Исчерпывающее руководство по отказам трансформаторов: Причины, ответные меры и профилактика

В современной энергосистеме трансформаторы - это невоспетые герои, но когда происходит сбой, например, перегорание или взрыв, последствия могут быть катастрофическими. Такие события не только приводят к повсеместному отключению электроэнергии, но и могут стать причиной пожаров и серьезного риска для персонала. В этом комплексном руководстве рассматриваются причины отказов трансформаторов, предлагается четкий план действий в чрезвычайных ситуациях и излагаются стратегии профилактики, которые помогут коммунальным компаниям, промышленным предприятиям и владельцам недвижимости повысить уровень электробезопасности.

1. Определение неудачи: Выгорание против взрыва

Во-первых, важно понимать разницу между "перегоранием" и "взрывом трансформатора".

• Transformer Burnout: Это менее драматичная, но не менее серьезная неудача. Обычно она возникает, когда обмотки трансформатора повреждаются из-за внутреннего перегрева, пробоя изоляции или локального короткого замыкания. Перегорание может не сопровождаться резким физическим воздействием, но часто сигнализируется дымом, запахом гари и ненормальными звуками.
• Взрыв трансформатора: Это серьезное и опасное событие. При возникновении серьезной внутренней неисправности, например короткого замыкания, под воздействием сильного тепла изоляционное масло может быстро испариться. Внезапное, огромное давление, возникающее в результате расширения газа, может привести к резкому разрыву бака трансформатора, создавая мощную ударную волну и огромный огненный шар (вспышка). Крышку бака может сорвать, и горячее масло разбрызгается на большую площадь.

Распространенные заблуждения: Общественность часто использует термин "взрыв" в свободном смысле для обозначения любого громкого взрыва и вспышки от трансформатора. В действительности же к таким событиям могут относиться:

• Флэшвовер: Поверхностный разряд электричества по изолятору.
• Дуга: Непрерывный электрический разряд через газ, часто возникающий после пробоя изоляции.
• Разрыв: Физический разрыв резервуара под действием избыточного давления, который может сопровождаться или не сопровождаться мощным взрывом.

2. Коренные причины: Шесть виновников выхода из строя трансформаторов

Выход из строя трансформатора редко бывает одномоментным. Часто это результат воздействия множества факторов, накапливающихся с течением времени.

2.1 Электрические перегрузки и короткие замыкания

• Устойчивая перегрузка: Эксплуатация силовой трансформатор Превышение номинальной мощности в течение длительного времени приводит к критическому повышению температуры, ускоряя разрушение изоляционных материалов, таких как масло и бумага.
• Силы короткого замыкания: Внешнее короткое замыкание в линии электропередачи может вызвать мощный всплеск тока в обмотках трансформатора, создавая мощные электромагнитные силы. Эти силы могут физически деформировать обмотки, повредить межвитковую изоляцию и привести к внутреннему короткому замыканию.

2.2 Нарушение внутренней изоляции

• Старение или загрязнение изоляционного масла: Изоляционное масло, или "кровь" трансформатора, со временем деградирует под воздействием тепла, образуя кислотные побочные продукты и осадок. Если герметичность бака трансформатора нарушена, внутрь может попасть влага, что резко снижает диэлектрическую прочность и изоляционные свойства масла.
• Разбивка бумажной изоляции: Бумажная изоляция, используемая в обмотках, становится хрупкой с возрастом и под воздействием тепла. Крошечные трещины или пузырьки газа могут привести к частичному разряду (коронный разряд), который разрушает изоляцию и в конечном итоге приводит к тепловому пробою.

2.3 Производственные и конструктивные дефекты

• Плохое соединение: Неисправные внутренние сварные швы или неплотные соединения создают высокоомные участки, которые вызывают локальный перегрев.
• Недостатки дизайна: Неправильная конструкция обмотки, недостаточное расстояние между витками или неплотное крепление могут привести к вибрации и электрическому разряду, создавая бомбу замедленного действия.

2.4 Внешние электрические помехи

• Удары молнии и скачки напряжения: Молния или переключения в сети могут вызвать переходные перенапряжения, превышающие номинал изоляции трансформатора, что приводит к разрушению изоляции.
• Индукционная молния: Даже без прямого удара молния может вызвать скачок напряжения в линиях, подключенных к трансформатору.

