Quá Điện Áp Cộng Hưởng Hệ Thống (Cộng Hưởng Ferro / Cộng Hưởng Tuyến Tính)
Sự kết hợp không đúng các tham số hệ thống (điện dung đường dây, cảm ứng PT, cảm ứng cuộn chống谐振过电压（铁磁谐振/线性谐振）：系统参数（线路电容、PT 电感、消弧线圈电感等）的不当匹配可能会触发铁磁谐振或线性谐振，产生持续过电压。这种过电压反复作用于绝缘薄弱点（老化绝缘子、避雷器、套管等），导致间歇性弧光接地或重复击穿，使接地变压器承受高频冲击电流。这不仅直接产生电动动力冲击，还加速了绕组绝缘（匝间、层间和主绝缘）的热老化和电老化，显著降低了其介电强度和机械强度，在后续冲击或正常运行下更容易发生倒塌。
闪电击中后带故障加电：当线路因雷击造成永久性接地故障时，如果未隔离故障点（例如断路器未跳闸或故障指示不明确），维护人员误恢复供电（带故障加电），迫使接地变压器连续通过工频故障电流（远超设计限值）。持续过流触发 I²Rt 焦耳热效应，导致绕组温度急剧升高超过绝缘耐受极限（例如 A 级为 105°C），迅速导致热老化、碳化和绝缘性能丧失，最终导致绕组短路烧毁（热倒塌）。这种情况对设备造成毁灭性损害。
III. 优化方案：提高设备耐受能力和完善保护策略（结合设备选型、继电保护和状态监测标准）
改进设备本体短路抗力（符合 GB/T 1094.5 / IEC 60076-5）
选型要求：优先选择经过严格短路承受试验验证的高短路抗力型号（如 IEC 60076-5）进行后续采购，重点考虑绕组结构设计（加强压板、轴向夹紧系统、径向支撑结构、换位导线工艺）、材料强度及制造工艺。
可选系列限流电抗器：在接地变压器中性点回路安装限流电抗器，有效抑制故障电流的幅值和上升率，减少绕组所受电动动力冲击。同时需验证对系统接地方式和继电保护的影响。
优化继电保护配置与整定（符合继电保护标准 DL/T 584 / DL/T 559）
整定原则：接地变压器的过流保护整定值（零序过流、反时限过流）必须严格低于设备的热稳定和动稳定限值（按 GB/T 1094.5 计算）。
级差配合：接地变压器的保护延时（如 100A/10s）必须可靠地与上游线路保护（出线断路器）协调。确保线路保护（零序 I 段：0.2s，II 段：0.7s）能够快速切除线路接地故障，防止接地变压器承受不必要的应力。接地变压器保护作为近后备，应具有大于线路保护最长延时的操作延时（包括级差 Δt）。
接地变压器本体保护整定优化：
加强故障快速切除能力（符合 DL/T 584 / DL/T 559）
方向零序保护配置：在线路保护中部署并可靠启用方向零序电流保护（I 段/II 段）。方向元件准确区分故障线路和非故障线路，确保单相接地故障时故障线路断路器在 ≤0.2s 内可靠跳闸，完全隔离故障源——这是防止接地变压器损坏的核心保护措施。
部署智能在线监测和预警系统（符合状态监测标准 DL/T 1709.1）
实时绕组热点温度监测：在高压绕组端部关键位置安装光纤或铂电阻温度传感器，实现 ±1~2℃ 的实时监测。设置多级报警（警告/警报）和跳闸阈值（基于绝缘等级热模型计算），当超过限值时自动触发保护动作，防止热倒塌。
中性点电气参数监测和不对称报警：持续监测中性点电流和系统位移电压（零序电压），并配置不对称超限报警功能。当检测到持续/频繁异常的中性点电气参数（表明间歇性接地、谐振或绝缘劣化）时，立即发出警告，进行早期故障干预。
优化结论和实施建议
结论总结
设备强化：选择高短路抗力设备或安装限流电抗器以增强电动动力耐受能力。
保护配合：精确设定保护值（≤设备耐受限值）并确保与方向零序保护（I 段 ≤0.2s）的级差配合。
状态预警：部署高精度温度监测（±1~2℃）和中性点电气参数报警系统，进行早期故障保护。
事故的直接原因是单相接地故障电流产生的电动动力超过了绕组的机械强度极限。
深层次触发因素包括：①系统谐振过电压引起的间歇性冲击加速绝缘老化；②雷击后带永久故障加电导致的热倒塌。
系统优化应集中在三个方面：
实施建议
立即实施保护整定调整、方向保护启用和监测系统安装。
结合使用寿命周期和技术改造计划规划设备本体升级。
将此方案纳入运行规程和防事故措施，严禁带接地故障加电，并在雷击后恢复供电前彻底排查故障点。
Assistant: I. Nguyên Nhân Chính Gây Hư Hỏng: Tác Động Điện Từ (Tuân theo GB/T 1094.5 / IEC 60076-5)
Nguyên nhân trực tiếp gây sụp đổ đầu cuộn dây điện áp cao là do tác động điện từ tức thời do dòng điện ngắn mạch gây ra. Khi xảy ra sự cố nối đất một pha trong hệ thống (như quá điện áp do sét, hỏng hóc cách điện, v.v.), biến áp nối đất, như đường dẫn cho dòng điện sự cố, chịu đựng dòng điện ngắn mạch có biên độ lớn và tốc độ tăng dốc nhanh. Theo định luật lực của Ampère, các dây dẫn cuộn dây chịu tác động lực điện từ hướng kính (áp suất vào) và trục (kéo/nén) trong từ trường mạnh. Nếu lực điện từ vượt quá giới hạn sức bền cơ học của cấu trúc cuộn dây (dây dẫn, đệm, tấm ép, hệ thống buộc), nó sẽ gây ra biến dạng, dịch chuyển hoặc méo mó không thể phục hồi của cuộn dây, cuối cùng biểu hiện dưới dạng sụp đổ đầu cuộn dây - một chế độ hỏng hóc điển hình của thiết bị loại biến áp dưới sự cố ngắn mạch.
