Analiza grešaka i optimizacija dizajna konvencionalnih zemljajućih transformatora

I. Glavni uzrok oštećenja: Elektrodinamički uticaj (u skladu s GB/T 1094.5 / IEC 60076-5)

Direktna uzroka kolapsa krajeva visokonaponskih zavojnica je trenutni elektrodinamički uticaj induciran strujom kratkog spoja. Kada se u sistemu dogodi jednofazno taloženje (poput prenapona od munjice, rušenje izolacije itd.), transformator za taloženje, kao putanja struje kratkog spoja, podnosi struju kratkog spoja velike amplitudne vrijednosti i brzog porasta. Prema Amperovom zakonu sile, vodovi zavojnice podliježu radijalnim (unutrašnjim pritiskom) i aksijalnim (vucima/pritiscima) elektrodinamičkim silama u jakom magnetnom polju. Ako elektrodinamička sila premaši mehaničke granice čvrstoće strukture zavojnice (vodovi, razmakivači, štampe, vezivi sustavi), doći će do neobrativih deformacija, pomaka ili distorzija zavojnice, što će se na kraju manifestirati kao kolaps krajeva zavojnice - tipična modalnost oštećenja opreme tipa transformatora pri strujama kratkog spoja.

II. Povezani pokretači grešaka: Rezonantni prenaponi i energiziranje s ostatkom grešaka (u skladu s standardima zaštite od prenapona poput DL/T 620 / IEC 60099)

• Sistemski rezonantni prenapon (ferorezonancija / linearna rezonancija)
  Nepravilno uparivanje parametara sistema (kapacitet linije, induktivnost PT, induktivnost koila za potisk taloženja itd.) može pokrenuti ferorezonanciju ili linearnu rezonanciju, generirajući trajne prenapone. Taj prenapon stalno djeluje na slabe točke izolacije (stari izolatori, ograničivači prenapona, gušci itd.), što dovodi do intermitentnog arčastog taloženja ili ponovljene rušenja, prisiljavajući transformator za taloženje da podnosi visokofrekventne impulzne struje. Ovo ne samo direktno stvara elektrodinamičke uticaje, već ubrzava termo-električno staranje izolacije zavojnice (međuvodska, slojeva i glavna izolacija), značajno smanjujući njenu dielektričnu i mehaničku čvrstoću, čime postaje više osjetljiv na kolaps pri kasnijim uticajima ili normalnoj operaciji.

• Energiziranje s trajnim greškama nakon udara munje
  Nakon što udar munje izazove trajnu grešku taloženja na liniji, ako se mjesto greške ne izolira (npr. prekidnik ne isključi ili indikacija greške nije jasna), održavateljski osoblje pogrešno obnovljuje snabdevanje (energiziranje s greškom), prisiljujući transformator za taloženje da neprestano propušta struju frekvencije struje (daleko premašujući projektne granice). Sustavni pretok struje pokreće I²Rt Jouleov efekt zagrijavanja, što dovodi do brzog povećanja temperature zavojnice preko tolerabilnih granica izolacije (npr. 105°C za klasu A), ubrzano uzrokujući termo staranje, ugljenjanje i gubitak performansi izolacije, što na kraju dovodi do kratkog spoja i spaljivanja zavojnice (termalni kolaps). Ova situacija uzrokuje katastrofalno oštećenje opreme.

III. Optimalna shema: Unapređenje otpornosti opreme i savršenje strategija zaštite (integrirajući standardi odabira opreme, relejnog zaštita i nadzora stanja)

• Unapređenje otpornosti opreme na kratke spojeve (u skladu s GB/T 1094.5 / IEC 60076-5)

• Zahtjevi za odabir: Prioritetno odaberite modele s visokom otpornošću na kratke spojeve verificirane strogi testiranjem otpornosti na kratke spojeve (npr. IEC 60076-5) za buduće kupnje, fokusirajući se na dizajn strukture zavojnice (pojačane štampe, aksijalni klipažni sustavi, radijalni nosači, procesi transpozicije vodova), čvrstoću materijala i proizvodne procese.

• Opcioni serijalni ograničivač struje: Instalirajte ograničivač struje u neutralnom krugu transformatora za taloženje kako bi se efektivno suzbilo amplituda i stopa porasta struja kratkog spoja, smanjujući elektrodinamičke uticaje na zavojnice. U isto vrijeme mora se provjeriti utjecaj na mod sistemskog taloženja i relejnog zaštita.

