Przykłady użycia analizatorów Sonel PQM. Część 16. Spalony transformator

Zła jakość zasilania może powodować różne negatywne skutki. Od stosunkowo łagodnych jak okresowe migotanie światła, po bardzo poważne jak uszkodzenia urządzeń elektrycznych. Niemniej, zawsze należy mieć na uwadze, że zła jakość zasilania nie musi być jedynym powodem problemów. Innymi przyczynami mogą być problemy techniczne, konstrukcyjne, błędy w projektach itp.

Opis rozpoznanego problemu

W elektrociepłowni nastąpiło uszkodzenie transformatora blokowego o mocy 1250 kVA. Po wymianie na nowy, zdarzenie powtórzyło się po kilku miesiącach. Producent transformatora odmówił kolejnej wymiany gwarancyjnej, zarzucając użytkownikowi złe warunki pracy transformatora, spowodowane zbyt wysokim poziomem harmonicznych w prądzie. Czy to był faktyczny powód uszkodzenia dwóch transformatorów?

Zastosowane narzędzia pomiarowe

Analizator Sonel PQM-710
Komplet cęgów F-3A (In=3000 A)
Oprogramowanie Sonel Analiza

Transformator był zasilany przez dwa generatory G-1 i G-2. W celu zdiagnozowania problemu wybrano uśrednianie pomiarów co 10 sekund. Wykonano następujące pomiary w okresie tygodnia:

w obwodzie generatora G-1 (800 kW) przed wyłącznikiem generatora,
w obwodzie generatora G-2 (400 kW) przed wyłącznikiem generatora,
na szynach 0,4 kV transformatora 15/0,4 kV.

Pomiary w obwodzie generatora G-1 (800 kW)

Tabela 1. Uśrednione wartości pomiarów z tygodnia

Faza	Napięcie [V]	Prąd [A]	THD U [%]	THD I [%]	Wsp. K
L1	235,0	1040	1,22	3,22	1,04
L2	234,3	995	1,14	3,03	1,03
L3	233,8	920	1,07	2,50	1,03

Rys. 1. Przebiegi prądu i napięcia generatora G-1

Pomiary w obwodzie generatora G-2 (400 kW)

Tabela 2. Uśrednione wartości pomiarów z tygodnia

Faza	Napięcie [V]	Prąd [A]	THD U [%]	THD I [%]	Wsp. K
L1	236,3	618	1,70	11,3	1,11
L2	234,2	583	1,38	10,0	1,14
L3	234,4	542	1,31	8,8	1,17

Rys. 2. Przebiegi prądu i napięcia generatora G-2

WNIOSKI WSTĘPNE:

Uśrednione wartości tygodniowe współczynnika zawartości harmonicznych THD I wskazują większa zawartość harmonicznych w prądzie w generatorze G-2 (na poziomie 8,8…11,3%), jednak nie wydaje się być to przyczyną problemu przegrzania transformatora.
Zauważalne jest niesymetryczne obciążenie generatorów, szczególnie generatora G-1.

Pomiary na transformatorze 1250 kVA

Tabela 3. Praca generatorów G-1 oraz G-2 przy 100% mocy znamionowej (uśrednione wartości pomiarów z tygodnia)

Faza	Napięcie [V]	Prąd [A]	THD U [%]	THD I [%]	Wsp. K
L1	237,1	1625	1,04	3,22	1,02
L2	235,4	1578	1,05	3,21	1,02
L3	236,1	1410	1,06	3,26	1,02
N	-	90	-	-	-

Tabela 4. Praca generatorów G-1 oraz G-2 przy 90% mocy znamionowej. Przy ograniczeniu mocy poziom harmonicznych kolejności zerowej praktycznie nie uległ zmianie, prąd 90 A w przewodzie neutralnym (uśrednione wartości pomiarów z tygodnia)

Faza	Napięcie [V]	Prąd [A]	THD U [%]	THD I [%]	Wsp. K
L1	235,8	1506	1,23	5,34	1,09
L2	235,8	1458	1,22	5,53	1,09
L3	235,8	1315	1,24	5,84	1,10
N	-	90	-	-	-

Rys. 3. Przebiegi prądu i napięcia transformatora dla 100% mocy generatorów

WNIOSKI KOŃCOWE:

Udział harmonicznych kolejności zerowej na poziomie 90 A w całkowitym prądzie 1400…1600 A, wynosi około 5,5% i nie stanowił przyczyny spalenia transformatora.
Dodatkowe straty cieplne spowodowane harmonicznymi (wsp. K=1,1 przy 90% mocy znamionowej) nie stanowiły istotnego wpływu przy stratach określonych przez producenta na poziomie 12 kW.
Badanie analizatorem PQM pozwoliło wykluczyć wpływ harmonicznych prądu jako przyczynę awarii. Dlatego przeprowadzono dodatkowy przegląd instalacji, m.in. zbadano układ cyrkulacji powietrza chłodzącego. Producent transformatora wymagał przepływu powietrza na poziomie 6900 m3/h, a w rzeczywistości średnio było 2100 m3/h. Bezpośrednią przyczyną uszkodzenia transformatorów było niedostateczne chłodzenie, spowodowane błędnym wykonaniem wentylacji.
Powyższy przypadek pokazuje, że zawsze należy mieć na uwadze kompleksową analizę problemu, gdzie pierwszym etapem powinna być analiza jakości zasilania, po której należy przeanalizować kolejne czynniki ryzyka.

Autor:
Marcin Szkudniewski