2.5 Экологические и человеческие факторы

• Суровые условия: Воздействие влаги, соляного тумана или агрессивных химических веществ со временем может привести к разрушению корпуса и изоляционных материалов трансформатора.
• Человеческая ошибка или вторжение животных: Неправильная работа устройств РПН, копание вблизи подземных кабелей или проникновение мелких животных (например, белок) в трансформаторный шкаф могут вызвать короткое замыкание.

Подробнее：Как проверить силовой трансформатор? - Исчерпывающее руководство от Evernew Transformer

3. Предупреждающие знаки: Визуальные и слуховые признаки неисправного трансформатора

Трансформатор, находящийся в аварийном состоянии, часто подает четкие сигналы. Распознавание этих признаков позволяет своевременно принять меры.

3.1 Визуальные индикаторы

• Дым или утечка масла: Любой дым, брызги масла или видимая утечка масла из бака, втулок или устройства сброса давления - критический предупреждающий знак.
• Деформация резервуара: Необычное вздутие или "выпуклость" стенок бака, а также разбитое стекло масляного манометра указывают на опасное повышение внутреннего давления.
• Изменение цвета масла: Темный, обесцвеченный или мутный вид изоляционного масла свидетельствует о сильном тепловом напряжении.

3.2 Слуховые сигналы

• Аномальные звуки: Помимо обычного гудения, будьте внимательны к постоянным потрескивающим звукам (дуга), булькающие звуки, громкие, нерегулярные стуки или удары.
• Взрыв: Внезапный сильный взрыв - безошибочный признак серьезной поломки.

3.3 Обонятельные подсказки

• Жгучий запах: Сильный запах горелой бумаги или пластика указывает на сильный внутренний перегрев твердой изоляции.
• Запах горячего масла: Сильный, резкий запах, похожий на горячее масло или смолу, указывает на то, что изоляционная жидкость находится под сильным термическим напряжением.

4. Реагирование на чрезвычайные ситуации: Что делать при взрыве трансформатора

В случае взрыв трансформатора или пожара, личная безопасность является главным приоритетом.

1. Немедленно отключите электричество: Самый важный первый шаг - обесточить трансформатор. Быстро найдите и включите соответствующие автоматические выключатели или переключатели, чтобы обесточить как высоковольтную, так и низковольтную стороны.
2. Соблюдайте безопасное расстояние: Не приближайтесь к вышедшему из строя трансформатору. Риск вторичного взрыва, разлетающихся обломков или кабелей под напряжением чрезвычайно высок.
3. Экстренное оповещение: При возникновении пожара немедленно позвоните в пожарную службу (например, 911 в США, 112 в Европе). Также сообщите в местную коммунальную компанию об отключении и неисправности.
4. Использование огнетушителя: Если это безопасно, небольшой пожар можно потушить с помощью сухого химического или CO2-огнетушителя. НИКОГДА не используйте воду, так как она является проводником и может ухудшить ситуацию.

5. После сбоя: Ремонт, замена и восстановление

После неудачи требуется профессиональная оценка.

• Оценка ущерба: Техники определят, можно ли спасти трансформатор. Если повреждена лишь незначительная часть обмотки, а сердечник или бак целы, ремонт возможен. Однако если сердечник, бак или основные компоненты повреждены сильно, то замена трансформатора необходимо.
• Процесс ремонта: Ремонт трансформатора включает в себя сложные специализированные процедуры, такие как перемотка катушек, переукладка сердечника, замена втулок и заливка вакуумного масла.
• Сроки замены: Срок изготовления нового трансформатора может быть разным. Стандартный распределительный трансформатор может быть быстро доступен, в то время как более крупный или разработанный на заказ силовой трансформатор на изготовление может уйти несколько недель или месяцев.

6. Кому звонить при выходе из строя трансформатора

Знание того, с кем связаться в кризисной ситуации, очень важно для быстрого и эффективного реагирования.

