I. Основная причина повреждения: электродинамическое воздействие (соответствует GB/T 1094.5 / IEC 60076-5)
Прямая причина обрушения концов высоковольтных обмоток - это мгновенное электродинамическое воздействие, вызванное током короткого замыкания. Когда в системе происходит однофазное заземление (например, вследствие перенапряжения от молнии, пробоя изоляции и т.д.), заземляющий трансформатор, как путь для тока короткого замыкания, подвергается воздействию токов короткого замыкания с высокой амплитудой и крутым фронтом. Согласно закону Ампера, проводники обмотки подвергаются радиальным (внутренним сжатием) и осевым (растяжению/сжатию) электродинамическим силам в сильном магнитном поле. Если электродинамическая сила превышает механический предел прочности конструкции обмотки (проводники, прокладки, прижимные пластины, системы крепления), это приводит к необратимому деформированию, смещению или искажению обмоток, что в конечном итоге проявляется как обрушение концов обмоток - типичный режим отказа трансформаторного оборудования при коротком замыкании.
II. Связанные причины отказов: резонансное перенапряжение и включение с остаточными неисправностями (соответствует стандартам защиты от перенапряжений, таким как DL/T 620 / IEC 60099)
Резонансное перенапряжение в системе (феррорезонанс / линейный резонанс)
Неправильное сочетание параметров системы (емкость линии, индуктивность ПТ, индуктивность дросселя, и т.д.) может вызвать феррорезонанс или линейный резонанс, генерируя устойчивое перенапряжение. Это перенапряжение многократно воздействует на слабые места изоляции (старые изоляторы, ограничители перенапряжения, вводы и т.д.), вызывая периодические дуговые заземления или повторные пробои, заставляя заземляющий трансформатор выдерживать импульсные токи высокой частоты. Это не только напрямую создает электродинамическое воздействие, но и ускоряет тепловое и электрическое старение изоляции обмоток (межвитковой, межслоевой и основной изоляции), значительно снижая ее диэлектрическую и механическую прочность, делая более восприимчивой к обрушению при последующих воздействиях или нормальной эксплуатации.
Включение с постоянными неисправностями после удара молнии
После того, как удар молнии вызывает постоянное заземление линии, если точка неисправности не изолирована (например, выключатель не срабатывает или указание на неисправность нечеткое), технический персонал ошибочно восстанавливает питание (включение с неисправностями), заставляя заземляющий трансформатор непрерывно пропускать токи сети (значительно превышающие проектные пределы). Непрерывный переток тока вызывает эффект нагрева по формуле I²Rt, что приводит к резкому повышению температуры обмоток выше допустимых пределов изоляции (например, 105°C для класса A), быстро вызывая термическое старение, карбонизацию и потерю изоляционных свойств, в конечном итоге приводя к короткому замыканию и перегоранию обмоток (термическое обрушение). Это состояние наносит разрушительный ущерб оборудованию.
III. Оптимизация схемы: повышение стойкости оборудования и совершенствование стратегий защиты (интеграция стандартов выбора оборудования, релейной защиты и мониторинга состояния)
Улучшение стойкости оборудования к коротким замыканиям (соответствует GB/T 1094.5 / IEC 60076-5)
Требования к выбору: При последующих закупках следует отдавать предпочтение моделям с высокой стойкостью к коротким замыканиям, проверенным строгими испытаниями на стойкость к коротким замыканиям (например, IEC 60076-5), с акцентом на конструкцию обмоток (усиленные прижимные пластины, осевые зажимные системы, радиальные опорные структуры, процессы перемещения проводников), прочность материалов и производственные процессы.
Опциональный реактор ограничения тока: Установите реактор ограничения тока в нейтральном контуре заземляющего трансформатора, чтобы эффективно подавить амплитуду и скорость нарастания токов короткого замыкания, снижая электродинамическое воздействие на обмотки. Одновременно необходимо проверить влияние на режим заземления системы и релейную защиту.
Оптимизация конфигурации и настройки релейной защиты (соответствует стандартам релейной защиты DL/T 584 / DL/T 559)
Принцип настройки: Настройки защиты от перегрузки (нулевая последовательность, обратно-временная перегрузка) заземляющего трансформатора должны быть строго ниже термических и динамических пределов стойкости оборудования (расчет по GB/T 1094.5).
Координация ступеней: Время задержки защиты заземляющего трансформатора (например, 100А/10с) должно надежно согласовываться с защитой верхнего уровня (выходной выключатель). Обеспечьте, чтобы защита линии (нулевая последовательность, стадия I: 0.2с, стадия II: 0.7с) могла быстро устранять заземления на линии, предотвращая ненужное воздействие на заземляющий трансформатор. Защита заземляющего трансформатора, как ближайшая резервная, должна иметь время срабатывания, превышающее самое длинное время срабатывания защиты линии (включая координацию Δt).
Оптимизация настроек защиты заземляющего трансформатора:
Усиление способности быстрого устранения неисправностей (соответствует DL/T 584 / DL/T 559)
Конфигурация направленной нулевой последовательности защиты: Разверните и надежно активируйте направленную нулевую последовательность тока защиты (стадия I/II) в защите линии. Элемент направления точно различает линии с неисправностями и без, обеспечивая надежное срабатывание выключателя на неисправной линии в течение ≤0.2с при однофазных заземлениях, полностью изолируя источник неисправности - это ключевая мера защиты, предотвращающая повреждение заземляющего трансформатора.
Развертывание интеллектуальных систем онлайн-мониторинга и раннего предупреждения (соответствует стандарту мониторинга состояния DL/T 1709.1)
Мониторинг температуры горячих точек обмоток в реальном времени: Установите оптоволоконные или платиновые резистивные датчики температуры в ключевых местах концов высоковольтных обмоток, чтобы обеспечить мониторинг с точностью ±1~2°C. Установите многоуровневые сигналы тревоги (предупреждение/тревога) и пороги срабатывания (рассчитанные на основе термических моделей классов изоляции), автоматически запуская защитные действия при превышении пределов, чтобы предотвратить термическое обрушение.
Мониторинг электрических параметров нейтральной точки и предупреждение о несимметрии: Непрерывно мониторьте ток нейтральной точки и смещение напряжения системы (нулевая последовательность напряжения), и настройте функции предупреждения о превышении предела несимметрии. При обнаружении постоянных/частых аномалий в электрических параметрах нейтральной точки (что указывает на интермиттирующее заземление, резонанс или деградацию изоляции) немедленно выдавайте предупреждения для раннего вмешательства.
Заключения по оптимизации и рекомендации по внедрению
