Analyse und Behebung von ungewöhnlichen Mehrfacherdungsstörungen in Starkstromtransformator-Eisenkernen

Die Existenz von Mehrfacherdungspunkten im Transformatorkern verursacht zwei Hauptprobleme: Erstens kann es zu lokalen Kurzschlussüberhitzungen im Kern führen, und in schweren Fällen zu lokalen Verbrennungsbeschädigungen des Kerns; zweitens können in dem normalen Erdungsleiter des Kerns entstehende Umlaufströme zu lokaler Überhitzung im Transformator führen und möglicherweise zu Entladungsfehlern. Daher bedrohen Mehrfacherdungsschäden im Kern von Energie-Transformatoren direkt den täglichen Betrieb von Umspannwerken. Dieser Artikel analysiert ein anormales Mehrfacherdungsproblem im Kern eines Energie-Transformators und stellt den Prozess der Fehleranalyse sowie die vor Ort getroffenen Lösungsmaßnahmen vor.

1. Übersicht über das Erdungsfehler

Der Haupttransformator Nr. 1 in einem 220 kV-Umspannwerk ist vom Modell SFPSZB-150000/220, hergestellt am 11. November 1986 und in Betrieb genommen am 8. August 1988. Ursprünglich verwendete er eine gezwungene Öl-Zirkulation mit Luftkühlung, wurde aber 2012 auf natürliche Zirkulation mit Luftkühlung umgestellt. Am 5. März zeigte eine lebendige Prüfung des Erdungsstroms des Kerns des Haupttransformators Nr. 1 einen Wert von 40 mA, was einen signifikanten Abweichung von früheren Prüfergebnissen darstellt. Die Untersuchung des online-Monitorings für den Kernderdungsstrom und des strombegrenzenden Geräts ergab einen Erdungsstrom des Kerns von 41 mA. 

Historische Aufzeichnungen zeigten, dass das Gerät automatisch einen 115 Ω strombegrenzenden Widerstand am 27. Februar aktiviert hatte. Nachdem festgestellt wurde, dass der Haupttransformator Nr. 1 möglicherweise ein Problem mit Mehrfacherdungspunkten im Kern hat, prüften Mitarbeiter die Daten des chromatographischen Online-Monitorings, fanden jedoch keine Auffälligkeiten. Ölanalytiker nahmen am Nachmittag des 5. März Proben vom Haupttransformator Nr. 1 für eine Ölkromatographie, doch die Testdaten zeigten keine signifikanten Veränderungen, wie in Tabelle 1 für die Ergebnisse der gelösten Gaschromatographie dargestellt. Gemäß den Einstellungen des Online-Monitoring-Geräts wird, wenn der Erdungsstrom 100 mA überschreitet, automatisch ein Widerstand aktiviert, um den Erdungsstrom zu begrenzen. Basierend darauf wurde festgestellt, dass der Haupttransformator Nr. 1 ein Problem mit Mehrfacherdungspunkten im Kern hat.

2 Ausfallanalyse der Ausrüstung

Die Testdaten des Erdungsstroms des Haupttransformators der letzten drei Jahre sind in Tabelle 2 dargestellt. Ein Vergleich der historischen Testdaten zeigt, dass die Messwerte des Erdungsstroms für den Haupttransformator Nr. 1 konstant im normalen Bereich geblieben sind und keine ungewöhnlichen Trends in den gelösten Gasen im Öl festgestellt wurden. Allerdings hat sich der Erdungsstrom signifikant erhöht, und das Strombegrenzungsgerät hat automatisch den Widerstand eingeschaltet.

Basierend auf einer umfassenden Analyse dieser Bedingungen kann festgestellt werden, dass der Haupttransformator Nr. 1 einen Mehrfacherdungsschaden am Kern hat. Als der Mehrfacherdungsfall eintrat, schaltete das online-Monitoring des Kerneerdungsstroms und das Strombegrenzungsgerät sofort den Widerstand bei der Steigerung des Stroms ein, wodurch die Stärke des Stroms effektiv begrenzt wurde. Daher traten keine Anomalien in der chromatographischen Analyse der gelösten Gase im Transformatorenöl auf.

