I. Основна причина пошкодження: електродинамічний вплив (відповідно до GB/T 1094.5 / IEC 60076-5)
Пряма причина обвалу кінців високовольтних витків — це миттєвий електродинамічний вплив, спричинений короткозамкненням струму. Коли у системі відбувається однофазне заземлення (наприклад, через перенапругу від блискавки, пробій ізоляції тощо), трансформатор заземлення, який є шляхом для струму при аварії, витримує короткозамкнення струму великої амплітуди та стрімкої наростання. Відповідно до закону Ампера, провідники витків піддаються радіальним (упору внутрішньому стисненню) та осьовим (розтягуванню/стисненню) електродинамічним силам в сильному магнітному полі. Якщо електродинамічна сила перевищує механічну міцність конструкції витків (провідники, прокладки, прижимні плити, зв'язуючі системи), це призведе до незворотного деформування, переміщення або деформації витків, що врешті-решт проявиться як обвал кінців витків — типова форма зламу трансформаторного обладнання при короткозамкненнях.
II. Пов'язані причини аварій: резонансна перенапруга та підключення енергії з залишковими дефектами (відповідно до стандартів захисту від перенапруг, таких як DL/T 620 / IEC 60099)
Системна резонансна перенапруга (ферорезонанс / лінійний резонанс)
Неправильне зіставлення параметрів системи (ємність лінії, індуктивність PT, індуктивність дугогасительного контура тощо) може спричинити ферорезонанс або лінійний резонанс, що призводить до тривалої перенапруги. Ця перенапруга повторно діє на слабкі точки ізоляції (пошкоджені ізолятори, грозозахисні пристрої, втулки тощо), що призводить до перерваних дугових заземлень або повторних пробоїв, що заставляє трансформатор заземлення витримувати високочастотні ударні струми. Це не тільки безпосередньо викликає електродинамічні впливи, але й прискорює теплове та електричне старіння ізоляції витків (міжвиткової, міжшарової та основної), значно знижуючи її диелектричну та механічну міцність, що робить її більш підданою обвалу під час наступних впливів або нормальної роботи.
Підключення енергії зі збереженими дефектами після удару блискавки
Після того, як удар блискавки спричинив постійне заземлення на лінії, якщо точку дефекту не ізольовано (наприклад, автоматичний випадач не відключився або показник дефекту неясний), обслуговуючі особи помилково відновлюють живлення (підключення енергії з дефектами), що заставляє трансформатор заземлення постійно пропускати струм мережевої частоти (що набагато перевищує проектні обмеження). Тривалий надмірний струм запускає ефект Джоула I²Rt, що призводить до різкого підвищення температури витків за межі терпимості ізоляції (наприклад, 105°C для класу A), що швидко призводить до теплового старіння, карбонізації та втрати ізоляційних властивостей, що врешті-решт призводить до короткозамкнення витків та їх спалахування (термічний обвал). Цей стан завдає загального завдання обладнанню.
III. Схема оптимізації: підвищення стійкості обладнання та удосконалення стратегій захисту (інтеграція стандартів вибору обладнання, реле-захисту та моніторингу стану)
Покращення стійкості обладнання до короткозамкнень (відповідно до GB/T 1094.5 / IEC 60076-5)
Вимоги до вибору: У подальших закупівлях віддавайте перевагу моделям з високою стійкістю до короткозамкнень, перевіреним строгими тестами на витримання короткозамкнень (наприклад, IEC 60076-5), з акцентом на конструкцію витків (усилені прижимні плити, осьові зажимні системи, радіальні підтримуючі конструкції, процеси перестановки провідників), міцність матеріалів та технології виробництва.
Опціональний серійний реактор обмеження струму: Встановіть реактор обмеження струму в нейтральному контурі трансформатора заземлення, щоб ефективно знижувати амплітуду та швидкість наростання струмів аварій, зменшуючи електродинамічні впливи на витки. Вплив на режим заземлення системи та реле-захист повинен бути перевірений одночасно.
Оптимізація конфігурації та налаштування реле-захисту (відповідно до стандартів реле-захисту DL/T 584 / DL/T 559)
Принцип налаштування: Налаштування захисту від надмірного струму (нульовий послідовний надмірний струм, обернено-часовий надмірний струм) трансформатора заземлення повинні бути строго нижчими за термічні та динамічні стійкості обладнання (обчислені відповідно до GB/T 1094.5).
Координування градацій: Часове затримки захисту трансформатора заземлення (наприклад, 100A/10s) повинно надійно координуватися з верхньою лінійною захистою (вихідний автоматичний випадач). Забезпечте, щоб лінійний захист (нульовий етап I: 0.2с, етап II: 0.7с) швидко виправляв заземлення на лінії, запобігаючи тому, щоб трансформатор заземлення не витримував непотрібні навантаження. Захист трансформатора заземлення, як близький резерв, повинен мати часове затримки більше за найдовшу затримку лінійного захисту (включаючи градаційну Δt).
Оптимізація налаштувань захисту трансформатора заземлення:
Покращення здатності до швидкого виправлення дефектів (відповідно до DL/T 584 / DL/T 559)
Конфігурація напрямкового нульового послідовного захисту: Розгорніть та надійно активуйте напрямковий нульовий послідовний струмовий захист (етап I/II) в лінійному захисті. Елемент напрямку точно розрізняє між дефектними та недефектними лініями, забезпечуючи надійне відключення автоматичного випадача дефектної лінії протягом ≤0.2с під час однофазного заземлення, повністю ізольуючи джерело дефекту — це ключова захисна міра, щоб запобігти пошкодженню трансформатора заземлення.
Розгорнення інтелектуальних систем онлайн-моніторингу та раннього попередження (відповідно до стандарту моніторингу стану DL/T 1709.1)
Моніторинг температури гарячих точок витків в реальному часі: Встановіть оптичні волоконні або платинові резисторні температурні сенсори на ключових позиціях кінців високовольтних витків, щоб досягти моніторингу в реальному часі з точністю ±1~2°C. Встановіть багаторівневі попередження (попередження/тревога) та пороги відключення (обчислені на основі теплових моделей класу ізоляції), автоматично запускаючи захисні дії при перевищенні меж, щоб запобігти термічному обвалу.
Моніторинг електричних параметрів нейтральної точки та попередження про асиметрію: Постійно моніторуйте струм нейтральної точки та системну зміщену напругу (нульову послідовну напругу) та налаштуйте функції попередження про перевищення асиметрії. При виявленні постійних/частих аномальних електричних параметрів нейтральної точки (що вказує на перерваний заземлення, резонанс або вироблення ізоляції) видавайте немедленні попередження для раннього втручання у дефект.
Висновки та рекомендації щодо впровадження оптимізації
