Analiza grešaka i optimizacija dizajna konvencionalnih transformatora za zemlju

I. Osnovna uzročna šteta: Elektrodinamički uticaj (u skladu sa GB/T 1094.5 / IEC 60076-5)

Direktna uzročna šteta kolačišta visokonaponskih zavojnica je trenutni elektrodinamički uticaj indukovani strujom kratkog spoja. Kada se u sistemu desi jednofazni taložni poremećaj (poput prekomjernih napona od munjice, rušenje izolacije itd.), taložni transformator, kao putanja struje greške, podnosi visoke amplitudne i brzo rastuće struje kratkog spoja. Prema Amperovom zakonu sile, vodovi zavojnice podliježu radijalnim (unutrašnjim pritiskom) i aksijalnim (vucenju/pritisku) elektrodinamičkim silama u jakom magnetnom polju. Ako elektrodinamička sila premaši mehaničku granicu čvrstoće strukture zavojnice (vodovi, razmakivači, press ploče, vezivi sustavi), doći će do neobrativih deformacija, pomaka ili iskrivljenja zavojnice, što će se na kraju manifestirati kao kolačište zavojnice - tipičan način otkaza opreme tipa transformatora pri poremećajima kratkog spoja.

II. Povezani pokretači grešaka: Rezonantni prekomjeri naponi i energizacija sa ostalim greškama (u skladu sa standardima za zaštitu od prekomjera, poput DL/T 620 / IEC 60099)

• Rezonantni prekomjeri naponi u sistemu (ferorezonancija / linearna rezonancija)
  Neprikladno podudaranje parametara sistema (kapacitet linije, induktivnost PT, induktivnost koila za potiskivanje lukova, itd.) može pokrenuti ferorezonanciju ili linearnu rezonanciju, generišući trajne prekomjere napon. Ovi prekomjeri neprestano deluju na slabe tačke izolacije (stare izolatori, ograničivači, bušene glave, itd.), dovodeći do intermitentnih luka taloženja ili ponovljene rušenja, čime taložni transformator podnosi visokofrekventne udarne struje. To ne samo direktno proizvodi elektrodinamičke uticaje, već ubrzava termalno i električno starenje izolacije zavojnice (međuvodske, međuslojne i glavne izolacije), znatno smanjujući njenu dielektričnu i mehaničku čvrstoću, čineći je osjetljivijom na kolačište pod nadolazećim udarcima ili normalnom radu.

• Energizacija sa trajnim greškama nakon udara munje
  Nakon što udar munje uzrokuje trajnu taložnu grešku na liniji, ako se mesto greške ne izoluje (npr. prekidnik se ne otvori ili indikacija greške nije jasna), održavajući personel pogrešno obnovljuje snabdevanje (energizacija sa greškama), prisiljavajući taložni transformator da stalno propušta struju frekvencije mreže (daleko iznad projektovanog ograničenja). Trajna prekomjerna struja pokreće I²Rt Jouleov efekat zagrijavanja, dovodeći do brzog porasta temperature zavojnice iznad granice izolacije (npr. 105°C za klasu A), brzo dovodeći do termalnog starenja, ugljenovanja i gubitka performansi izolacije, što na kraju dovodi do kratkog spoja i spaljivanja zavojnice (termalno kolačište). Ova situacija dovodi do opsežne štete opremi.

III. Optimalna shema: Jačanje otpornosti opreme i unapređenje strategija zaštite (integracija standarda za odabir opreme, relejnog zaštita i monitoring stanja)

• Unapređenje otpornosti na kratki spoj tela opreme (u skladu sa GB/T 1094.5 / IEC 60076-5)

• Zahtevi za odabir: Prioritet dajte modelima visoke otpornosti na kratki spoj verifikovanim strogi testiranjem (npr. IEC 60076-5) za buduće nabave, fokusirajući se na dizajn strukture zavojnice (pojačane press ploče, aksijalni vezivi sustavi, radijalni podržavajući strukturi, procesi transpozicije voda), čvrstoću materijala i proizvodne procese.

• Opcionalni serijni ograničivač struje: Instalirajte ograničivač struje u neutralnom krugu taložnog transformatora kako bi efektivno suzbili amplitudu i stopu porasta struje greške, smanjujući elektrodinamičke uticaje na zavojnicu. U isto vrijeme mora se provjeriti uticaj na mod reza mreže i relejnu zaštitu.

