چگونه یک ترانسفورماتور 10000 کیلو ولت آمپر را آزمایش کنیم؟

هنگامی که شما ترانسفورماتورهای قدرت با ظرفیت بالا را تهیه می کنید، پروژه های کمی به اندازه یک واحد 10000 kva دارای سهام هستند. این ماشین‌های عظیم برق کل پارک‌های صنعتی، عملیات معدنی یا مزارع انرژی تجدیدپذیر در مقیاس بزرگ را تامین می‌کنند و تنها یک نقص می‌تواند منجر به میلیون‌ها نفر خرابی، خطرات ایمنی و از دست رفتن درآمد شود. بیش از 12 سال ساخت و آزمایش ترانسفورماتورها، آموخته ام که آزمایش یک واحد 10000 kva فقط یک چک لیست نیست - این یک فرآیند سختگیرانه است که هر جزء را، از لایه لایه های هسته گرفته تا عایق روغن، تأیید می کند تا اطمینان حاصل شود که به مدت 25 سال به طور قابل اعتماد کار می کند. امروز، پروتکل آزمایش گام به گام خود را برای یک ترانسفورماتور 10000 kva، با تکیه بر درس هایی که در حین تحویل واحدهایی مانندترانسفورماتور قدرت 160 KVA،ترانسفورماتور 800 Kva، وترانسفورماتور برق 500 KVAبه تأسیسات در سراسر آمریکای شمالی.

قبل از اینکه به آزمایش میدانی بپردازیم، بیایید از محل آزمایشی که به طور هدفمند ساخته شده‌ایم شروع کنیم - تنها فضایی که برای تأیید اعتبار یک ترانسفورماتور 10000 kva قبل از خروج از تأسیسات ما اعتماد داریم. بر خلاف واحدهای کوچکتر (مانند مدل جمع و جور 160 kva ما که روی یک تخت استاندارد قرار می گیرد)، یک واحد 10000 kva به دستگاه های تست سفارشی نیاز دارد که قادر به ارائه ولتاژ و جریان کافی برای تقلید از شرایط بار در دنیای واقعی باشد. مرحله پیش آزمون بسیار مهم است: ما ابتدا یک بازرسی بصری و ابعادی انجام می دهیم تا قبل از اینکه برق حتی اعمال شود، خطاهای تولید را تشخیص دهیم. این شامل بررسی تراز هسته، سفتی بوش، اتصالات سیم سربی و کیفیت روغن معدنی مورد استفاده برای عایق کاری و خنک کننده است. ما همچنین تأیید می‌کنیم که همه جزئیات پلاک نام - رتبه‌بندی kva، نسبت‌های ولتاژ و پیکربندی فاز - با مشخصات مشتری مطابقت دارند، مرحله‌ای که ما را از دوباره کاری پرهزینه در موارد متعدد نجات می‌دهد.

پس از تکمیل پیش‌بررسی‌ها، اولین آزمایش الکتریکی ما تست مقاومت عایق (IR) و شاخص پلاریزاسیون (PI) است. برای یک ترانسفورماتور 10000 kva، ما از یک مگاهم متر 5000 ولت برای اندازه گیری مقاومت بین سیم پیچ های ولتاژ بالا (HV) و ولتاژ پایین (LV) و همچنین بین سیم پیچ ها و زمین استفاده می کنیم. مقاومت عایق به ما می گوید که آیا عایق روغن یا کاغذ آلوده یا آسیب دیده است. مقدار زیر 1000 مگا اهم در دمای 20 درجه سانتیگراد یک پرچم قرمز است. شاخص پلاریزاسیون (محاسبه شده با تقسیم خواندن IR 10 دقیقه ای بر خواندن 1 دقیقه) به همان اندازه مهم است - ما یک PI 2 یا بالاتر را هدف قرار می دهیم که تأیید می کند عایق خشک و بدون رطوبت است. هرگز فراموش نمی‌کنم زمانی را که یک واحد 1600 kva برای ارسال آماده می‌کردیم در این آزمایش شکست خورد: PI 1.2 بود، بنابراین قبل از حرکت به مراحل بعدی مجبور شدیم روغن را دوباره آبگیری کنیم. این اشتباه به ما آموخت که هرگز در این آزمون عجله نکنیم، حتی زمانی که ضرب الاجل ها تنگ است.

