Analyse en oplossing van afwijkende meerpuntsaarding in kern van elektriciteitsversterkers

De aanwezigheid van meerdere aardingspunten in transformatorkernen veroorzaakt twee belangrijke problemen: ten eerste kan dit leiden tot lokale kortsluitingsoververhitting in de kern, en in ernstige gevallen kan dit lokale brandverschijnselen in de kern veroorzaken; ten tweede kunnen circulerende stromen die in het normale keraardingssnoer worden opgewekt, lokale oververhitting in de transformatoren veroorzaken en potentieel leiden tot ontladingfouten. Daarom vormen meerpuntsaardingfouten in kernen van elektriciteitsversterkers een directe bedreiging voor de dagelijkse werking van onderstations. Dit artikel analyseert een abnormale meerpuntsaardingproblematiek in de kern van een elektriciteitsversterker, waarbij het foutanalyseproces en de ter plaatse genomen oplossingsmaatregelen worden toegelicht.

1. Overzicht van aardingsfout

De hoofdtransformatoren nr. 1 in een 220 kV-onderstation is model SFPSZB-150000/220, geproduceerd op 11 november 1986, en in gebruik genomen op 8 augustus 1988. Oorspronkelijk werd geforceerde oliecirculatie met luchtcooling gebruikt, maar in 2012 werd deze omgezet naar natuurlijke circulatie met luchtcooling. Op 5 maart werd bij levend testen van de keraardingstroom voor de hoofdtransformatoren nr. 1 een stroom van 40 mA gemeten, wat aanzienlijk afwijkt van eerdere testresultaten. De inspectie van de online monitoring en de stroombeperkende apparatuur van de keraarding liet zien dat de keraardingstroom 41 mA was. 

Historische gegevens wezen uit dat de apparatuur automatisch een stroombeperkende weerstand van 115 Ω had ingeschakeld op 27 februari. Na vaststelling dat de hoofdtransformatoren nr. 1 mogelijk een probleem hebben met meerpuntsaarding, bekeken medewerkers de chromatografische online monitoringgegevens, maar vonden geen afwijkingen. Laboratoriummedewerkers verzamelden op de middag van 5 maart monsters van de hoofdtransformatoren nr. 1 voor oliechromatografische analyse, maar de testgegevens toonden geen significante veranderingen, zoals te zien is in tabel 1 met de resultaten van de chromatografische test op opgeloste gassen. Volgens de instellingen van de online monitoringapparatuur zal de apparatuur automatisch een weerstand inschakelen om de aardingstroom te beperken wanneer deze 100 mA overschrijdt. Op basis hiervan werd bepaald dat de hoofdtransformatoren nr. 1 een fout hebben met meerpuntsaarding in de kern.

2 Apparatuurfoutanalyse

De kern-aardingstroom testgegevens van de hoofdtransformatoren over de afgelopen drie jaar staan in Tabel 2. Vergelijking van historische testgegevens toont aan dat de metingen van de kern-aardingstroom voor Transformatorennummer 1 consistent binnen de normale bereiken zijn gebleven, en er zijn geen afwijkende trends opgemerkt in de in olie opgeloste gassen. Echter, de aardingstroom heeft een aanzienlijke groei vertoond, en het stroombeperkende apparaat heeft automatisch de stroombeperkende weerstand ingeschakeld.

Op basis van een grondige analyse van deze omstandigheden kan worden vastgesteld dat Transformatorennummer 1 een fout heeft met meerdere aardingspunten in de kern. Toen de multi-punt aarding plaatsvond, schakelde het online monitoring systeem voor kern-aarding en het stroombeperkende apparaat onmiddellijk de weerstand in bij de stijging van de stroom, waardoor de stroom effectief werd beperkt. Hierdoor zijn er geen afwijkingen opgetreden in de chromatografische analyse van de in olie opgeloste gassen.

Op 28 maart, tijdens een routine test van de stroomonderbreking van transformatiepost 1, bevestigden metingen van de kernisolatieweerstand de aanwezigheid van meerpuntige aarding. Het testpersoneel mat de kernisolatieweerstand met een spanning van 1.000V, wat een isolatieweerstand van "0" aangaf. Met behulp van een multimeter om de kern-aardingsweerstand te meten, werd een continuïteitsstatus van "geleidend" gemeten met een weerstandswaarde van "0". Deze metingen bewezen dat de kern van de hoofdtransformatiepost 1 meerpuntig was aangesloten, specifiek via metalen aarding.

3 Oplossingsmaatregelen

(1) Gezien de aardingsfout mogelijk veroorzaakt kon zijn door zachte metaalcontacten, werd de capaciteitsimpulsmethode geprobeerd om de fout te elimineren: Een condensator (met een capaciteit van 26,94 μF) werd opgeladen tot 2.500 V en drie keer in de hoofdtransformatiepost 1 ontladen. Na de impulsen werd de kernisolatieweerstand gemeten om te bepalen of deze hersteld was. Indien niet hersteld, werd de testspanning verhoogd naar 5.000 V voor nog drie impulsen. Als de fout bleef bestaan, werden verdere pogingen gestaakt.

(2) Als de capaciteitsimpulsmethode niet in staat bleek de aardingsfout te elimineren, zou bij gunstige omstandigheden een inspectie van de transformatiepost worden uitgevoerd door het kapotte deksel te verwijderen, om het aardingspunt direct te lokaliseren en de meerpuntige kern-aarding grondig te elimineren.

(3) Als de hoofdtransformatiepost onmiddellijk niet kon worden gedemagnetiseerd voor inspectie en onderhoud, kon tijdelijk een stroombeperkende weerstand in serie met de aardingsafleider worden aangebracht. De hoofdtransformatiepost 1 was uitgerust met een JY-BTJZ kern-aarding online monitoring- en stroombeperkend apparaat met vier weerstandinstellingen (115, 275, 600 en 1.500 Ω), waarvan de 115 Ω weerstand al automatisch was ingeschakeld op basis van de grootte van de aardingstroom. Na de inbedrijname van de apparatuur werd de monitoring intensiever, met verkorte testcycli voor kern-aardingstroommetingen en transformatieol-chromatografische analyse voor trackingdoeleinden.

Het specifieke implementatieproces ter plaatse was als volgt: Eerst werd de externe kern-aarding verbinding losgemaakt, en een DC-hoogspanningsgenerator werd gebruikt om de condensator op te laden. Na ongeveer 3 minuten opladen bereikte de spanning 2,5 kV. Vervolgens, met behulp van een geïsoleerde staaf, werd de leidingsdraad verbonden met de kern-aardingsafleider om de condensator in de transformatiekern te ontladen. Na één condensatorontlading in de kern van de hoofdtransformatiepost 1, herstelde de 60-seconden kernisolatieweerstand zich tot 9,58 GΩ, met een absorptieverhouding van 1,54, consistent met eerdere testresultaten. Het aardingspunt was succesvol geëlimineerd.

Na de terugkeer in dienst van de hoofdtransformatiepost 1, maten we de kern-aardingstroom met een kern-aardingstroomtester, die 2 mA aangaf. Tegelijkertijd toonde het real-time kern-aardingstroommonitoringapparaat ook 2 mA, wat bevestigde dat de fout was geëlimineerd.