Was sind die Ursachen für Ausfälle von ferromagnetischen Spannungswandlern in erneuerbaren Energien Kraftwerken
Von Felix, 15 Jahre in der Elektrotechnikbranche
Hallo zusammen, ich bin Felix und arbeite seit 15 Jahren in der Elektrotechnikbranche.
Von früher Beteiligung an der Inbetriebnahme und Wartung traditioneller Umspannwerke bis hin zur heutigen Verwaltung von elektrischen Systemen für mehrere Photovoltaik- und Windkraftprojekte, eines der am häufigsten anzutreffenden Geräte, mit denen ich umgehe, ist der elektromagnetische Spannungswandler (PT).
Neulich fragte mich ein Schichtleiter in einem neuen Energiekraftwerk:
“Wir haben einen elektromagnetischen Spannungswandler, der ständig überhitzen, seltsame Geräusche machen und manchmal sogar zu Schutzfehlern führt. Was ist los?”
Dies ist ein sehr häufiges Problem, insbesondere in neuen Energiekraftwerken. Als wesentlicher Mess- und Schutzkomponente kann bei einem Ausfall des PTs alles von ungenauer Messung bis hin zu vollständigem Abschalten oder sogar Geräteschaden passieren.
Heute möchte ich darüber sprechen:
Was sind die gängigsten Fehler an elektromagnetischen Spannungswandlern? Warum treten sie auf? Und wie beheben wir sie?
Keine komplizierten Fachbegriffe — nur reale Situationen, mit denen ich im Laufe der Jahre konfrontiert war. Lassen Sie uns einen Blick auf das werfen, was oft mit diesem "alten Freund" schief geht.
1. Was ist ein elektromagnetischer Spannungswandler?
Beginnen wir mit einer kurzen Übersicht seiner grundlegenden Funktion.
Ein elektromagnetischer Spannungswandler, auch bekannt als VT oder PT, ist im Wesentlichen ein Stufentransformator, der Hochspannung in eine Standardniederspannung (in der Regel 100V oder 110V) umwandelt, die von Messgeräten und Relaisschutzsystemen verwendet wird.
Seine Struktur ist relativ einfach: die Primärwicklung hat viele Windungen und dünnes Draht, verbunden mit der Hochspannungsseite; die Sekundärwicklung hat weniger Windungen und dickes Draht, verbunden mit dem Steuerkreis.
Aufgrund dieser strukturellen Eigenschaft ist er leicht von Betriebsbedingungen, Laständerungen und Resonanzphänomenen beeinflusst.
2. Gängige Fehler und Ursachenanalyse
Basierend auf meinen 15-jährigen Felderfahrungen gehören die häufigsten Arten von Fehlern dazu:
Fehler 1: Unnormale Erwärmung oder sogar Rauch/Verbrennung
Dies ist eines der gefährlichsten Probleme — es kann zu Isolierungszersetzungen oder sogar Bränden führen.
Mögliche Ursachen:
Sekundärkurzschluss oder Überlast (z.B. mehrere Schutzgeräte parallel geschaltet ohne Kapazitätsprüfung);
Kernsättigung (insbesondere während Ferroresonanz);
Isolierstoffalterung oder Feuchtigkeitseintritt;
Lockerer Kontakt, der zu hoher Kontaktwiderstand und lokaler Erwärmung führt.
Realfall:
Einmal fand ich einen stark überhitzenden PT in einer PV-Schaltanlage — Infrarotthermografie zeigte Temperaturen über 120°C. Bei der Entmontage stellten wir fest, dass die Isolation der Sekundärwicklung durchgebrannt war. Die Ursache war eine offene Schaltung, verursacht durch einen abgeschalteten Sekundärschalter, während noch ein Hochimpedanz-Messgerät angeschlossen war.
Tipps:
Lassen Sie den PT-Sekundär niemals offen laufen — obwohl nicht so gefährlich wie CTs, kann es trotzdem zu Spannungsverzerrungen und Messfehlern führen;
Verwenden Sie regelmäßig Infrarotthermografie, um die Temperatur der Anschlüsse und Gehäuse zu prüfen;
Bei entdeckter unnormaler Erwärmung sofort abschalten und prüfen.