II. Các Triggers Sự Cố Liên Quan: Quá Điện Áp Cộng hưởng và Nạp Điện với Sự Cố Dư (Tuân theo Tiêu chuẩn Bảo vệ Quá Điện Áp như DL/T 620 / IEC 60099)
Quá Điện Áp Cộng Hưởng Hệ Thống (Cộng Hưởng Ferro / Cộng Hưởng Tuyến Tính)
Sự kết hợp không đúng các tham số hệ thống (điện dung đường dây, cảm ứng PT, cảm ứng cuộn chống từ, v.v.) có thể kích hoạt cộng hưởng ferro hoặc cộng hưởng tuyến tính, tạo ra quá điện áp kéo dài. Quá điện áp này liên tục tác động lên các điểm yếu cách điện (cách điện cũ, arrester, bushing, v.v.), dẫn đến nối đất gián đoạn hoặc phá vỡ lặp đi lặp lại, khiến biến áp nối đất phải chịu dòng điện xung tần số cao. Điều này không chỉ tạo ra tác động điện từ trực tiếp mà còn làm tăng tốc quá trình lão hóa nhiệt và điện của cách điện cuộn dây (giữa các vòng, giữa các lớp và cách điện chính), giảm đáng kể sức mạnh điện môi và sức mạnh cơ học, làm cho nó dễ bị sụp đổ hơn dưới tác động sau đó hoặc trong quá trình vận hành bình thường.
Nạp Điện với Sự Cố Dư Sau Sét Đánh
Sau khi sét đánh gây ra sự cố nối đất vĩnh viễn trên đường dây, nếu điểm sự cố không được cách ly (ví dụ: cầu chì không nhảy hoặc chỉ báo sự cố không rõ ràng), nhân viên bảo trì vô tình khôi phục nguồn điện (nạp điện với sự cố), buộc biến áp nối đất phải liên tục truyền dòng điện sự cố tần số công nghiệp (vượt xa giới hạn thiết kế). Dòng điện quá tải kéo dài kích hoạt hiệu ứng làm nóng Joule I²Rt, làm tăng nhiệt độ cuộn dây vượt quá giới hạn chịu đựng cách điện (ví dụ: 105°C cho Lớp A), dẫn đến lão hóa nhiệt, than hóa và mất khả năng cách điện, cuối cùng gây ra ngắn mạch và cháy cuộn dây (sụp đổ nhiệt). Điều kiện này gây thiệt hại nghiêm trọng cho thiết bị.
III. Phương án Tối ưu: Tăng cường Khả năng Chịu đựng của Thiết bị và Hoàn thiện Chiến lược Bảo vệ (Tích hợp Tiêu chuẩn Chọn Thiết bị, Bảo vệ Rơ-le và Giám sát Trạng thái)
Cải thiện Khả năng Chịu đựng Ngắn mạch của Thiết bị (Tuân theo GB/T 1094.5 / IEC 60076-5)
Yêu cầu Chọn: Ưu tiên các mô hình có khả năng chịu đựng ngắn mạch cao đã được kiểm chứng qua các thử nghiệm chịu đựng ngắn mạch nghiêm ngặt (ví dụ: IEC 60076-5) cho các lần mua sau, tập trung vào thiết kế cấu trúc cuộn dây (tấm ép gia cường, hệ thống kẹp trục, cấu trúc hỗ trợ hướng kính, quy trình dây dẫn chuyển vị), sức mạnh vật liệu và quy trình sản xuất.
Cuộn Reactor Giới hạn Dòng điện Tùy chọn: Cài đặt cuộn reactor giới hạn dòng điện trong mạch trung tính của biến áp nối đất để hiệu quả kiềm chế biên độ và tốc độ tăng của dòng điện sự cố, giảm tác động điện từ lên cuộn dây. Cần xác minh đồng thời tác động lên chế độ nối đất hệ thống và bảo vệ rơ-le.
Tối ưu Hóa Cấu hình và Đặt Giá trị Bảo vệ Rơ-le (Tuân theo Tiêu chuẩn Bảo vệ Rơ-le DL/T 584 / DL/T 559)
Nguyên tắc Đặt: Giá trị bảo vệ quá dòng (quá dòng không đối xứng, quá dòng nghịch thời gian) của biến áp nối đất phải nghiêm ngặt thấp hơn giới hạn ổn định nhiệt và động của thiết bị (tính toán theo GB/T 1094.5).