Am 28. März wurde während eines Routine-Tests des Netzausfalls am Transformator Nr. 1 die Mehrfacherdung des Kerns durch Messungen des Kernisolationswiderstands bestätigt. Die Testpersonen maßen den Kernisolationswiderstand mit einer Spannung von 1.000 V, wobei ein Isolationswiderstand von "0" angezeigt wurde. Mit einem Multimeter wurde der Widerstand der Kernd Erdung gemessen, was einen Leitungsstatus von "leitfähig" und einen Widerstandswert von "0" ergab. Diese Messungen bewiesen, dass der Kern des Haupttransformators Nr. 1 eine Mehrfacherdung, speziell eine metallische Erdung, aufwies.

3 Lösungsmaßnahmen

(1) Angesichts der Möglichkeit, dass der Erdungsfehler durch einen weichen metallischen Kontakt verursacht wurde, wurde versucht, den Fehler durch die Kondensatorimpulsmethode zu beseitigen: Ein Kondensator (mit einer Kapazität von 26,94 μF) wurde auf 2.500 V aufgeladen und dreimal in den Haupttransformator Nr. 1 entladen. Nach den Impulsen wurde der Kernisolationswiderstand gemessen, um festzustellen, ob er sich erholt hatte. Falls nicht, wurde die Prüfspannung auf 5.000 V erhöht und weitere drei Impulse durchgeführt. Wenn der Fehler weiterhin bestand, wurden weitere Versuche eingestellt.

(2) Falls die Kondensatorimpulsmethode den Erdungsfehler nicht beseitigen konnte, sollte bei geeigneten Bedingungen eine Inspektion des Transformators unter Aufhebung der Haube durchgeführt werden, um den Erdpunkt direkt zu lokalisieren und den Kernmehrfacherdungsfehler grundsätzlich zu beseitigen.

(3) Falls der Haupttransformator nicht sofort abgeschaltet werden konnte, um eine Inspektion und Wartung unter Aufhebung der Haube durchzuführen, konnte als vorübergehende Maßnahme ein strombegrenzender Widerstand in Serie mit dem Erdungsableiter verbunden werden. Der Haupttransformator Nr. 1 war mit einem JY-BTJZ-Kern-Erdungs-Online-Überwachungs- und strombegrenzenden Gerät ausgestattet, das vier Widerstandseinstellungen (115, 275, 600 und 1.500 Ω) enthält, das bereits automatisch den 115-Ω-Widerstand basierend auf der Größe des Erdungsstroms eingeschaltet hatte. Nach der Inbetriebnahme wurde die Überwachung intensiviert, indem die Testzyklen für die Messung des Kern-Erdungsstroms und die Analyse des Transformatoröls mittels Chromatographie verkürzt wurden, um die Verfolgung zu ermöglichen.

Der spezifische Implementierungsprozess vor Ort war wie folgt: Zuerst wurde die externe Kern-Erdungsverbindung getrennt, und ein DC-Hochspannungsgerät wurde verwendet, um den Kondensator aufzuladen. Nach etwa 3 Minuten des Aufladens erreichte die Spannung 2,5 kV. Dann wurde mit einem isolierten Stab der Leiter an den Kern-Ableiter angeschlossen, um den Kondensator in den Transformatorkern zu entladen. Nach einer einzelnen Kondensatorentladung in den Kern des Haupttransformators Nr. 1 erholt sich der 60-Sekunden-Kernisolationswiderstand auf 9,58 GΩ, mit einem Absorptionsverhältnis von 1,54, was mit den früheren Testergebnissen übereinstimmt. Der Erdpunkt wurde erfolgreich beseitigt.

Nachdem der Haupttransformator Nr. 1 wieder in Betrieb genommen wurde, maß man den Kern-Erdungsstrom mit einem Kern-Erdungsstrom-Meßgerät, das 2 mA anzeigte. Gleichzeitig zeigte auch das Echtzeit-Kern-Erdungsstrom-Überwachungsgerät 2 mA an, was bestätigte, dass der Fehler beseitigt worden war.