• Пожарная служба: Если есть опасность задымления, возгорания или взрыва, первым делом звоните в пожарную службу.
• Коммунальная компания: Это самый важный звонок при инциденте, связанном с электроснабжением. Местное коммунальное предприятие направит обученные бригады для безопасной изоляции оборудования и начала восстановительных работ.
• Ваша страховая компания: Если ваше оборудование застраховано, как можно скорее свяжитесь со своей страховой компанией. Они пришлют специалиста по урегулированию претензий, чтобы оценить ущерб для возможного возмещения.
• Профессиональный сервис или производитель оригинального оборудования (OEM): После того, как объект будет в безопасности и электричество будет отключено, обратитесь к специалистам. трансформаторная сервисная компания или оригинального производителя. Они могут предоставить квалифицированную техническую поддержку, оценить ущерб и согласовать ремонт или замену.

Подробнее：Топ-10 ошибок, которых следует избегать при покупке силовых трансформаторов

7. Проактивная профилактика: Лучшая стратегия

Профилактика всегда лучше лечения. Надежная программа технического обслуживания и мониторинга может значительно снизить риск выхода трансформатора из строя.

7.1 Проектирование и закупки

• Правильно подобранный размер: Всегда выбирайте трансформатор с мощностью, превышающей пиковую нагрузку, с достаточным запасом прочности.
• Высококачественные материалы: Инвестируйте в высокоэффективные трансформаторы изготовлены с использованием сердечников из высококачественной кремниевой стали, обмоток из бескислородной меди и превосходных изоляционных материалов.
• Особенности безопасности: Выбирайте трансформаторы, оснащенные такими важными элементами безопасности, как предохранительные клапаны, газовые реле (реле Бухгольца)и ограничители перенапряжения.

7.2 Текущая эксплуатация и техническое обслуживание

• Регулярные проверки: Проводите регулярные визуальные проверки на наличие утечек, признаков коррозии и ненормальных шумов.
• Анализ масла: Периодически отбирайте пробы масла на хроматографический анализ (DGA). Этот анализ позволяет обнаружить растворенные в масле газы, указывающие на неисправности, что дает раннее предупреждение о внутренних проблемах, таких как перегрев или дуга.
• Тепловой мониторинг: Используйте тепловидение или система онлайн-мониторинга для отслеживания температуры трансформатора и выявления горячих точек.
• Управление нагрузкой: Убедитесь, что нагрузка на трансформатор сбалансирована по всем фазам, чтобы предотвратить перегрев одной части обмотки.

7.3 Защитные устройства и системы

• Комплексная защита: Убедитесь, что трансформатор оснащен реле защиты от перегрузки по току, дифференциальной защиты и защиты от замыкания на землю, которые правильно откалиброваны.
• Молниеотводы: Убедитесь, что молниеотводы правильно установлены и находятся в хорошем рабочем состоянии для защиты от скачков напряжения.

8. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

• Насколько распространены взрывы трансформаторов?
  • При современном производстве и регулярном техническом обслуживании риск взрыва трансформатора крайне низок. Однако запущенные или стареющие трансформаторы подвержены гораздо большему риску.
• Почему трансформаторы чаще выходят из строя в жаркую или штормовую погоду?
  • Тепло: Высокая температура окружающей среды снижает способность трансформатора отводить тепло, ускоряя старение его изоляционной системы.
  • Бури: Молнии и суровые погодные условия могут вызвать скачки напряжения и перенапряжения, которые могут привести к пробою изоляции.
• Как определить, что трансформатор перегревается?
  • Самый прямой способ - проверить температуру масла или обмотки. Другие признаки - сильный запах гари, темный цвет масла или горячие пятна, видимые с помощью тепловизора.
• Может ли неспециалист проверить трансформатор на наличие проблем?
  • Непрофессионалы могут провести простую визуальную проверку на наличие очевидных проблем, таких как протечки или физические повреждения. Однако, НИКОГДА не прикасайтесь к корпусу трансформатора и не открывайте его.. Все практические проверки и техническое обслуживание должны выполняться квалифицированным электриком или техником.

9. Заключение: Предотвращение, а не реакция

Безопасность и надежность вашей электрической системы имеют первостепенное значение. Понимание причин выхода из строя трансформаторов и реализация тщательного плана профилактического обслуживания - это наиболее эффективный способ защитить ваши активы и людей. Проактивные меры, от выбора высококачественного производителя трансформаторов, такого как Energy Transformer, до проведения ежегодных профессиональных проверок, гораздо более ценны, чем реактивные действия.