Ölgefüllte Erdungstransformatoren werden in Mittel- und Hochspannungsverteilnetzen eingesetzt, um einen Sternpunkt bereitzustellen, den Einphasen-Erdschlussstrom zu begrenzen und den Systemschutz zu unterstützen.
Im Betrieb hängen eine abnormale Analyse gelöster Gase (DGA), die Auslösung des Buchholzrelais und ein übermäßiger Temperaturanstieg oft zusammen. Sie sollten gemeinsam mit den Betriebsbedingungen, der Gaszusammensetzung, der Gasbildungsrate, der Öltemperatur und den elektrischen Prüfungen bewertet werden.
1. Abnormale DGA: Interpretation der Gaszusammensetzung und Gasbildungsrate
| Gasprofil |
Möglicher Fehlertyp |
Typische Ursachen |
| H₂ dominant, geringe Menge CH₄ |
Teilentladung, Feuchtigkeit oder Blasen |
Feuchte Isolierung, Ölblasen, Durchführungsdefekte |
| CH₄, C₂H₆, C₂H₄ erhöht, C₂H₂ niedrig |
Thermischer Fehler |
Kernfehler, Kreisströme, schlechte Kontakte |
| C₂H₂ erhöht zusammen mit H₂ und C₂H₄ |
Entladung oder starke Überhitzung |
Wicklungsfehler, schlechte Verbindung, Stufenschalterfehler |
| CO und CO₂ nehmen kontinuierlich zu |
Alterung der festen Isolierung oder Überhitzung |
Abbau der Papierisolierung unter Beteiligung von Zellulose |
| Rascher Anstieg der Gesamtkohlenwasserstoffe |
Aktiver Fehler |
Fehlerentwicklung, die eine engmaschige Überwachung erfordert |
Für Erdungstransformatoren können Kernfehler wie eine unbeabsichtigte Kernerdung Wirbelströme und Überhitzung bei mittleren bis hohen Temperaturen verursachen. Dies äußert sich typischerweise in einem erhöhten Ethylen- und Ethananteil, wobei die gesamten Kohlenwasserstoffe über dem Aufmerksamkeitswert liegen und wenig oder kein Acetylen vorhanden ist. Ein schneller Anstieg von Acetylen kann auf eine Risikosituation wie einen Wicklungsfehler, eine schlechte Leiterverbindung oder ein Kontaktversagen im Stufenschalter hinweisen.
Ein einzelnes DGA-Ergebnis sollte nicht für die endgültige Diagnose herangezogen werden. Der Trend, die Gasbildungsrate, die Lastbedingungen, die Öltemperatur, der Kernerdungsstrom und die Ergebnisse der elektrischen Prüfungen sollten gemeinsam berücksichtigt werden.
2. Betrieb des Buchholz-Relais: Alarm- und Auslösebedingungen
Das Buchholz-Relais wird zwischen dem Hauptkessel und dem Ölausdehnungsgefäß installiert. Es reagiert auf Gasansammlungen und Ölströmungsstörungen im Inneren des Transformators.
- Leichtgasalarm weist in der Regel auf eine langsame Gasansammlung hin. Mögliche Ursachen sind geringfügige interne Fehler, Lufteintritt beim Ölfüllen oder Filtern, niedriger Ölstand, Restgas nach Wartungsarbeiten oder Probleme im Sekundärkreis. Das Gas sollte gesammelt und auf Brennbarkeit geprüft werden. Wenn das Gas nicht brennbar ist und keine weiteren Auffälligkeiten festgestellt werden, kann es sich um Luft handeln. Wenn das Gas brennbar ist oder der Alarm erneut auftritt, sollte ein interner Fehler untersucht werden.
- Schwergasauslösung weist in der Regel auf einen schwerwiegenden internen Fehler oder eine starke Ölströmungsbeeinträchtigung hin. Typische Ursachen sind Wicklungskurzschluss, Isolationsfehler, starke Kernüberhitzung, Stufenschalterausfall, starke Ölleckage oder Einwirkung durch einen externen Kurzschluss. Nach einer Schwergasauslösung darf der Transformator ohne Untersuchung nicht wieder unter Spannung gesetzt werden. Öl- und Gasproben sollten für die DGA entnommen und entsprechende elektrische Prüfungen durchgeführt werden.
