I. Causa Central de la Dany: Impacte Electrodinàmic (Compliant amb GB/T 1094.5 / IEC 60076-5)
La causa directa del col·lapse de l'extrem de les bobines d'alta tensió és l'impacte electrodinàmic instantani induït per la corrent de curtcircuït. Quan es produeix un defecte de terra en una fase del sistema (com ara sobretensions causades per llamps, trencament d'aislaments, etc.), el transformador de terra, com a camí de la corrent de defecte, soporta corrents de curtcircuït d'amplada i ràpida pujada. Segons la llei de la força d'Ampère, els conductors de les bobines són sotmesos a forces electrodinàmiques radials (compressió cap endins) i axials (tractació/compressió) en un fort camp magnètic. Si la força electrodinàmica supera el límit de resistència mecànica de l'estructura de les bobines (conductors, separadors, plaques de pressió, sistemes de ligadura), provocarà una deformació, desplaçament o distorsió irreversibles de les bobines, manifestant-se finalment com un col·lapse de l'extrem de les bobines — un mode típic de fallida de l'equipament de tipus transformador en condicions de defectes de curtcircuït.
II. Triggers Associats a Defectes: Sobretensió Resonant i Energització amb Defectes Persistents (Compliant amb estàndards de protecció contra sobretensions com DL/T 620 / IEC 60099)
Sobretensió Resonant del Sistema (Ferroresonància / Resonància Lineal)
Una combinació inadequada de paràmetres del sistema (capacitància de línia, inductància de PT, inductància de la bobina de supressió d'arc, etc.) pot desencadenar ferroresonància o resonància lineal, generant sobretensions persistents. Aquesta sobretensió actua repetidament sobre punts febles d'aislament (aislants vells, paraigües, isoladors, etc.), provocant aterraments intermitents per arc o ruptures repetides, fent que el transformador de terra soporti corrents d'impacte de freqüència alta. No només produeix impactes electrodinàmics directes sino que també accelera l'envellicament tèrmic i elèctric de l'aislament de les bobines (entre voltes, entre caps i principal), reduint significativament la seva resistència dielèctrica i mecànica, fent-lo més propens al col·lapse en impacts posteriors o durant l'operació normal.
Energització amb Defectes Persistents després d'un Impacte de Llàmpara
Després que un impacte de llàmpara provoca un defecte de terra permanent a la línia, si el punt de defecte no s'ha aïllat (per exemple, el disjuntor no ha saltat o la indicació de defecte no és clara), el personal de manteniment restaura erròniament l'energia (energització amb defectes), forçant el transformador de terra a passar corrent de defecte de freqüència de xarxa de forma contínua (ben per sobre del límit de disseny). La corrent excessiva sostenida provoca l'efecte Joule I²Rt, fent que la temperatura de les bobines augmenti dràsticament més enllà del límit tolerable de l'aislament (per exemple, 105°C per a la classe A), conduint ràpidament a l'envellicament tèrmic, carbonització i pèrdua de rendiment de l'aislament, resultant en un curtcircuït i incendi de les bobines (col·lapse tèrmic). Aquesta condició causa danys devastadors a l'equipament.
III. Esquema d'Optimització: Millorar la Tolerància de l'Equipament i Perfeccionar Estratègies de Protecció (Integrant Selecció d'Equipament, Protecció Relè i Monitoratge de Condició)
Millorar la Resistència a Curtcircuït del Cos de l'Equipament (Compliant amb GB/T 1094.5 / IEC 60076-5)
Requisits de Selecció: Prioritzar models amb alta resistència a curtcircuït verificats per tests estrictes de resistència a curtcircuït (per exemple, IEC 60076-5) per a futurs assumptes, centrant-se en el disseny de l'estructura de les bobines (plaques de pressió reforçades, sistemes de compressió axial, estructures de suport radial, processos de transposició de conductors), força del material i processos de fabricació.
Reactanciòmetre Limitador de Corrent Opcional: Instal·lar un reactanciòmetre limitador de corrent al circuit neutre del transformador de terra per suprimir eficientment l'amplitud i la pujada de la corrent de defecte, reduint l'impacte electrodinàmic sobre les bobines. S'ha de verificar simultàniament l'impacte sobre el mode de terra del sistema i la protecció relè.
Optimitzar la Configuració i Regulació de la Protecció Relè (Compliant amb estàndards de protecció relè DL/T 584 / DL/T 559)
Principi de Regulació: Les configuracions de protecció per sobrecorrent (sobrecorrent zero seqüencial, sobrecorrent invers temporal) del transformador de terra han de ser estrictament inferiors als límits de estabilitat tèrmica i dinàmica de l'equipament (calculats segons GB/T 1094.5).
Coordinació Graduada: El retard de protecció del transformador de terra (per exemple, 100A/10s) ha de coordinar-se de manera fiable amb la protecció de la línia amont (disjuntor de sortida). Assegurar que la protecció de la línia (etapa I zero seqüencial: 0.2s, etapa II: 0.7s) pugui netejar ràpidament els defectes de terra a la línia, prevenint que el transformador de terra soporti tensions innecessàries. La protecció del transformador de terra, com a reserva propera, hauria de tenir un retard d'operació major que el retard més llarg de la protecció de la línia (incloent el gradat Δt).
Optimització de la Configuració de Protecció del Cos del Transformador de Terra:
Fortaleix la Capacitat de Neteja Ràpida de Defectes (Compliant amb DL/T 584 / DL/T 559)
Configuració de Protecció de Corrent Zero Seqüencial Direccional: Implementar i activar de manera fiable la protecció de corrent zero seqüencial direccional (etapes I/II) en la protecció de la línia. L'element de direcció distingeix amb precisió entre línies defectuosos i no defectuosos, assegurant que el disjuntor de la línia defectuosa tripi de manera fiable en ≤0.2s durant defectes de terra en una sola fase, aïllant completament la font de defecte — aquesta és la mesura de protecció central per prevenir daños al transformador de terra.
Implementar Sistemes Intel·ligents de Monitoratge En Línia i Alerta Precoç (Compliant amb l'estàndard de monitoratge de condició DL/T 1709.1)
Monitoratge de Temperatura de Punts Calents de Bobines en Temps Real: Instal·lar sensors de temperatura de fibra òptica o de platina en posicions clau de l'extrem de les bobines d'alta tensió per assolir un monitoratge en temps real amb precisió ±1~2°C. Establir llindars d'alarma múltiples (avís/alerta) i de tripament (calculats basant-se en models tèrmics de classes d'aislament), activant automàticament accions de protecció quan es superen els límits per prevenir el col·lapse tèrmic.
Monitoratge de Paràmetres Elèctrics del Punt Neutre i Alarma d'Asimetria: Monitorar continuament la corrent del punt neutre i la tensió de desplaçament del sistema (tensió zero seqüencial), i configurar funcions d'alarma per superació de llindars d'asimetria. Quan es detecten paràmetres elèctrics del punt neutre persistent/frequents anòmals (indicant aterraments intermitents, resonància o degradació de l'aislament), emitir avisos immediats per intervenir en els defectes inicials.
Conclusions d'Optimització i Recomanacions d'Implementació
