Fehleranalyse und Diagnose an Stromwandlern

Stromtransformator sind in Umspannwerken zahlreich und stellen eine Schlüsselausrüstung zur Gewährleistung des normalen Betriebs des Systems dar. Bei einem Ausfall eines Stromtransformators wird dies zu einem Auslösen des Schalters führen und kann sogar in ein Stromausfallereignis münden, was einen negativen Einfluss auf den sicheren und stabilen Betrieb des Stromnetzes haben wird. Am Beispiel eines Ereignisses, bei dem die Differenzschutzfunktion des Hauptspeiseleiters durch den Ausfall des Stromtransformators an der Niederspannungsseite des Hauptspeiseleiters in einem 66 kV-Umspannwerk ausgelöst wurde, werden durch vor Ort-Inspektion, Prüfung und Zerlegungsuntersuchung die Ursachen des Ausfalls analysiert und diagnostiziert, und Vorschläge zur Verhinderung von ähnlichen Ausfällen vorgebracht.

1 Fehleranalyse und -diagnose
1.1 Grundlegender Standortzustand
Im September 2020 löste der Hintergrundrechner eines 66 kV-Umspannwerks in Betrieb eine Alarmmeldung aus, die zeigte, dass der zweite Satz der Längsdifferenzschutzfunktion des Haupttransformators Nr. 2 ausgelöst wurde. Die Schalter auf der Hoch- und Niederspannungsseite des Haupttransformators Nr. 2 fielen aus, das Abschnittsautomatische Wiederanschalten wurde aktiviert und der Abschnittsschalter schloss ohne Lastverlust. Nach Ankunft am Standort inspizierten die Betriebs- und Wartungspersonal alle relevanten Geräte und fanden keine ungewöhnliche Erscheinung, fremde Objekte, Brandgeruch oder Entladungszeichen. Nach Ankunft am Standort stellten die Wartungspersonal fest, dass der erste Schutz des Haupttransformators Nr. 2 keinen Differenzstrom erkannte, nur der Ersatzschutz startete, nach dem Start aber nicht den Verzögerungswert erreichte, während der zweite Schutz den Differenzstrom erkannte und die Schalter auf beiden Seiten des Haupttransformators auslöste.

1.2 Analyse der Fehlerursache
Die Einstellungen des Schutzgeräts sind in Tabelle 1 dargestellt, und die Parameter des Stromtransformators auf der Niederspannungsseite sind in Tabelle 2 dargestellt. Nach Inspektion sind die Einstellungen korrekt, und die Ergebnisse der Abtastgenauigkeitstests, Verhältnisbremsversuche, Differenztests und Zweitharmonische Bremsversuche sind gut. Das sekundäre Leitungsschema des Stromtransformators auf der Niederspannungsseite des Haupttransformators wurde überprüft, und die externe Verkabelungsmethode der Anschlüsse ist korrekt.

Die Analyse der Differenzschutzdaten und -formen zeigte einen Parallelstrom in Phase A des Stromtransformators der zweiten Sätze auf der Niederspannungsseite. Um dies zu verifizieren, wurde 30 A auf Phasen A/B der Primarseite angewendet. Der erste Satz zeigte korrekte Werte (A: 0,100 A, B: 0,099 A); der zweite Satz hatte B bei 0,098 A, aber A bei 0,049 A, was auf einen Fehler in Phase A hindeutet.

Das Anlegen von ~5 A auf die Sekundärseite 1S1-1S2 verursachte einen kleinen Strom im zweiten Satz; die direkte Anwendung auf den ersten Satz zeigte keinen Strom im zweiten, was die korrekte sekundäre Verkabelung bestätigt. Die Spannungsfestigkeits- und partiellen Entladungstests am Transformator entsprachen den Standards. Nach dem Entfernen der externen Verkabelung von Phase A zeigte ein Zwischenphasen-Durchgangswiderstand 0 Widerstand zwischen 1S2 und 2S1, was einen vollständigen Durchbruch beweist.

Dieser Durchbruch verursachte einen Parallelstrom in Phase A des zweiten Satzes, was zu Messfehlern führte. Vor dem Schutzvorgang maß der erste Satz 8,021 A, der zweite 4,171 A – ein tatsächlicher Fehler von 3,850 A. Umgerechnet entstand daraus ein Differenzstrom von 3,217 A (über dem Einstellwert), was den Schutz auslöste.

1.3 Fehlersuche

Das Aufschrauben des defekten Stromtransformators und die Beobachtung seiner internen Struktur und Herstellungsprozesse enthüllten die Wurzelursache: Während der Produktion werden Lackdrahtleiter (mit zu viel Lackentfernung) an sekundäre Anschlüsse gelötet. Trotz der Verwendung von Isolierrohren führen manuelle Operationen und Raumgrenzen zu unzureichendem Isolationsabstand zwischen sekundären Leitern. Mit der Zeit führt die langanhaltende Strombelastung zur Verschlechterung der Isolation der sekundären Wicklungen, was zu einer Durchbruchzwischen den Wicklungen und zum Auslösen des Fehlers führt.

2 Fehlerbehebung

Die Stromtransformator der Phasen B und C im gleichen Intervall wurden überprüft. Nach Bestätigung der korrekten Installation/Verkabelung und Bestehen der wiederholten Übergabeprüfungen wurden sie beibehalten. Notwendige Stromtransformator (gleiche Spezifikationen, anderer Los) wurden nach Bestehen der Tests installiert, wodurch der normale Betrieb des Umspannwerks (derzeit stabil) wiederhergestellt wurde.

3 Vorschläge und Präventivmaßnahmen

Basierend auf diesem Fehler:

• Hersteller müssen die Produktionsprozesskontrolle (z.B. erneute Überprüfung von Führungsaufbringung/Schmelzguss-Schritten) verstärken und strenge Qualitätskontrollen durchführen.

• Die Spannungsniveaus für Spannungsfestigkeitsprüfungen zwischen den Wicklungen während der Fabrikprüfung erhöhen.

• Betriebs-/Wartungseinheiten sollten proaktive Wartung planen, Ersatzteile lagern und Stromtransformator desselben Loses gründlich prüfen – fehlerhafte Geräte schnell ersetzen.