در مرحله بعد، تست نسبت چرخش (TTR) را اجرا می کنیم تا تأیید کنیم که نسبت ولتاژ بین سیم پیچ های HV و LV با مشخصات طراحی مطابقت دارد. برای یک ترانسفورماتور 10000 kva، که ممکن است سیم پیچ 66 کیلوولت HV و سیم پیچ 12.47 کیلوولت LV داشته باشد، نسبت مورد انتظار تقریباً 5.29:1 است. ما از یک آنالایزر TTR کاملاً خودکار استفاده می‌کنیم که هر فاز را در تمام موقعیت‌های شیر بررسی می‌کند – بسیار مهم است زیرا تعویض‌کننده‌های شیر ولتاژ را برای تغییرات بار تنظیم می‌کنند و یک ضربه نادرست می‌تواند عملکرد را کاهش دهد. این آزمایش همچنین پیچ های کوتاه در سیم پیچ را نشان می دهد، یک نقص پنهان که می تواند باعث گرم شدن بیش از حد تحت بار شود. ما واحدهای کوچکتری را دیده ایم (مانند ماترانسفورماتور برق 8000 KVA) TTR را بگذرانید اما در تست های دیگر شکست بخورید، اما برای یک واحد 10000 kva، این اولین خط دفاعی ما در برابر خطاهای سیم پیچی است.

پس از TTR به تست مقاومت سیم پیچی می رویم که مقاومت واقعی هر سیم پیچ فاز را اندازه گیری می کند. برای ترانسفورماتورهای بزرگ، ما از یک تستر مقاومت DC استفاده می کنیم که جریان کم را برای جلوگیری از گرم شدن سیم پیچ ها تزریق می کند، و در موقعیت های مختلف ضربه زدن، قرائت می کنیم. نکته کلیدی در اینجا تعادل است: مقاومت هر فاز باید در 0.5٪ از میانگین قرائت باشد. اگر یک فاز مقاومت بالاتری داشته باشد، می تواند نشان دهنده اتصال شل، رشته شکسته در سیم پیچ یا حتی خطای تولید در سیم مسی باشد. زمانی یک ترانسفورماتور برق 1600 KVA با مقاومت فاز 1.2 درصد بالاتر از سایرین بازگشت - که آن را در اتصال انقباض معیوب روی بوش LV ردیابی کردیم که قبل از ارسال آن را اصلاح کردیم. برای یک واحد 10000 kva، عدم تعادل مقاومت کوچک منجر به توزیع ناهموار بار می شود، بنابراین این آزمایش غیر قابل مذاکره است.

آزمایش اصلی بعدی، آزمایش جریان بدون بار و جریان بدون بار است. این کار ترانسفورماتور را با ولتاژ کامل اما بدون بار متصل شبیه‌سازی می‌کند و به ما امکان می‌دهد تلفات هسته را اندازه‌گیری کنیم (انرژی از دست رفته به عنوان گرما در هسته آهن از شار مغناطیسی). ما ولتاژ نامی کامل را به سیم پیچ HV اعمال می کنیم (LV باز است) و از قدرت سنج های دقیق برای ثبت مصرف برق و جریان استفاده می کنیم. برای یک ترانسفورماتور 10000 kva، تلفات بدون بار باید کمتر از 15 کیلو وات باشد—اگر این تلفات بیشتر باشد، به این معنی است که لایه های هسته آسیب دیده اند، یا مجموعه دارای شکاف هوای زیادی بین لایه ها است. ما همچنین جریان بدون بار را اندازه گیری می کنیم که باید کمتر از 0.5٪ جریان LV نامی باشد. این آزمایش جایی است که ما واقعاً کارایی طراحی هسته را تأیید می کنیم. در طول سال‌ها، ما فرآیند انباشته لمینیت خود را اصلاح کرده‌ایم تا تلفات بدون بار را تا 8% در تمام واحدهای پرظرفیت خود کاهش دهیم، که این مزیت را مشتریان ما در هزینه‌های عملیاتی کمتر از آن متحمل می‌شوند.