Phối hợp Độ phân cấp: Thời gian bảo vệ của biến áp nối đất (ví dụ: 100A/10s) phải phối hợp đáng tin cậy với bảo vệ đường dây phía thượng lưu (cầu chì ra). Đảm bảo rằng bảo vệ đường dây (giai đoạn I không đối xứng: 0.2s, giai đoạn II: 0.7s) có thể nhanh chóng loại bỏ sự cố nối đất trên đường dây, ngăn chặn biến áp nối đất phải chịu đựng áp lực không cần thiết. Bảo vệ biến áp nối đất, như dự phòng gần, nên có thời gian hoạt động lớn hơn thời gian bảo vệ lâu nhất của bảo vệ đường dây (bao gồm độ phân cấp Δt).
Tối ưu Hóa Cài đặt Bảo vệ Thể thân Biến áp Nối đất:
Tăng cường Khả năng Loại bỏ Nhanh Sự cố (Tuân theo DL/T 584 / DL/T 559)
Cấu hình Bảo vệ Dòng không Đối xứng Hướng: Triển khai và kích hoạt đáng tin cậy bảo vệ dòng không đối xứng hướng (giai đoạn I/II) trong bảo vệ đường dây. Phần tử hướng chính xác phân biệt giữa đường dây có sự cố và không có sự cố, đảm bảo rằng cầu chì của đường dây có sự cố triệt tiêu đáng tin cậy trong ≤0.2s trong sự cố nối đất một pha, hoàn toàn cách ly nguồn sự cố - đây là biện pháp bảo vệ cốt lõi để ngăn chặn sự hư hỏng của biến áp nối đất.
Triển khai Hệ thống Giám sát Trực tuyến Thông minh và Cảnh báo Sớm (Tuân theo Tiêu chuẩn Giám sát Trạng thái DL/T 1709.1)
Giám sát Nhiệt Điểm Cuộn Dây Thực tế: Cài đặt cảm biến nhiệt quang học hoặc bạch kim tại các vị trí quan trọng của đầu cuộn dây điện áp cao để giám sát thực tế với độ chính xác ±1~2℃. Đặt nhiều mức cảnh báo (cảnh báo/cảnh cáo) và ngưỡng cắt (tính toán dựa trên mô hình nhiệt của lớp cách điện), tự động kích hoạt các hành động bảo vệ khi vượt quá giới hạn để ngăn chặn sụp đổ nhiệt.
Giám sát Các tham số Điện Trung tính và Cảnh báo Bất đối xứng: Giám sát liên tục dòng điện trung tính và điện áp dịch chuyển hệ thống (điện áp không đối xứng), và cấu hình chức năng cảnh báo quá giới hạn bất đối xứng. Khi phát hiện các tham số điện trung tính bất thường kéo dài/tần suất (chỉ ra nối đất gián đoạn, cộng hưởng, hoặc suy giảm cách điện), phát cảnh báo ngay lập tức để can thiệp sớm vào sự cố.
Kết luận Tối ưu và Đề xuất Thực hiện
Tóm tắt Kết luận
Tăng cường Thiết bị: Chọn thiết bị có khả năng chịu đựng ngắn mạch cao hoặc cài đặt cuộn reactor giới hạn dòng điện để tăng cường khả năng chịu đựng điện từ.
Phối hợp Bảo vệ: Đặt giá trị bảo vệ chính xác (≤ giới hạn chịu đựng của thiết bị) và đảm bảo phối hợp độ phân cấp với bảo vệ dòng không đối xứng hướng (giai đoạn I ≤0.2s).
Cảnh báo Trạng thái: Triển khai hệ thống giám sát nhiệt độ chính xác (±1~2℃) và hệ thống cảnh báo các tham số điện trung tính để bảo vệ sớm sự cố.
Nguyên nhân trực tiếp của tai nạn là do lực điện từ do dòng điện sự cố nối đất một pha vượt quá giới hạn sức mạnh cơ học của cuộn dây.
Nguyên nhân sâu xa bao gồm: ① Tác động gián đoạn do quá điện áp cộng hưởng hệ thống làm tăng tốc lão hóa cách điện; ② Sụp đổ nhiệt do nạp điện với sự cố vĩnh viễn sau sét đánh.
Tối ưu hóa hệ thống nên tập trung vào ba phương diện:
Đề xuất Thực hiện
Thực hiện ngay việc điều chỉnh đặt giá trị bảo vệ, kích hoạt bảo vệ hướng, và cài đặt hệ thống giám sát.
Lập kế hoạch nâng cấp thể thân thiết bị kết hợp với chu kỳ tuổi thọ và lịch trình cải tiến kỹ thuật.
Nhúng phương án này vào quy định vận hành và biện pháp chống tai nạn, nghiêm cấm nạp điện với sự cố nối đất, và điều tra kỹ điểm sự cố trước khi khôi phục nguồn điện sau sét đánh.