Fehler 2: Ferroresonanz, die zu Spannungsschwankungen führt
Dies ist eines der am wenigsten beachteten, aber gefährlichsten Probleme in neuen Energiekraftwerken.
Symptome:
Unausgeglichene Dreiphasenspannung;
Spannungsschwankungen nach oben und unten mit Brummgeräuschen;
Schutzfehlfunktionen oder falsche Abschaltungen;
Manchmal erscheinen sogar falsche Erdungssignale.
Grundursache:
In ungeerdeten oder Dämpfungsspulen-geerdeten Systemen, wenn die Leitung-Erde-Kapazität unter bestimmten Bedingungen mit der PT-Anregung induktiv kombiniert wird, kann Ferroresonanz auftreten;
Es wird oft durch Schaltvorgänge, plötzlichen Spannungsabfall oder Einphasen-Erden ausgelöst.
Realfall:
In einem Windpark brummte der PT jedes Mal, wenn der Haupttransformator eingeschaltet wurde, und die Busspannung schwankte stark, wodurch sogar der Standby-Auto-Schalter fehlerhaft ausgelöst wurde. Nach Untersuchung stellte sich heraus, dass es durch Ferroresonanz verursacht wurde. Das Installieren eines Dämpfungswiderstands im offenen Delta löste das Problem.
Vorschläge zur Prävention:
Installieren Sie Anti-Resonanz-Geräte (wie offene-Delta-Widerstände oder mikroprozessorbasierte Unterdrücker);
Verwenden Sie anti-resonante PTs (wie JDZXW-Reihe);
Optimieren Sie den Betriebsmodus, um langfristiges nicht-vollphasiges Betreiben zu vermeiden;
Während der Ausfallwartung sollten Magnetisierungskurventests durchgeführt werden, um die Tendenz zur Kernsättigung zu bewerten.
Fehler 3: Niedrige oder keine Sekundärspannungsausgabe
Diese Probleme beeinträchtigen oft die Mess- und Schutzlogik und werden manchmal mit anderen Gerätefehlern verwechselt.
Mögliche Ursachen:
Primärsicherung durchgebrannt (häufig nach Blitzschlag oder Überspannung);
Sekundärsicherung durchgebrannt oder Luftschalter ausgelöst;
Falsche Polung oder Verhältniseinstellung;
Zwischenwindungsshortcuts in internen Wicklungen;
Oxidierte oder lockere Anschlüsse.
Realfall:
In einer PV-Anlage zeigte SCADA eine abnorm niedrige Busspannung. Eine Ortsterminbung ergab, dass die Primärsicherung des PTs durchgebrannt war. Durch Austausch kehrte der normale Betrieb zurück. Weitere Analyse zeigte, dass es durch einen Spannungsspitzen von nahem Blitzschlag verursacht wurde.
Fehlersuche:
Prüfen Sie zuerst Sicherungen und Schalter;
Messung der Primär- und Sekundärspannung auf Konsistenz;
Überprüfen Sie die Verkabelung und Polung;
Durchführen Sie gegebenenfalls Verhältnistests und Isolationswiderstandstests.
Fehler 4: Interne Entladung oder Isolationsdurchschlag
Dies tritt normalerweise in feuchten oder stark verschmutzten Umgebungen auf, insbesondere in Küstengebieten oder in hohen Lagen.
Symptome:
Geruch von Verbrennung oder sichtbare Entladungsmarkierungen am Gehäuse;
Knisternde Geräusche während des Betriebs;
Geringerer Isolationswiderstand;
In schweren Fällen kommt es zu Explosionen oder Abschaltungen.
Mögliche Ursachen:
Feuchtigkeitseintritt, der zu Isolierstoffzerfall führt;
Oberflächenverschmutzung oder Staubsammlung, die den Kriechweg verringern;
Langfristige Überlast oder harmonische Effekte;
Herstellungsfehler oder Transportschäden.
Realfall:
Ein nahe der Küste installierter PT schaltete immer wieder aus, während der Regenzeit. Die Inspektion zeigte deutliche Anzeichen für interne Entladungen — die Ursache war eine schlechte Abdichtung, die Feuchtigkeit eindringen ließ.
