I. Kernursache des Schadens: Elektrodynamischer Einfluss (entsprechend GB/T 1094.5 / IEC 60076-5)
Die direkte Ursache für das Einknicken der Hochspannungswicklungsenden ist der durch den Kurzschlussstrom verursachte elektrodynamische Stoß. Wenn im System ein Einphasen-Erdschlussfehler auftritt (z.B. durch Blitzüberspannung, Isolierstoffbruch usw.), wird der Erdtransformator als Fehlerstrompfad hohen Amplituden und steilen Anstiegsraten von Kurzschlussströmen ausgesetzt. Gemäß dem Ampèreschen Kraftgesetz werden die Wickeldrähte in einem starken Magnetfeld radial (inward compression) und axial (Zug/Druck) elektrodynamischen Kräften ausgesetzt. Überschreitet die elektrodynamische Kraft die mechanische Festigkeitsgrenze der Wickelstruktur (Leiter, Abstandshalter, Druckplatten, Bindeanordnungen), führt dies zu irreversiblen Verformungen, Verschiebungen oder Verzerrungen der Wicklungen, die sich schließlich als Einknicken der Wicklungsenden manifestieren – eine typische Ausfallart von Transformatorenanlagen bei Kurzschlüssen.
II. Verknüpfte Auslöser für Fehlfunktionen: Resonante Überspannungen und Einspeisung mit Restfehlern (entsprechend Überspannungsschutznormen wie DL/T 620 / IEC 60099)
Systemresonante Überspannung (Ferroresonanz / Lineare Resonanz)
Unangemessene Anpassung der Systemparameter (Leitungskapazität, PT-Induktivität, Erdschlussdrosselinduktivität usw.) kann Ferroresonanz oder lineare Resonanz auslösen und anhaltende Überspannungen erzeugen. Diese Überspannungen wirken wiederholt auf Schwachstellen der Isolation (alternde Isolatoren, Blitzableiter, Dichtungen usw.), was zu intermittierenden Bogen-Erdschlüssen oder wiederholten Durchschlägen führt, wodurch der Erdtransformator hochfrequente Stoßströme erleidet. Dies bewirkt nicht nur direkt elektrodynamische Stöße, sondern beschleunigt auch die thermische und elektrische Alterung der Wickelisolation (zwischenwindungs-, zwischenlagen- und Hauptisolation), reduziert ihre dielektrische und mechanische Festigkeit erheblich und macht sie anfälliger für Kollaps bei nachfolgenden Stößen oder normaler Betrieb.
Einspeisung mit anhaltenden Fehlern nach Blitzschlag
Wenn ein Blitzschlag einen dauerhaften Erdschlussfehler in der Leitung verursacht und der Fehlerpunkt nicht isoliert wird (z.B. der Leitungsschutzschalter fällt nicht aus oder die Fehlersignale sind unklar), speist das Wartungspersonal fälschlicherweise erneut ein (Einspeisung mit Fehlern), wodurch der Erdtransformator kontinuierlich Netzfreqenz-Fehlerströme durchleiten muss (weit über den Entwurfslimiten). Der anhaltende Überstrom löst den I²Rt-Joulescheffekt aus, wodurch die Wicklungstemperatur stark über die Isolationsverträglichkeit (z.B. 105°C für Klasse A) steigt, rasch zu thermischer Alterung, Verkohlung und Verlust der Isolationsleistung führt und schließlich zu einer Wicklungs-Kurzschaltung und -Verbrennung (thermischer Kollaps) führt. Dies verursacht verheerende Schäden an der Anlage.
III. Optimierungsschema: Verbesserung der Gerätebelastbarkeit und Vervollständigung der Schutzstrategien (Integration von Geräteauswahl, Relais-Schutz und Zustandsüberwachungsstandards)
Verbesserung der Kurzschlusswiderstandsfähigkeit des Geräts (entsprechend GB/T 1094.5 / IEC 60076-5)
Auswahlvorgaben: Bei zukünftigen Anschaffungen sollten Modelle mit hoher Kurzschlusswiderstandsfähigkeit bevorzugt werden, die durch strenge Kurzschluss-Widerstandstests (z.B. IEC 60076-5) bestätigt wurden, mit Fokus auf die Wickelstruktur (verstärkte Druckplatten, axiale Klammeranordnungen, radiale Stützstrukturen, Transposition-Leiterprozesse), Materialfestigkeit und Herstellungsprozesse.
