiento cumple con los requisitos de protección del rayo. De lo contrario, es necesario averiguar las causas de las debilidades de aislamiento, como la disposición de devanado inadecuado o los materiales de aislamiento no calificados, y optimizar el diseño.

La prueba de impulso de rayos no es solo una prueba necesaria antes de que el transformador salga de la fábrica, sino también un medio importante para las unidades de operación y mantenimiento para evaluar el estado de envejecimiento del aislamiento del transformador durante su vida útil. Al comparar los datos de prueba del mismo transformador en diferentes períodos, se puede juzgar si el rendimiento de aislamiento del transformador se ha degradado, a fin de tomar medidas de mantenimiento o reemplazo por adelantado y evitar fallas de daños por el rayo causados ​​por el envejecimiento del aislamiento.

La efectividad del diseño de la protección del rayo no solo depende del esquema inicial, sino que también debe prestar atención a la optimización de detalles y el mantenimiento diario. Durante la instalación del transformador, se deben colocar las líneas entrantes del cable lateral de voltaje alto - de voltaje a través de las tuberías, y ambos extremos de la tubería de metal deben conectarse de manera confiable para formar una "capa de protección electromagnética" para reducir la sobretensión generada por los rayos inducidos en el cable. Para los transformadores inmersos en aceite, el gel de sílice en el respiración debe mantenerse seco para evitar reducir el rendimiento del aislamiento después de la absorción de humedad; Para los transformadores de tipo seco, el polvo de la superficie debe limpiarse regularmente para evitar el flagín de la superficie causado por la acumulación de suciedad.

El mantenimiento de la cuadrícula de conexión a tierra es un enlace clave que se ignora fácilmente. La corrosión y el asentamiento del suelo pueden causar fractura por electrodo de conexión a tierra o aumento de la resistencia a la conexión a tierra. Por lo tanto, la resistencia a la conexión a tierra debe medirse cada año, y se debe realizar una prueba de conducción de la cuadrícula de conexión a tierra cada 3 años para garantizar una conexión confiable de los electrodos de conexión a tierra. Los pararqueros deben someterse a pruebas de voltaje de referencia de CC y pruebas de corriente de fuga cada 1 - 2 años, y el envejecimiento o el rendimiento - Los pararneros degradados deben reemplazarse a tiempo para evitar que fallen en el clima de tormentas eléctricas.