Kann die Stromversorgung nach einer Fahrt mit starkem Gasverbrauch sofort wiederhergestellt werden?

—Detaillierter Prozess der Fehlergaschromatographieanalyse

Wenn das Schwergaselement eines Transformators (Buchholz-Relais-Schwergaselement) auslöst, stehen die Betreiber vor einer kritischen Frage: Kann die Stromversorgung sofort wiederhergestellt werden? Diese Entscheidung wirkt sich direkt auf die Gerätesicherheit und die Netzstabilität aus. Falsche Beurteilungen können den Fehler verschlimmern und möglicherweise zu Bränden oder Explosionen führen. Daten der globalen Energiewirtschaft zeigen, dass die blinde Wiederherstellung der Stromversorgung nach einem Schwergasausfall eine der Hauptursachen für schwere Transformatorausfälle ist. Daher muss vor dem Ergreifen jeglicher Maßnahmen eine wissenschaftliche Fehler-Gaschromatographie-Analyse (DGA) durchgeführt werden, um die Fehlerart gemäß internationalen Standards (z. B. IEC 60599, IEEE C57.104) zu bestimmen.

 Inhalt

1. Starke Gasauslösung: Ein kritischer Alarm für schwere Fehler

Das Schwergaselement ist eine zentrale nichtelektrische Schutzeinrichtung in Öltransformatoren. Seine Funktionsweise basiert auf der Gasproduktionsrate und der Strömungsgeschwindigkeit:

(1)Mechanismus:Wenn im Transformator schwere gaserzeugende Fehler (z. B. Lichtbogenbildung, extreme Überhitzung) auftreten, gelangen schnell große Mengen Gas in das Buchholzrelais und lösen den Schwergaskontakt aus.

(2)Auslösebedingung:Die Gasproduktionsrate ist extrem hoch (typischerweise > 100 ml/s) und das angesammelte Gasvolumen überwindet den mechanischen Widerstand.

(3) Angezeigte Fehler:

-Hochenergetische Entladung:Windungsschluss/Kurzschlusswicklung, unterbrochene Leitungen verursachen Lichtbögen.

-Starke Überhitzung:Kern-Mehrpunkterdung, großflächiger schlechter Kontakt.

-Intensive Ölzersetzung:Begleitet von hohen Temperaturen oder Ausfluss.

              Wichtigste Schlussfolgerung:Ein schwerer Gasauslöser = ein sich schnell entwickelnder, latenter Fehler mit hoher Energie im Inneren des Transformators. Es handelt sich dabei nicht um einen Zufall oder einen Fehlbetrieb.

2. Warum ist die Fehlergaschromatographie (DGA) unverzichtbar?

Nach einer Fahrt mit starkem Gasverbrauch ist es gefährlich und unzureichend, sich ausschließlich auf Sichtprüfungen oder einfache elektrische Tests zu verlassen. Gründe:

(1)Versteckte Fehlerstellen:Fehlerpunkte liegen oft tief in Wicklungen, Kernen oder Isolierungen, sodass eine direkte Beobachtung unmöglich ist.

(2)Kritische Gaszusammensetzung:Durch verschiedene Fehler (Entladung, Überhitzung) werden die Kohlenwasserstoffe im Transformatoröl in bestimmte Gaskombinationen zerlegt.

(3)Quantifizierung der Fehlerschwere:Gaskonzentration und Produktionsraten spiegeln die Energieniveaus und Fortschrittsstadien der Verwerfung wider.

Hauptvorteil von DGA: Durch die präzise Trennung und Erkennung von im Öl gelösten Spurengasen (auf ppm-Niveau) werden Art, Ort und Schwere des Fehlers „dekodiert“.

3. Fehlergaschromatographie-Analyse (DGA)-Prozess (Schritt-für-Schritt)

Gemäß IEEE C57.104 und IEC 60599 muss der DGA-Prozess nach einer Starkgasabschaltung streng sein:

Beispiel für eine Diagnosemethode (Rogers-Verhältnis):

(1)Grundsatz:Berechnen Sie 5 Gasverhältnisse (z. B. CH₄/H₂, C₂H₂/C₂H₄), wandeln Sie sie in 3-stellige Codes um und gleichen Sie sie mit Standardtabellen ab.