زمانی که تست‌های بدون بار انجام می‌شوند، به سمت آزمایش ولتاژ تلفات بار و امپدانس حرکت می‌کنیم که می‌توان گفت مهم‌ترین آزمایش برای عملکرد تحمل بار است. تلفات بار بیانگر انرژی از دست رفته به عنوان گرما در سیم پیچ ها از جریان جریان است و ولتاژ امپدانس (یا ولتاژ اتصال کوتاه) درصد ولتاژ مورد نیاز برای گردش جریان نامی از طریق سیم پیچ ها را اندازه می گیرد. برای یک ترانسفورماتور 10000 kva، سیم پیچ LV را به منبع تغذیه متغیر متصل می کنیم و ولتاژ کاهش یافته را به سیم پیچ HV اعمال می کنیم تا زمانی که جریان نامی کامل در مدار LV جریان یابد. این به ما امکان می دهد تلفات بار را اندازه گیری کنیم، که باید مطابق با مشخصات طراحی باشد (معمولاً حدود 70 کیلو وات برای یک واحد 10000 kva). ولتاژ امپدانس بسیار مهم است زیرا تعیین می کند که ولتاژ تحت بار کامل چقدر کاهش می یابد: امپدانس بسیار کم می تواند منجر به جریان های خطای بیش از حد شود، در حالی که امپدانس بیش از حد بالا باعث تنظیم غیر ضروری ولتاژ می شود. ما همیشه قرائت‌های امپدانس را با مدل‌های طراحی خود ارجاع می‌دهیم تا اطمینان حاصل کنیم که مطابقت دارند، و این آزمایش بیش از یک بار خطاهایی را در اندازه هادی سیم‌پیچ تشخیص داده است.

پس از تست های الکتریکی، به تست روغن می رویم که مایه حیات یک ترانسفورماتور قدرت است. روغن معدنی سیم پیچ ها را عایق می کند و آنها را خنک می کند، بنابراین حتی آلودگی یا رطوبت کوچک نیز می تواند باعث خرابی شود. ما از سه نقطه نمونه روغن می گیریم: بالای مخزن، پایین (محل ته نشین شدن رسوب) و شیر نمونه. ابتدا، استحکام دی الکتریک را آزمایش می کنیم - این توانایی روغن را برای مقاومت در برابر ولتاژ بدون شکستگی اندازه گیری می کند. برای نفت جدید، ما قدرت دی الکتریک حداقل 60 کیلو ولت برای یک واحد 10000 کیلو ولتی را هدف قرار می دهیم. اگر ولتاژ زیر 40 کیلو ولت باشد، برای حذف رطوبت، فرآیند آبگیری با خلاء را اجرا می کنیم. ما همچنین محتوای آب (هدف <20 ppm) و اسیدیته (هدف <0.1 میلی گرم KOH/g)، و همچنین تجزیه و تحلیل گاز محلول (DGA) را آزمایش می کنیم. DGA به ویژه برای واحدهای بزرگ حیاتی است، زیرا با اندازه گیری گازهایی مانند هیدروژن، متان و اتیلن محلول در روغن، علائم اولیه خطاهای داخلی (مانند تخلیه جزئی یا گرمای بیش از حد) را تشخیص می دهد. ما همیشه نمونه‌ها را به یک آزمایشگاه مستقل برای DGA می‌فرستیم، زیرا آنالایزر داخلی ما برای غربالگری سریع استفاده می‌شود، و این به ما کمک کرده است تا از خرابی‌های فاجعه‌بار در میدان جلوگیری کنیم تا مشکلات را قبل از تشدید افزایش دهیم.