• Optimizacija konfiguracije i postavljanja relejne zaštite (u skladu sa standardima za relejnu zaštitu DL/T 584 / DL/T 559)

• Princip postavljanja: Postavke prekomjerne struje (nulto-redna prekomjer, obrnuto-vremenska prekomjer) taložnog transformatora moraju strogo biti niže od termalnih i dinamičkih granica čvrstoće opreme (računata prema GB/T 1094.5).

• Koordincija stupnjeva: Vremenska kašnjenja zaštite taložnog transformatora (npr. 100A/10s) moraju pouzdano koordinirati sa zaštitom linije iznad (izlazni prekidnik). Osigurajte da zaštita linije (nulto-redni I stepen: 0.2s, II stepen: 0.7s) brzo eliminira taložne greške na liniji, sprečavajući taložni transformator od nepotrebnog stresa. Zaštita taložnog transformatora, kao blizu rezervna, treba imati operativno vremensko kašnjenje veće od najdužeg vremenskog kašnjenja zaštite linije (uključujući gradaciju Δt).

• Optimizacija postavki zaštite tela taložnog transformatora:

• Jačanje sposobnosti brzog eliminisanja grešaka (u skladu sa DL/T 584 / DL/T 559)

• Konfiguracija orijentacione nulto-redne zaštite: Instalirajte i pouzdano aktivirajte orijentacionu nulto-rednu struju zaštitu (I/II stepen) u zaštiti linije. Element smjera precizno razlikuje grešne i ne-grešne linije, osiguravajući da prekidnik grešne linije pouzdano otvori unutar ≤0.2s tokom jednofaznih taložnih poremećaja, potpuno izolirajući izvor greške - ovo je ključna mera zaštite za sprečavanje oštećenja taložnog transformatora.

• Instaliranje inteligentnih on-line sistema za monitoring i ranu upozorbu (u skladu sa standardom za monitoring stanja DL/T 1709.1)

• Realno vreme monitoringa temperature točke toplote zavojnice: Instalirajte senzore temperature od vlaknenog optičkog kabla ili platinske otporne temperature na ključnim pozicijama kolačišta visokonaponskih zavojnica kako bi se dostigao realno-vremenski monitoring sa ±1~2℃ preciznošću. Postavite više nivoa alarmiranja (upozorenje/trešetak) i pragove prekidnog djelovanja (računati na temelju termalnih modela klase izolacije), automatski pokrećući zaštitne akcije kada se premaši granica, sprečavajući termalno kolačište.

• Monitoring električnih parametara neutralne tačke i alarm asimetrije: Kontinuirano pratite struju neutralne tačke i sistemsku pomaknutu naponsku razliku (nulto-redni napon), i konfigurišite funkcije alarma prekomjere asimetrije. Kada se detektuju trajni/česti anomalni električni parametri neutralne tačke (indikativni intermitentnog taloženja, rezonancije ili degradacije izolacije), odmah emitujte upozorbe za ranu intervenciju greške.

Zaključci optimizacije i preporuke za implementaciju

• Sažetak zaključaka

• Jačanje opreme: Odaberite opremu visoke otpornosti na kratki spoj ili instalirajte ograničivače struje kako biste jačali elektrodinamičku otpornost.

• Koordincija zaštite: Precizno postavite vrednosti zaštite (≤granice otpornosti opreme) i osigurajte gradaciju koordinacije sa orijentacionom nulto-rednom zaštitom (I stepen ≤0.2s).

• Rana upozorba o stanju: Instalirajte monitoring visoke preciznosti temperature (±1~2℃) i sistem alarma električnih parametara neutralne tačke za ranu zaštitu grešaka.

• Direktna uzročna šteta događaja je da elektrodinamička sila generisana strujom jednofaznog taložnog poremećaja premaši mehaničku granicu čvrstoće zavojnice.

• Dublji pokretači uključuju: ① Intermittentni uticaji rezultanta rezonantnih prekomjera napon u sistemu koji ubrzavaju starenje izolacije; ② Termalno kolačište zbog energizacije sa trajnim greškama nakon udara munje.

• Sistematska optimizacija treba da se fokusira na tri aspekta:

• Preporuke za implementaciju

• Odmah implementirajte prilagodbu postavki zaštite, aktivaciju orijentacione zaštite i instalaciju sistema monitoringa.

• Planirajte nadogradnje tela opreme u skladu sa ciklusima životne dobi i rasporedom tehničkih transformacija.

• Uključite ovaj plan u regulative rada i mere protiv nesreća, strogo zabranjujući energizaciju sa taložnim greškama, i detaljno istražite tačke greške prije vraćanja snabdevanja nakon udara munje.