I. Podstawowa Przyczyna Uszkodzenia: Elektrodynamyczny Wpływ (Zgodnie z GB/T 1094.5 / IEC 60076-5)
Bezpośrednim powodem zawalenia końców zwinięcia wysokiego napięcia jest momentowy elektrodynamiczny wpływ wywołany przez prąd zwarciowy. Gdy w systemie wystąpi awaria jednofazowego uziemienia (np. przepięcie spowodowane piorunem, przebicie izolacji itp.), transformator uziemiający, będący ścieżką prądu zwarciowego, podlega działaniu prądów zwarciowych o wysokiej amplitudzie i stromym nachyleniu. Zgodnie z prawem siły Ampère'a, przewodniki zwinięć są poddawane siłom elektrodynamicznym promieniowym (wewnętrzne ściskanie) i osiowym (ciąg/ciśnienie) w silnym polu magnetycznym. Jeśli siła elektrodynamiczna przekracza granicę wytrzymałości mechanicznej struktury zwinięcia (przewodniki, przegrody, płyty ciśnienia, systemy wiązań), powoduje to nieodwracalne deformacje, przemieszczenia lub zniekształcenia zwinięć, co ostatecznie objawia się jako zawalenie końców zwinięcia – typowy tryb uszkodzenia sprzętu typu transformatorowego podczas awarii zwarciowych.
II. Powiązane Przyczyny Awarii: Rezonansowe Przeciążenia Napięciowe i Energizacja z Ustalonymi Awariami (Zgodnie ze Standardami Ochrony Przed Przeciążeniami Napięciowymi takimi jak DL/T 620 / IEC 60099)
Systemowe Rezonansowe Przeciążenia Napięciowe (Ferrorezonans / Liniowy Rezonans)
Nieodpowiednie dopasowanie parametrów systemu (pojemność linii, indukcyjność PT, indukcyjność cewki zgaszeniowej, itp.) może wywołać ferrorezonans lub liniowy rezonans, generując trwałe przeciążenia napięciowe. To przeciążenie napięciowe wielokrotnie działa na słabe punkty izolacji (starzejące się izolatory, ograniczniki, gniazda, itp.), prowadząc do okresowego zwarciowego uziemienia lub powtarzających się przebić, powodując, że transformator uziemiający podlega działaniu impulsów wysokiej częstotliwości. To nie tylko bezpośrednio powoduje wpływy elektrodynamiczne, ale także przyspiesza termiczne i elektryczne starzenie się izolacji zwinięcia (międzyobrotowej, międzywarstwowej i głównej), znacznie obniżając jej wytrzymałość dielektryczną i mechaniczną, czyniąc ją bardziej podatną na zawalenie pod wpływem kolejnych oddziaływań lub normalnej eksploatacji.
Energizacja z Ustalonymi Awariami po Uderzeniu Pioruna
Po uderzeniu pioruna, które powoduje stałą awarię uziemienia w linii, jeśli punkt awarii nie zostanie odizolowany (np. wyłącznik nie odpali lub wskaźnik awarii jest niejasny), personel serwisowy błędnie przywraca zasilanie (energizacja z ustalonymi awariami), zmuszając transformator uziemiający do ciągłego przepuszczania prądu sieciowego (daleko przekraczającego granice projektowe). Trwały nadprąd wywołuje efekt grzewczy I²Rt, powodując szybkie podniesienie temperatury zwinięcia ponad tolerancję izolacji (np. 105°C dla klasy A), co prowadzi do szybkiego starzenia termicznego, węglowania i utraty właściwości izolacyjnych, ostatecznie powodując zwarciowe zwinięcia i spalanie (termiczne zawalenie). Ta sytuacja powoduje katastrofalne uszkodzenia sprzętu.
III. Optymalizacja Rozwiązania: Wzmocnienie Wytrzymałości Sprzętu i Doskonalenie Strategii Ochrony (Integracja Wyboru Sprzętu, Ochrony Relacyjnej i Standardów Monitorowania Stanu)
Wzrost Wytrzymałości Zwinięć na Zwarciowe (Zgodnie z GB/T 1094.5 / IEC 60076-5)
Wymagania Wyboru: Priorytetowo wybieraj modele o wysokiej wytrzymałości na zwarciowe, zweryfikowane przez surowe testy wytrzymałości zwarciowej (np. IEC 60076-5) dla kolejnych zakupów, koncentrując się na projekcie struktury zwinięć (wzmocnione płyty ciśnienia, systemy zaciskowe osiowe, struktury podtrzymujące promieniowo, procesy przestawiania przewodników), wytrzymałości materiałów i procesach produkcji.
Opcjonalny Seriowy Reaktor Ograniczający Prąd: Zainstaluj reaktor ograniczający prąd w obwodzie neutralnym transformatora uziemiającego, aby skutecznie tłumić amplitudę i tempo wzrostu prądów zwarciowych, zmniejszając wpływy elektrodynamiczne na zwinięcia. Wpływ na tryb uziemienia systemu i ochronę relacyjną musi być jednocześnie zweryfikowany.