(2)Ergebnis:Bestimmt den Fehlertyp (z. B. „Überhitzung durch niedrige Temperaturen“, „Entladung mit hoher Energie“).

(3)Vorteil:Hohe Störfestigkeit.

Tabelle: Fehlertypen vs. Gassignaturen (proIEC 60599).

4. Entscheidungsbaum für die Wiederherstellung der Stromversorgung (basierend auf DGA-Ergebnissen)

● Wiederherstellung absolut verboten (sofortige interne Inspektion erforderlich):

(1)Hochenergetische Entladung (Lichtbogenbildung):Rogers-Code „102“ oder „112“ oder Duval-Dreieck in Zone 1. Risiko: Metallkurzschlüsse können Explosionen verursachen.

(2)C₂H₂ (Acetylen) > 50 ppm (neue Transformatoren) oder steigend >10 ppm/Tag. Grund:Zeigt eine Zerstörung der Isolierung an.

(3) Gesamtkohlenwasserstoffe > 1000 ppm oder steigend > 100 ppm/Tag. Grund:Der Fehler verschlimmert sich aktiv.

● Wiederherstellung nur nach vollständiger Inspektion und DGA-Überwachung:

(1) Überhitzung bei mittlerer/hoher Temperatur:Rogers-Code „022“ (Überhitzung von Kern/Klemme). Maßnahme: Erdung/lose Teile reparieren, DGA vor der Wiederherstellung erneut testen.

(2) CO/CO₂-Anstieg (nicht temperaturbedingte Ursache):Zeigt eine Alterung der Feststoffisolierung an. Maßnahme: DP-Wert prüfen. Wenn DP > 500 und Grundursache behoben ist, mit Überwachung wiederherstellen.

● Vorsichtige Wiederherstellung (seltene Fälle):

(1) Bestätigte externe Ursache (z. B. Fehlfunktion des Relais aufgrund von Vibration) + normaler DGA-Verlauf.

(2) Energiearme Entladung:Wenn der Gaspegel niedrig und stabil ist und Ultraschalltests bestätigen, dass kein Risiko besteht, Maßnahme: Befestigen Sie lose Teile vor der Wiederherstellung.

5. Über die Diagnose hinaus: Die Rolle der DGA bei der Sicherheit nach der Restauration

Die Wiederherstellung ist nicht das Ende – eine kontinuierliche DGA-Überwachung ist entscheidend:

(1)Trendverfolgung:Wöchentliche Öltests, Darstellung der Gaskonzentration im Zeitverlauf, Berechnung der Produktionsraten (ppm/Tag).

(2)Frühwarnung:Bei erneutem Anstieg von C₂H₂ oder H₂ sofort abschalten.

(3)Reparaturen überprüfen:Nach der Wartung sollte die DGA stabile/abnehmende Gaswerte anzeigen.

Formel (IEC 60599 Absolute Gasproduktionsrate):
γa = (Ct2 - Ct1) / Δt × (m / ρ)

γa: Gasproduktionsrate (ml/Tag)

Ct2, Ct1: Gaskonzentrationen zu den Zeitpunkten t2, t1 (ppm)

Δt: Tage zwischen den Tests

m: Gesamtölmasse (kg)

ρ: Öldichte (kg/m³)

Zusammenfassend

Transformatoren sind kritische Netzkomponenten, und ihre zukünftige Zuverlässigkeit hängt von den Maßnahmen nach der Abschaltung ab. DGA-Analysen, die strikte Einhaltung der IEC/IEEE-Standards und eine kontinuierliche Überwachung sind für die Sicherheit unerlässlich. Im Smart-Grid-Zeitalter sind datenbasierte Entscheidungen erfahrungsgemäßer. Nur durch die Einhaltung wissenschaftlicher Protokolle können Risiken minimiert und jeder Schließbefehl sicher und gerechtfertigt erfolgen.

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