Struktur- und Öl-Gas-Strömungsschema des Buchholz-Relais zwischen Hauptkessel und Ölausdehnungsgefäß
3. Übermäßiger Temperaturanstieg: Last, Kühlung und internen Zustand prüfen
Der Temperaturanstieg sollte anhand der Referenzumgebungstemperatur, der Typenschildangaben, der technischen Spezifikationen und der geltenden IEC-Norm bewertet werden. In der IEC-Praxis wird die Referenzumgebungstemperatur üblicherweise mit 40 °C angenommen, die endgültige Grenze hängt jedoch von der Produktnorm und der Projektspezifikation ab.
- Last- und Systemfaktoren
Eine anhaltende Überlastung erhöht die Kupferverluste. Unsymmetrische Last, Oberschwingungen und anhaltende Überspannung können ebenfalls die Zusatzverluste erhöhen und die Öl- und Wicklungstemperatur ansteigen lassen.
- Kühlung und Ölzustand
Verstopfte Kühler, ausgefallene Lüfter oder Pumpen, geschlossene Ventile, schlechte Belüftung, niedriger Ölstand, Ölalterung oder Feuchtigkeit können alle die Wärmeableitung verringern.
- Interne Fehler
Wenn die Last- und Kühlungsbedingungen normal sind, die Temperatur jedoch hoch bleibt, können mögliche interne Ursachen Kernwirbelströme, Wicklungsfehler, schlechte Stufenschalterkontakte, lose Leiterverbindungen, Verstopfungen der Ölkanäle oder lokale Überhitzung sein.Der Temperaturanstieg ist oft mit DGA- und Buchholz-Signalen verbunden. Beispielsweise können Kernwirbelströme zu steigendem Ethylengehalt und lokaler Überhitzung führen. Ein Wicklungsfehler kann zu einem Anstieg von Acetylen, einer Buchholz-Abschaltung und einem schnellen Temperaturanstieg führen.
4. Empfohlene Vor-Ort-Prüfungen
- Last, Spannung, Umgebungstemperatur und Status des Kühlsystems überprüfen.
- Ölstand, Ausdehnungsgefäß, Atemventil, Ventile und Tankabdichtung prüfen.
- Gas- und Ölproben entnehmen, wenn ein Buchholz-Alarm oder eine DGA-Auffälligkeit auftritt.
- Kern-Erdstrom messen, um eine unbeabsichtigte Kernerdung zu prüfen.
- Bei Bedarf elektrische Prüfungen wie Wicklungswiderstand, Isolationswiderstand, tan δ und Übersetzungsverhältnis durchführen.
- Infrarot-Thermografie verwenden, um Durchführungsanschlüsse, Leiter und die Temperaturverteilung an den Kühlern zu prüfen.
- Wenn die Temperatur schnell ansteigt, eine Schwergas-Abschaltung erfolgt oder der Acetylengehalt signifikant zunimmt, umgehend eine Inspektion bei Stillstand veranlassen.
5. Wartungsleitfaden
Ölgefüllte Erdungstransformatoren sollten durch DGA-Trends, Buchholz-Signale, Temperaturprotokolle und regelmäßige elektrische Prüfungen überwacht werden. Es wird empfohlen, die DGA-Historie zu pflegen, den Kern-Erdstrom regelmäßig zu prüfen, Kühlsysteme und Atemventile in gutem Zustand zu halten und nach dem Ölfüllen oder Wartungsarbeiten eingeschlossene Gase abzulassen.
Dieser Artikel bietet allgemeine technische Leitlinien und ersetzt nicht die geltenden IEC-Normen, Herstelleranweisungen oder das standortspezifische technische Urteilsvermögen.
Referenznormen
- IEC 60599:2022, Mineralische Isolieröle in elektrischen Betriebsmitteln – Leitfaden für die Auswertung der Analyse von gelösten und freien Gasen
- IEC 60076-6:2007, Leistungstransformatoren – Teil 6: Drosseln
- IEC 60076-22-1:2019, Leistungstransformatoren – Teil 22-1: Armaturen für Leistungstransformatoren und Drosseln – Schutzeinrichtungen
- IEC 60076-2:2011, Leistungstransformatoren – Teil 2: Temperaturanstieg für flüssigkeitsgefüllte Transformatoren
Bearbeitet von：Echo
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