I. Causa Principal del Daño: Impacto Electrodinámico (Cumplimiento con GB/T 1094.5 / IEC 60076-5)
La causa directa del colapso de los extremos de las bobinas de alta tensión es el impacto electrodinámico instantáneo inducido por la corriente de cortocircuito. Cuando ocurre un fallo de tierra en una fase del sistema (como sobretensión por rayo, ruptura de aislamiento, etc.), el transformador de tierra, como camino de la corriente de fallo, soporta corrientes de cortocircuito de gran amplitud y tasa de ascenso pronunciada. Según la ley de fuerza de Ampère, los conductores de las bobinas están sometidos a fuerzas electrodinámicas radiales (compresión hacia adentro) y axiales (tracción/compresión) en un campo magnético fuerte. Si la fuerza electrodinámica supera el límite de resistencia mecánica de la estructura de la bobina (conductores, separadores, placas de presión, sistemas de atado), causará una deformación, desplazamiento o distorsión irreversibles de las bobinas, manifestándose finalmente como un colapso de los extremos de la bobina, un modo típico de fallo de equipos tipo transformador bajo fallos de cortocircuito.
II. Disparadores Asociados de Fallos: Sobretensión Resonante y Energización con Fallos Residuales (Cumplimiento con Estándares de Protección contra Sobretensiones como DL/T 620 / IEC 60099)
Sobretensión Resonante del Sistema (Ferroresonancia / Resonancia Lineal)
Una mala combinación de parámetros del sistema (capacitancia de línea, inductancia de PT, inductancia de bobina de supresión de arco, etc.) puede desencadenar ferroresonancia o resonancia lineal, generando sobretensión persistente. Esta sobretensión actúa repetidamente sobre puntos débiles del aislamiento (aisladores envejecidos, pararrayos, embocaduras, etc.), provocando tierras por arco intermitentes o rupturas repetidas, lo que hace que el transformador de tierra soporte corrientes de impacto de alta frecuencia. Esto no solo produce impactos electrodinámicos directos, sino que también acelera el envejecimiento térmico y eléctrico del aislamiento de las bobinas (entre vueltas, entre capas y aislamiento principal), reduciendo significativamente su resistencia dieléctrica y resistencia mecánica, haciéndolo más propenso al colapso ante impactos subsecuentes o durante la operación normal.
Energización con Fallos Persistentes después de un Rayo
Después de que un rayo cause un fallo de tierra permanente en la línea, si el punto de fallo no se aísla (por ejemplo, el interruptor no se abre o la indicación de fallo es confusa), el personal de mantenimiento restablece erróneamente la energía (energización con fallos), forzando al transformador de tierra a pasar continuamente corriente de fallo de frecuencia de red (mucho mayor que el límite de diseño). La corriente excesiva sostenida desencadena el efecto de calentamiento Joule I²Rt, haciendo que la temperatura de las bobinas aumente bruscamente más allá del límite de tolerancia del aislamiento (por ejemplo, 105°C para Clase A), lo que lleva rápidamente a un envejecimiento térmico, carbonización y pérdida de las propiedades del aislamiento, resultando finalmente en un cortocircuito y quemado de las bobinas (colapso térmico). Esta condición causa un daño devastador al equipo.
III. Esquema de Optimización: Mejora de la Tolerancia del Equipo y Perfeccionamiento de Estrategias de Protección (Integración de Selección de Equipos, Protección Relé y Monitoreo de Condiciones según Estándares)
Mejora de la Resistencia a Cortocircuitos del Cuerpo del Equipo (Cumplimiento con GB/T 1094.5 / IEC 60076-5)
Requisitos de Selección: Priorizar modelos de alta resistencia a cortocircuitos verificados por pruebas estrictas de resistencia a cortocircuitos (por ejemplo, IEC 60076-5) para compras futuras, enfocándose en el diseño de la estructura de las bobinas (placas de presión reforzadas, sistemas de apriete axial, estructuras de soporte radial, procesos de transposición de conductores), resistencia de materiales y procesos de fabricación.
Reactancia Limitadora de Corriente Opcional: Instalar una reactancia limitadora de corriente en el circuito neutral del transformador de tierra para suprimir eficazmente la amplitud y la tasa de ascenso de las corrientes de fallo, reduciendo los impactos electrodinámicos en las bobinas. Se debe verificar simultáneamente el impacto en el modo de tierra del sistema y la protección relé.
Optimización de la Configuración y Ajuste de la Protección Relé (Cumplimiento con Estándares de Protección Relé DL/T 584 / DL/T 559)
Principio de Ajuste: Los ajustes de protección contra sobrecorriente (sobrecorriente de secuencia cero, sobrecorriente inversa) del transformador de tierra deben ser estrictamente inferiores a los límites de estabilidad térmica y dinámica del equipo (calculados según GB/T 1094.5).
Coordinación Gradual: El retardo de protección del transformador de tierra (por ejemplo, 100A/10s) debe coordinarse de manera fiable con la protección de la línea aguas arriba (interruptor de salida). Asegurar que la protección de la línea (etapa I de secuencia cero: 0.2s, etapa II: 0.7s) pueda eliminar rápidamente los fallos de tierra en la línea, evitando que el transformador de tierra soporte estrés innecesario. La protección del transformador de tierra, como respaldo cercano, debe tener un retardo de tiempo de operación mayor que el retardo más largo de la protección de la línea (incluyendo el gradiente Δt).
Optimización de los Ajustes de Protección del Cuerpo del Transformador de Tierra:
Fortalecimiento de la Capacidad de Eliminación Rápida de Fallos (Cumplimiento con DL/T 584 / DL/T 559)
Configuración de Protección de Secuencia Cero Direccional: Implementar y activar de manera fiable la protección de corriente de secuencia cero direccional (etapa I/II) en la protección de la línea. El elemento de dirección distingue con precisión entre las líneas con fallo y sin fallo, asegurando que el interruptor de la línea con fallo se abra de manera fiable dentro de ≤0.2s durante los fallos de tierra en una fase, aislando completamente la fuente de fallo, lo cual es la medida de protección central para prevenir daños en el transformador de tierra.
Implementación de Sistemas de Monitoreo y Alerta en Línea Inteligentes (Cumplimiento con el Estándar de Monitoreo de Condiciones DL/T 1709.1)
Monitoreo en Tiempo Real de la Temperatura Puntual Caliente de las Bobinas: Instalar sensores de temperatura de fibra óptica o de resistencia de platino en posiciones clave de los extremos de las bobinas de alta tensión para lograr un monitoreo en tiempo real con una precisión de ±1~2°C. Configurar alarmas multinivel (advertencia/alerta) y umbrales de disparo (calculados basándose en modelos térmicos de clase de aislamiento), desencadenando automáticamente acciones de protección cuando se superan los límites para prevenir el colapso térmico.
Monitoreo de Parámetros Eléctricos del Punto Neutral y Alarma de Asimetría: Monitorear continuamente la corriente del punto neutral y el voltaje de desplazamiento del sistema (voltaje de secuencia cero), y configurar funciones de alarma por exceso de asimetría. Cuando se detecten parámetros eléctricos anormales persistentes/frecuentes en el punto neutral (indicativos de tierras intermitentes, resonancia o degradación del aislamiento), emitir advertencias inmediatas para una intervención temprana de fallos.
Conclusiones de Optimización y Recomendaciones de Implementación