Gegenmaßnahmen:
Erhöhung des Schutzgrades (IP54 oder höher);
Installieren Sie Entfeuchter oder Raumheizer;
Regelmäßige Reinigung und Trocknung;
Durchführen von Isolations- und partiellen Entladungstests vor der Inbetriebnahme.
Fehler 5: Menschliches Versagen oder Verkabelungsfehler
Menschliches Versagen bleibt eine der häufigsten Ursachen für viele Vorfälle.
Häufige Fehler beinhalten:
Schalten von Isolatoren unter Sekundärbelastung;
Umgekehrte Polung, die zu falscher Messung oder Schutzfehlern führt;
Zufälliges Entfernen von Erdkabeln, was zu fliegenden Potentialen führt;
Durchführung von Live-Arbeiten ohne angemessene Sicherheitsmaßnahmen.
Realfall:
Ein neuer Techniker ersetzte eine Sekundärsicherung des PTs, ohne die Stromversorgung abzuschalten, was zu einem Kurzschluss führte — der Sicherungshalter brannte aus und verursachte fast eine Verletzung.
Wichtige Lehren:
Stärkung der Schulung und Standardisierung von Verfahren;
Deutliche Kennzeichnung der Verkabelung, um Fehler zu vermeiden;
Durchsetzung von Sperr- und Kennzeichnungsverfahren, um Live-Arbeiten zu vermeiden;
Sicherstellen der Einpunkt-Erdung aller PT-Sekundärkreise.
3. Meine Empfehlungen und Zusammenfassung meiner Felderfahrung
Als 15-jähriger Veteran in der Elektrotechnik sage ich immer:
“Obwohl klein, spielt der elektromagnetische Spannungswandler eine entscheidende Rolle in Messung, Zählung und Schutz.”
Er mag nicht so auffällig sein wie ein Schaltgerät oder so groß wie ein Transformator, aber sobald er ausfällt, kann er eine Kettenreaktion auslösen.
Hier sind meine Empfehlungen:
Für tägliche Betriebs- und Wartungsarbeiten:
Regelmäßige Inspektionen — hören Sie auf ungewöhnliche Geräusche, riechen Sie nach Verbrennung und messen Sie die Temperatur;
Prüfen Sie Sicherungen, Schalter und Erdintegrität;
Protokollieren Sie Betriebsdaten und vergleichen Sie sie mit historischen Trends;
Erhöhen Sie die Inspektionsfrequenz vor und nach Gewitterzeiten.
Für Fehlerdiagnose:
Priorisieren Sie Prüfungen der Sekundärkreise und Sicherungen;
Verwenden Sie Multimeter, um Spannungsniveaus zu überprüfen;
Führen Sie Isolationswiderstand-, Verhältnis- und Magnetisierungskennlinientests durch, wenn erforderlich;
Nehmen Sie sofort Maßnahmen, um Resonanz zu unterdrücken, wenn Verdacht besteht.
Für die Ausrüstungsauswahl:
Berücksichtigen Sie Umwelteinflüsse (Feuchtigkeit, Höhe, Salznebel);
Bevorzugen Sie anti-resonante PTs;
Wählen Sie geeignete Nennkapazität, um langfristige Überlastungen zu vermeiden;
Lassen Sie Platz für Redundanz, um zukünftige Erweiterungen zu unterstützen.
4. Abschlussgedanken
Obwohl strukturell einfach, spielen elektromagnetische Spannungswandler in neuen Energiekraftwerken eine lebenswichtige Rolle.
Sie wirken wie die "Augen" des Energiesystems und sagen uns genau, wie "hoch" die Spannung ist.
Nach 15 Jahren in der Branche glaube ich fest:
“Details bestimmen Erfolg oder Misserfolg. Sicherheit steht über allem.”
Wenn Sie mit schwierigen PT-Problemen vor Ort konfrontiert sind, zögern Sie nicht, sich an mich zu wenden — ich freue mich, weitere praktische Erfahrungen und Fehlersuchmethoden zu teilen.
Möge jeder PT stabil arbeiten und unser Netz sicher und intelligent halten!
— Felix