• Optimizacija konfiguracije i postavljanja relejnog zaštita (u skladu s standardima relejnog zaštita DL/T 584 / DL/T 559)

• Princip postavljanja: Postavke prekomjerne struje (nula-sekvencijska prekomrna struja, inverzna prekomrna struja) transformatora za taloženje moraju strogo biti niže od termalne i dinamičke stabilnosti opreme (izračunate prema GB/T 1094.5).

• Koordincija stupnjeva: Vremenska kašnjenja zaštite transformatora za taloženje (npr. 100A/10s) moraju pouzdano koordinirati s gornjom linijom zaštite (izlazni prekidnik). Osigurajte da linijina zaštita (nula-sekvencijski I. stupanj: 0.2s, II. stupanj: 0.7s) brzo uklanja greške taloženja na liniji, sprječavajući transformator za taloženje da podnosi nepotreban napon. Zaštita transformatora za taloženje, kao blizu rezervna, treba imati vremensko kašnjenje veće od najdužeg vremenskog kašnjenja linijine zaštite (uključujući gradaciju Δt).

• Optimizacija postavki zaštite tijela transformatora za taloženje:

• Jačanje sposobnosti brzog uklanjanja grešaka (u skladu s DL/T 584 / DL/T 559)

• Konfiguracija smjernog nula-sekvencijskog zaštita: Implementirajte i pouzdano aktivirajte smjernu nula-sekvencijsku struju zaštite (I./II. stupanj) u linijnoj zaštiti. Smjerna komponenta točno razlikuje grešne i ne-grešne linije, osiguravajući da prekidnik grešne linije pouzdano isključi unutar ≤0.2s tijekom jednofaznih grešaka taloženja, potpuno izolirajući izvor greške - to je ključna mjera zaštite za sprečavanje oštećenja transformatora za taloženje.

• Implementacija inteligentnih on-line sistema nadzora i ranog upozorenja (u skladu s standardom nadzora stanja DL/T 1709.1)

• Stvarni vremenski nadzor temperature točke topline zavojnice: Instalirajte optičke vlakna ili platinaste temperaturne senzore na ključnim pozicijama krajeva visokonaponskih zavojnica kako bi se postigao stvarni vremenski nadzor s preciznošću ±1~2°C. Postavite višestruka upozorenja (upozorenje/alarm) i pragove prekidnica (izračunate temeljem termalnih modela klase izolacije), automatski pokrećući akcije zaštite kada se premaši granica, sprečavajući termalni kolaps.

• Nadzor električnih parametara neutralne točke i alarm asimetrije: Stalno nadgledajte struju neutralne točke i pomak sustava (nula-sekvencijska naponska razlika), te konfigurirajte funkcije alarma prekomjerenja asimetrije. Kada se otkriju trajni/česti neobični električni parametri neutralne točke (indikativni za intermitentno taloženje, rezonanciju ili degradaciju izolacije), odmah emitirajte upozorenja za rano intervenciranje u grešku.

Zaključci optimizacije i preporuke za implementaciju

• Sažetak zaključaka

• Jačanje opreme: Odaberite opremu s visokom otpornošću na kratke spojeve ili instalirajte ograničivače struje kako bi se jačao elektrodinamički otpor.

• Koordincija zaštite: Precizno postavite vrijednosti zaštite (≤granične vrijednosti opreme) i osigurajte koordinciju stupnjeva sa smjernim nula-sekvencijskim zaštitom (I. stupanj ≤0.2s).

• Rano upozorenje o stanju: Implementirajte visoko precizne sustave nadzora temperature (±1~2°C) i alarme električnih parametara neutralne točke za ranu zaštitu od grešaka.

• Direktna uzroka nesreće je da elektrodinamička sila generirana strujom jednofaznog taloženja premaši mehaničke granice čvrstoće zavojnice.

• Dublji pokretači uključuju: ① Intermittentni uticaji rezultata rezonantnih prenapona u sistemu koji ubrzavaju staranje izolacije; ② Termalni kolaps uslijed energiziranja s trajnim greškama nakon udara munje.

• Sistematska optimizacija treba se fokusirati na tri aspekta:

• Preporuke za implementaciju

• Odmah implementirajte prilagodbu postavki zaštite, aktivirajte smjernu zaštitu i instalirajte sustave nadzora.

• Planirajte nadogradnje tijela opreme u kombinaciji s ciklusima životnog vijeka i rasporedima tehničkih promjena.

• Uključite ovu shemu u propise o radu i protuaccidentske mjere, strogo zabranjujući energiziranje s greškama taloženja, te temeljito istražite točke grešaka prije obnavljanja snabdevanja nakon udara munje.