I. Základní příčina poškození: Elektrodynamický dopad (V souladu s GB/T 1094.5 / IEC 60076-5)
Přímou příčinou kolapsu vysokonapěťového vinutí na konci je okamžitý elektrodynamický dopad vyvolaný krátkozavodným proudem. Když dojde k jednofázovému zemění systému (např. blesková přepětí, porucha izolace atd.), zemnící transformátor, jako cesta pro proud chyby, čelí krátkozavodnému proudu s vysokou amplitudou a strmým stoupáním. Podle Ampèrova zákona jsou vodiče vinutí vystaveny radiálním (vnitřní kompresi) a axiálním (tažné/kompresivní) elektrodynamickým silám v silném magnetickém poli. Pokud elektrodynamická síla překročí mechanické pevnostní limity struktury vinutí (vodiče, dělicí prvky, tlačné desky, vazebné systémy), dojde k nevratné deformaci, posunu nebo zkroušení vinutí, což se nakonec projeví jako kolaps vinutí na konci – typický způsob selhání transformátorového zařízení při krátkých zavodech.
II. Související spouštěče poruch: Rezonanční přepětí a zapnutí s trvalými poruchami (V souladu s normami ochrany před přepětím, jako je DL/T 620 / IEC 60099)
Rezonanční přepětí systému (Ferrorezonance / Lineární rezonance)
Nesprávné ladění parametrů systému (kapacita vodiče, indukčnost PT, indukčnost zemnícího cívky atd.) může vyvolat ferrorezonanci nebo lineární rezonanci, která generuje trvalé přepětí. Toto přepětí opakovaně působí na slabá místa izolace (zastaralé izolátory, ochranné prvky, uchycení atd.), což vede k intermitentnímu obloukovému zemění nebo opakovaným propadům, což nutilo zemnící transformátor čelit vysokofrekvenčním impulsním proudům. To nejen přímo produkuje elektrodynamické dopady, ale také zrychluje tepelné a elektrické stárnutí izolace vinutí (mezi vodiči, mezi vrstvami a hlavní izolace), což výrazně snižuje její dielektrickou a mechanickou pevnost, což zvyšuje riziko kolapsu při následných dopadech nebo běžné provozní činnosti.
Zapnutí s trvalými poruchami po bleskovém úderu
Pokud bleskový úder způsobí trvalou zemnici v vodiči a bod poruchy není izolován (např. vypínač nepropadne nebo indikace poruchy není jasná), údržbáři omylem obnovují napájení (zapnutí s poruchami), což nutilo zemnící transformátor kontinuálně převádět síťový proud chyby (daleko přesahující návrhovou hranici). Trvalý přetokový proud vyvolá Jouleův ohřevový efekt I²Rt, což způsobí, že teplota vinutí náhle přesáhne toleranční limit izolace (např. 105°C pro třídu A), což rychle vedlo k tepelnému stárnutí, karbonizaci a ztrátě vlastností izolace, nakonec vedoucí k krátkému zavodu a spálení vinutí (tepelný kolaps). Tato situace způsobí katastrofální poškození zařízení.
III. Optimalizační schéma: Zlepšení odolnosti zařízení a dokonalé ochranné strategie (Integrace výběru zařízení, relé ochrany a standardů stavu)
Zlepšení odolnosti zařízení proti krátkým zavodům (V souladu s GB/T 1094.5 / IEC 60076-5)
Požadavky na výběr: Při budoucích zakoupeních upřednostňujte modely s vysokou odolností proti krátkým zavodům ověřené přísnými testy na odolnost proti krátkým zavodům (např. IEC 60076-5), zaměřující se na návrh struktury vinutí (posílené tlačné desky, axiální svorkovací systémy, radiální podpěrné struktury, procesy transpozice vodičů), pevnost materiálů a výrobní procesy.
Volitelný sériový omezovač proudu: Nainstalujte omezovač proudu do neutrálního okruhu zemnícího transformátoru, aby efektivně potlačil amplitudu a stoupání proudu chyby, což sníží elektrodynamické dopady na vinutí. Zároveň musí být ověřeno dopad na zemnící režim systému a relé ochrany.
Optimalizace konfigurace a nastavení relé ochrany (V souladu s normami relé ochrany DL/T 584 / DL/T 559)
Princip nastavení: Nastavení ochrany před přetokem (nulový přetok, inverzní přetok) zemnícího transformátoru musí být striktně nižší než termodynamické stability zařízení (vypočteno podle GB/T 1094.5).
Koordinace stupňů: Časové prodlevy ochrany zemnícího transformátoru (např. 100A/10s) musí spolehlivě koordinovat s ochranou nadřazené linky (vypínač vycházející linky). Ujistěte se, že ochrana linky (nulový stupeň I: 0,2s, stupeň II: 0,7s) rychle odstraní zemnici na lince, aby se zabránilo zemnícímu transformátoru v nezbytném stresu. Ochrana zemnícího transformátoru, jako blízká záloha, by měla mít časovou prodlevu delší než nejdelší časová prodleva ochrany linky (včetně rozdílu Δt).
Optimalizace nastavení ochrany těla zemnícího transformátoru:
Zlepšení schopnosti rychlého odstranění poruch (V souladu s DL/T 584 / DL/T 559)
Konfigurace směrové nulové ochrany: Nasazení a spolehlivé aktivace směrové nulové ochrany proudu (stupeň I/II) v ochraně linky. Směrový prvek přesně rozlišuje mezi poruchou a neporuchou linky, což zajišťuje, že vypínač poruchové linky spolehlivě propadne do ≤0,2s při jednofázovém zemnění, což úplně izoluje zdroj poruchy – toto je klíčová ochranná opatření pro prevenci poškození zemnícího transformátoru.
Nasazení inteligentních on-line monitorovacích a varovných systémů (V souladu s normou stavu DL/T 1709.1)
Real-time monitorování teploty horkého bodu vinutí: Nainstalujte optické vlákno nebo platínové teplotní čidlo na klíčových místech vysokonapěťového vinutí, aby bylo možné dosáhnout real-time monitorování s přesností ±1~2°C. Nastavte víceúrovňové alarmy (varování/pozvání) a práh spuštění (vypočtené na základě termických modelů izolační třídy), které automaticky spustí ochranné akce, pokud jsou překročeny limity, aby se zabránilo tepelnému kolapsu.
Monitorování elektrických parametrů neutrálního bodu a asymetrické alarmy: Kontinuálně sledujte proud neutrálního bodu a systémové posunutí napětí (nulové napětí) a nakonfigurujte funkce nadlimitních asymetrických alarmů. Pokud jsou detekovány trvalé/časté anomálie elektrických parametrů neutrálního bodu (ukazující intermitentní zemnici, rezonanci nebo degradaci izolace), okamžitě vydávejte varování pro rané zásahy do poruchy.
Závěry optimalizace a doporučení pro implementaci