Optionale Serienstrombegrenzungs-Drossel: Installation einer Strombegrenzungs-Drossel im Neutralleiter des Erdtransformators, um die Amplitude und den Anstieg des Fehlerstroms effektiv zu unterdrücken und die elektrodynamischen Stöße auf die Wicklungen zu reduzieren. Der Einfluss auf das Systemerdschlussverhalten und den Relais-Schutz muss gleichzeitig überprüft werden.
Optimierung der Relais-Schutzkonfiguration und -Einstellungen (entsprechend Relais-Schutznormen DL/T 584 / DL/T 559)
Einstellprinzip: Die Überstromschutzeinstellungen (Nullsequenz-Überstrom, inverse Zeit-Überstrom) des Erdtransformators müssen streng unter den thermischen und dynamischen Stabilitätsgrenzen des Geräts (berechnet nach GB/T 1094.5) liegen.
Gradationssynchronisation: Die Schutzzeitverzögerung des Erdtransformators (z.B. 100A/10s) muss zuverlässig mit dem stromaufwärts gelegenen Leitungsschutz (Austrittsschaltgerät) synchronisiert sein. Sicherstellen, dass der Leitungsschutz (Nullsequenz-Phase I: 0,2s, Phase II: 0,7s) Kurzschlüsse in der Leitung schnell beseitigen kann, um unnötige Belastungen des Erdtransformators zu verhindern. Der Schutz des Erdtransformators als nahe Rückdeckung sollte eine Aktionierungszeitverzögerung größer als die längste Zeitverzögerung des Leitungsschutzes (einschließlich der Gradation Δt) haben.
Optimierung der Schutzeinstellungen des Erdtransformators:
Verstärkung der schnellen Fehlersicherung (entsprechend DL/T 584 / DL/T 559)
Konfiguration des Richtungsabhängigen Nullsequenz-Schutzes: Bereitstellung und zuverlässige Aktivierung eines richtungsabhängigen Nullsequenz-Stromschutzes (Phase I/II) im Leitungsschutz. Das Richtungselement unterscheidet präzise zwischen fehlerhaften und nicht-fehlerhaften Leitungen, um sicherzustellen, dass der Schaltkreis des fehlerhaften Leiters bei Einphasen-Erdschlussfehlern innerhalb von ≤0,2s zuverlässig ausfällt und die Fehlerquelle vollständig isoliert – dies ist das Kernschutzmaß zur Verhinderung von Schäden am Erdtransformator.
Bereitstellung intelligenter Online-Überwachungs- und Frühwarnsysteme (entsprechend Zustandsüberwachungsstandard DL/T 1709.1)
Echtzeitüberwachung der Wicklungshotspots: Installation von Glasfaser- oder Platinwiderstands-Temperatursensoren an Schlüsselpositionen der Hochspannungswicklungsenden, um eine Echtzeitüberwachung mit ±1~2°C Genauigkeit zu erreichen. Festlegung mehrstufiger Alarme (Warnung/Alarm) und Auslöseschwelle (berechnet basierend auf Isolationsklassen-Wärmemodellen), automatische Auslösung von Schutzaktionen, wenn Grenzwerte überschritten werden, um thermischen Kollaps zu verhindern.
Überwachung der neutralpunktelektrischen Parameter und Asymmetriealarm: Kontinuierliche Überwachung des neutralpunkteigenen Stroms und des Systemverschiebungsspannungs (Nullsequenzspannung) und Konfiguration von Asymmetrie-Überlimit-Alarmfunktionen. Bei detektierten anhaltenden/häufigen abnormalen neutralpunktelektrischen Parametern (die intermittierende Erdschlüsse, Resonanz oder Isolationsabbau anzeigen) sofortige Warnungen für frühzeitige Fehlereingriffe auslösen.
Optimierungsschlussfolgerungen und Implementierungsempfehlungen