Optymalizacja Konfiguracji i Ustawień Ochrony Relacyjnej (Zgodnie ze Standardami Ochrony Relacyjnej DL/T 584 / DL/T 559)
Zasada Ustawień: Ustawienia ochrony nadprądowej (nadprąd zerowy, nadprąd odwrotnie proporcjonalny) transformatora uziemiającego muszą być ściśle niższe niż granice termicznej i dynamicznej stabilności sprzętu (obliczone według GB/T 1094.5).
Koordynacja Gradacji: Czas opóźnienia ochrony transformatora uziemiającego (np. 100A/10s) musi niezawodnie współgrać z ochroną górnostronną linii (wyłącznik wychodzący). Upewnij się, że ochrona linii (etap I zerowy: 0,2s, etap II: 0,7s) może szybko likwidować zwarciowe uziemienia na linii, zapobiegając niepotrzebnemu obciążeniu transformatora uziemiającego. Ochrona transformatora uziemiającego, jako bliska ochrona zapasowa, powinna mieć czas opóźnienia działania większy niż najdłuższe opóźnienie ochrony linii (w tym gradacja Δt).
Optymalizacja Ustawień Ochrony Transformatora Uziemiającego:
Wzmocnienie Szybkiego Usuwania Awarii (Zgodnie z DL/T 584 / DL/T 559)
Konfiguracja Kierunkowej Ochrony Zerowej: Zastosuj i niezawodnie aktywuj kierunkową ochronę zerowego prądu (etap I/II) w ochronie linii. Element kierunkowy precyzyjnie rozróżnia awaryjne i nieawaryjne linie, zapewniając, że wyłącznik awaryjnej linii bezpiecznie odpali w ciągu ≤0,2s podczas zwarciowego uziemienia jednofazowego, całkowicie izolując źródło awarii – jest to kluczowa miara ochronna zapobiegająca uszkodzeniu transformatora uziemiającego.
Wdrożenie Inteligentnych Systemów On-Line Monitorowania i Wczesnego Ostrzegania (Zgodnie ze Standardem Monitorowania Stanu DL/T 1709.1)
Monitorowanie w Czasie Rzeczywistym Temperatury Gorących Punktów Zwinięć: Zainstaluj czujniki temperatury światłowodowe lub platynowe w kluczowych pozycjach końców zwinięć wysokiego napięcia, aby osiągnąć monitorowanie w czasie rzeczywistym z dokładnością ±1~2°C. Ustaw wielopoziomowe alarmy (ostrzeżenie/alert) i progi wyłączania (obliczone na podstawie modeli termicznych klasy izolacji), automatycznie wyzwalając działania ochronne, gdy zostaną przekroczone granice, aby zapobiec zawaleniu termicznemu.
Monitorowanie Parametrów Elektrycznych Punktu Neutralnego i Alarm Asymetrii: Ciągle monitoruj prąd punktu neutralnego i przesunięcie napięcia systemu (napięcie zerowe), a także skonfiguruj funkcje alarmu przekroczenia asymetrii. Gdy wykryto trwałe/częste nietypowe parametry elektryczne punktu neutralnego (wskazujące na okresowe uziemienia, rezonans lub degradację izolacji), natychmiast wydaj ostrzeżenia, aby umożliwić wcześniejszą interwencję przy awarii.
Podsumowanie Optymalizacji i Rekomendacje Wdrożeniowe
Podsumowanie Wyników
Wzmocnienie Sprzętu: Wybierz sprzęt o wysokiej wytrzymałości zwarciowej lub zainstaluj reaktory ograniczające prąd, aby zwiększyć wytrzymałość elektrodynamiczną.
Koordynacja Ochrony: Dokładnie ustaw wartości ochronne (≤granice wytrzymałości sprzętu) i upewnij się, że są one koordynowane z kierunkową ochroną zerową (etap I ≤0,2s).
Wczesne Ostrzeganie o Stanie: Wdrożenie monitorowania temperatury o wysokiej precyzji (±1~2°C) i systemów alarmowych parametrów elektrycznych punktu neutralnego, aby umożliwić wczesną ochronę przed awariami.
Bezpośrednia przyczyna wypadku polega na tym, że siła elektrodynamiczna generowana przez prąd zwarciowy uziemienia jednofazowego przekracza granicę wytrzymałości mechanicznej zwinięć.
Głębokie przyczyny obejmują: ① Okresowe oddziaływania wywołane przez rezonansowe przeciążenia napięciowe systemu, przyspieszające starzenie izolacji; ② Zawalenie termiczne spowodowane energizacją z ustalonymi awariami po uderzeniu pioruna.
Systematyczna optymalizacja powinna skupić się na trzech aspektach:
Rekomendacje Wdrożeniowe
Natychmiastowe wprowadzenie dostosowań ustawień ochrony, aktywacja kierunkowej ochrony i instalacja systemów monitorowania.
Planowanie modernizacji sprzętu wraz z cyklami życia i harmonogramami technologicznymi.
Włączenie tego rozwiązania do regulaminów eksploatacji i środków zapobiegających wypadkom, surowo zabraniających energizacji z uziemionymi awariami, oraz dokładnego badania punktów awarii przed przywróceniem zasilania po uderzeniu pioruna.
