I. Causa principale del danno: Impatto elettrodinamico (in conformità con GB/T 1094.5 / IEC 60076-5)
La causa diretta del crollo delle estremità dell'avvolgimento ad alta tensione è l'impatto elettrodinamico istantaneo indotto dalla corrente di cortocircuito. Quando si verifica un guasto di terra monofase nel sistema (ad esempio, sovratensione dovuta a fulmine, rottura dell'isolamento, ecc.), il trasformatore di terra, come percorso della corrente di guasto, subisce correnti di cortocircuito ad ampiezza elevata e con un tasso di salita rapido. Secondo la legge di Ampère, i conduttori dell'avvolgimento sono sottoposti a forze elettrodinamiche radiali (compressione verso l'interno) e assiali (tensione/compressione) in un campo magnetico intenso. Se la forza elettrodinamica supera il limite di resistenza meccanica della struttura dell'avvolgimento (conduttori, separatori, pannelli di pressione, sistemi di legatura), causerà una deformazione, spostamento o distorsione irreversibili degli avvolgimenti, manifestandosi infine come crollo delle estremità dell'avvolgimento - una tipica modalità di guasto dei dispositivi di tipo trasformatore nei guasti di cortocircuito.
II. Fattori scatenanti associati: Sovratensione risonante e alimentazione con guasti residui (in conformità con standard di protezione contro sovratensioni come DL/T 620 / IEC 60099)
Sovratensione risonante del sistema (Ferroresonanza / Risonanza lineare)
Un abbinamento improprio dei parametri del sistema (capacità della linea, induttanza del PT, induttanza della bobina di compensazione, ecc.) può scatenare ferroresonanza o risonanza lineare, generando sovratensioni persistenti. Questa sovratensione agisce ripetutamente sui punti deboli dell'isolamento (isolatori invecchiati, parafulmini, isolatori, ecc.), causando guasti di terra intermittenti o rotture ripetute, facendo sì che il trasformatore di terra subisca correnti d'impulso ad alta frequenza. Ciò non solo produce direttamente impatti elettrodinamici, ma accelera anche l'invecchiamento termico ed elettrico dell'isolamento degli avvolgimenti (tra spire, tra strati e isolamento principale), riducendone notevolmente la resistenza dielettrica e la resistenza meccanica, rendendolo più suscettibile al crollo in seguito a impatti successivi o durante l'operazione normale.
Alimentazione con guasti persistenti dopo un colpo di fulmine
Dopo che un colpo di fulmine ha causato un guasto di terra permanente sulla linea, se il punto di guasto non viene isolato (ad esempio, l'interruttore non si disconnette o l'indicazione di guasto non è chiara), il personale di manutenzione ripristina erroneamente l'alimentazione (alimentazione con guasti), costringendo il trasformatore di terra a passare continuamente corrente di guasto a frequenza di rete (ben oltre il limite di progettazione). La sovratensione continua attiva l'effetto di riscaldamento Joule I²Rt, causando un aumento rapido della temperatura dell'avvolgimento oltre il limite tollerabile dell'isolamento (ad esempio, 105°C per la classe A), portando rapidamente all'invecchiamento termico, carbonizzazione e perdita delle prestazioni isolanti, culminando in un cortocircuito e bruciatura dell'avvolgimento (crollo termico). Questa condizione causa danni devastanti all'equipaggiamento.
III. Schema di ottimizzazione: Miglioramento della tolleranza dell'equipaggiamento e perfezionamento delle strategie di protezione (integrazione di selezione dell'equipaggiamento, protezione relè e monitoraggio dello stato)
Miglioramento della resistenza ai cortocircuiti del corpo dell'equipaggiamento (in conformità con GB/T 1094.5 / IEC 60076-5)
Requisiti di selezione: privilegiare modelli a elevata resistenza ai cortocircuiti verificati tramite rigorosi test di resistenza ai cortocircuiti (ad esempio, IEC 60076-5) per gli acquisti futuri, concentrandosi sul design della struttura dell'avvolgimento (pannelli di pressione rinforzati, sistemi di blocco assiale, strutture di supporto radiale, processi di transposizione dei conduttori), resistenza dei materiali e processi di fabbricazione.
Opzionale: reattore limitatore di corrente in serie: installare un reattore limitatore di corrente nel circuito neutrale del trasformatore di terra per ridurre efficacemente l'ampiezza e il tasso di salita delle correnti di guasto, riducendo gli impatti elettrodinamici sugli avvolgimenti. È necessario verificare contemporaneamente l'impatto sulla modalità di terra del sistema e sulla protezione relè.
Ottimizzazione della configurazione e impostazione della protezione relè (in conformità con standard di protezione relè DL/T 584 / DL/T 559)
Principio di impostazione: le impostazioni di protezione contro sovratensione (sovratensione zero-sequence, sovratensione inversa temporizzata) del trasformatore di terra devono essere strettamente inferiori ai limiti di stabilità termica e dinamica dell'equipaggiamento (calcolati secondo GB/T 1094.5).
Coordinazione graduale: il ritardo di protezione del trasformatore di terra (ad esempio, 100A/10s) deve coordinarsi in modo affidabile con la protezione a monte della linea (interruttore di uscita). Assicurare che la protezione della linea (fase I zero-sequence: 0,2s, fase II: 0,7s) possa eliminare rapidamente i guasti di terra sulla linea, evitando che il trasformatore di terra subisca stress inutili. La protezione del trasformatore di terra, come riserva ravvicinata, deve avere un ritardo di azione maggiore del ritardo massimo della protezione della linea (incluso il gradiente Δt).
Ottimizzazione delle impostazioni di protezione del corpo del trasformatore di terra:
Rafforzamento della capacità di eliminazione rapida dei guasti (in conformità con DL/T 584 / DL/T 559)
Configurazione della protezione a corrente zero-sequence direzionale: distribuire e attivare in modo affidabile la protezione a corrente zero-sequence direzionale (fase I/II) nella protezione della linea. L'elemento direzionale distingue con precisione tra linee a guasto e linee non a guasto, assicurando che l'interruttore della linea a guasto si disconnetta in modo affidabile entro ≤0,2s durante i guasti di terra monofase, isolando completamente la fonte di guasto - questa è la misura di protezione fondamentale per prevenire i danni al trasformatore di terra.
Implementazione di sistemi intelligenti di monitoraggio on-line e allarme precoce (in conformità con lo standard di monitoraggio dello stato DL/T 1709.1)
Monitoraggio in tempo reale della temperatura dei punti caldi dell'avvolgimento: installare sensori di temperatura a fibra ottica o resistenze di platino in posizioni chiave alle estremità dell'avvolgimento ad alta tensione per ottenere un monitoraggio in tempo reale con precisione ±1~2°C. Impostare soglie di allarme multi-livello (avviso/allarme) e di interruzione (calcolate in base ai modelli termici della classe di isolamento), attivando automaticamente azioni di protezione quando vengono superati i limiti per prevenire il crollo termico.
Monitoraggio dei parametri elettrici del punto neutro e allarme di asimmetria: monitorare continuamente la corrente del punto neutro e la tensione di spostamento del sistema (tensione zero-sequence), e configurare funzioni di allarme per sovrapassi di asimmetria. Quando si rilevano parametri elettrici del punto neutro persistenti/frequenti anomali (indicativi di guasti di terra intermittenti, risonanza o degradazione dell'isolamento), emettere immediatamente avvisi per un intervento precoce sui guasti.
Conclusioni di ottimizzazione e raccomandazioni per l'implementazione