هنگامی که تمام این تست ها کامل شد، ما یک تست مقاومت در برابر اتصال کوتاه برای ترانسفورماتورهایی که در محیط های با جریان خطای بالا نصب می شوند، انجام می دهیم. یک واحد 10000 kva در نزدیکی یک شبکه بزرگ برق می تواند جریان های خطا را 10-15 برابر جریان نامی ببیند که فشار مکانیکی عظیمی بر سیم پیچ ها وارد می کند. این آزمایش فقط برای نیازهای مشتری خاص انجام می شود: سیم پیچ HV را به یک اتصال کوتاه وصل می کنیم و جریان کافی برای شبیه سازی یک خطا اعمال می کنیم، اعوجاج مکانیکی را اندازه گیری می کنیم و تأیید می کنیم که سیم پیچ ها می توانند در برابر نیرو مقاومت کنند. این یک آزمایش پیچیده و پرمخاطره است که نیاز به هماهنگی با شرکت‌های تست شخص ثالث دارد، اما به مشتریان ما آرامش خاطر می‌دهد که ترانسفورماتور آن‌ها می‌تواند حوادث شدید را مدیریت کند.

در نهایت، ما یک بازرسی نهایی بصری و تست عملکردی را قبل از بارگیری واحد برای تحویل انجام می دهیم. این شامل بررسی تمام شیرها، گیج‌ها و اجزای ایمنی (مانند دستگاه‌های کاهش فشار و سنسورهای دما)، شستشوی نمونه‌های روغن، و تأیید اینکه تعویض‌کننده‌های شیر به آرامی بین موقعیت‌ها حرکت می‌کنند، می‌شود. برای یک واحد 10000 kva، در صورت درخواست مشتری، آزمایش بار کامل را نیز انجام می دهیم - آن را به بانکی از بارهای مقاومتی متصل می کنیم و با بار نامی 100% به مدت 8 ساعت کار می کنیم، افزایش دما و تنظیم ولتاژ را نظارت می کنیم. افزایش دما بسیار مهم است: دمای بالای روغن نباید از 85 درجه سانتیگراد تجاوز کند و دمای سیم پیچ نباید از 105 درجه سانتیگراد بیشتر از محیط شود. ما از حسگرهای دمای فیبر نوری برای گرفتن قرائت بلادرنگ در سراسر سیم پیچ ها استفاده می کنیم که تصویر دقیقی از عملکرد در شرایط عملیاتی واقعی به ما می دهد.

آزمایش ترانسفورماتور 10000 kva یک فرآیند مشترک است: تیم مهندسی داخلی ما، آزمایشگاه‌های آزمایش شخص ثالث و مهندسان پروژه مشتری در هر مرحله با هم کار می‌کنند. در طول سال‌ها، ما آموخته‌ایم که کوتاه کردن گوشه‌های آزمایش منجر به مشکلات میدانی پرهزینه می‌شود – چیزی که از انجام آن خودداری می‌کنیم. هر واحدی که ما ارسال می کنیم، خواه یک واحد 160 kva برای یک ساختمان تجاری کوچک یا یک واحد عظیم 10000 kva برای یک تاسیسات صنعتی باشد، از این پروتکل سختگیرانه عبور می کند تا اطمینان حاصل شود که استانداردهای بالای ما را برآورده می کند.

اگر به دنبال یک ترانسفورماتور قدرت قابل اعتماد و آزمایش شده هستید، ما سابقه ای در زمینه تحویل واحدهایی داریم که در مواقع ضروری کار می کنند. تیم ما آماده است تا در مورد نیازهای خاص شما، از مشخصات فنی گرفته تا جدول زمانی تحویل، برای یافتن راه حل مناسب برای پروژه شما صحبت کند. چه به یک واحد فشرده برای بار صنعتی سبک یا یک ترانسفورماتور با ظرفیت بالا برای یک سیستم قدرت بزرگ نیاز داشته باشید، ما می توانیم کمک کنیم.

مراجع

1. IEEE Std C57.12.00، الزامات عمومی برای توزیع غوطه ور در مایع، قدرت و ترانسفورماتورهای تنظیم کننده
2. استاندارد انجمن ملی تولیدکنندگان برق (NEMA) TR1، ترانسفورماتورها، رگولاتورها و راکتورها - عمومی، توزیع و نیرو
3. کمیسیون بین المللی الکتروتکنیکی (IEC) 60076، ترانسفورماتورهای قدرت - قسمت 1: الزامات عمومی
4. استاندارد 555 موسسه نفت آمریکا (API)، روغن عایق معدنی برای تجهیزات الکتریکی