Storingen in grote stroomtransformatoren: diagnose en analyse (100 MVA, 132/22 kV) – Deel 3

1. Waarom transformatorfouten belangrijk zijn in hoogspanningssystemen

 

 

100 MVA 132 kV-vermogenstransformatorenwerden in december 2025 door Scotech Electrical aan Maleisië geleverd voor een TikTok-datacenterproject. Dit artikel, opgesteld door Scotech, is speciaal bedoeld voor ingenieurs, operators en besluitvormers-die te maken hebben met grote stroomtransformatorfouten in apparatuur uit de 100 MVA-klasse, waarbij de nadruk ligt op de-realistische diagnose van transformatorstoringen, het oplossen van problemen met transformatoren, beveiligingsgedrag en analyse van transformatorstoringen. Gerelateerde referentie voor de context van de installatiefase:Pre-handleiding voor de installatiechecklist

Grote vermogenstransformatoren, zoals 100 MVA 132/22 kV-eenheden, zijn kritische infrastructuurcomponenten. Storingen in de stroomtransformator in dergelijke systemen kunnen systeembrede gevolgen hebben-, waaronder stroomonderbrekingen, downtime van datacenters en ernstige schade aan apparatuur. In extreme gevallen kunnen storingen brandgevaar, elektrische storingen, thermische overbelasting, defecte isolatie en mechanische defecten in het actieve deel van de transformator met zich meebrengen.

In dit artikel wordt uitgelegd hoe u typische transformatorstoringsmodi kunt identificeren, analyseren en erop kunt reageren op basis van echte beveiligingssignalen en praktijkpraktijken in het veld.

2. Veelvoorkomende soorten transformatorfouten

 

Transformatorstoringen kunnen worden gegroepeerd in vier technische hoofddomeinen voor de analyse van transformatorstoringen en de detectie van transformatorstoringen.

2.1 Interne elektrische fouten

Deze fouten zijn meestal ernstig en vereisen onmiddellijke probleemoplossing van de transformator.

Typische oorzaken zijn onder meer:

• Kortsluiting in de wikkeling (inter-winding of fase-naar-fase)
• Kernaardingsfouten
• Gedeeltelijke ontlading binnen isolatiesysteem

Deze houden nauw verband met de oorzaken van uitval van stroomtransformatoren en worden vaak gedetecteerd door differentiële beveiligingssystemen.

2.2 Thermische fouten

2.3 Isolatiefouten

Verslechtering van de isolatie is een van de meest voorkomende faalmechanismen op de lange- termijn bij de diagnose van transformatorstoringen.

Typische oorzaken:

• Olie-papierveroudering
• Binnendringend vocht
• Accumulatie van elektrische spanning

Deze omstandigheden leiden vaak tot alarmen voor detectie van transformatorstoringen via DGA-systemen.

2.4 Mechanische en structurele fouten

Mechanische problemen worden vaak veroorzaakt door transport, trillingen of langdurig gebruik.

Voorbeelden:

• Kronkelende verplaatsing
• Klem losmaken
• Structurele trillingsafwijkingen

Deze maken ook deel uit van de faalmodi van transformatoren die worden waargenomen bij het oplossen van problemen met veldtransformatoren.

3. Bescherming-gebaseerde diagnose van transformatorstoringen

 

Beveiligingssystemen vormen de eerste en meest kritische verdedigingslaag bij de diagnose van transformatorstoringen. Wanneer er een beveiligingssignaal optreedt, moeten ingenieurs bepalen of het een interne of externe fout is.

3.1 Werking differentieelbeveiliging

Wanneer de differentiële bescherming van de transformator in werking is, wordt dit over het algemeen beschouwd als een interne foutindicatie met hoge-betrouwbaarheid.

Typische oorzaken zijn onder meer:

• Inter{0}}wikkelingsfout of fase-naar-fasewikkeling
• Ernstige isolatiestoring in de transformatortank
• Kernaarding of abnormale kerncirculatiestroom

Bij de meeste grote vermogenstransformatoren (zoals 100 MVA-eenheden die worden gebruikt in onderstations van datacenters) wordt differentiële beschermingswerking behandeld als een kritische uitschakeltoestand.

 

Logica van veldreacties:

• Controleer de consistentie van het beveiligingssignaal (relais + monitoringsysteem)
• Controleer op externe kortsluiting- (om miscoördinatie uit te sluiten)
• Controleer op olielekkage, vervorming of abnormaal geluid
• Bekijk foutrecords en golfvormgegevens

In de meeste gevallen is onmiddellijke isolatie van de transformator vereist.

3.2 Buchholz-relais (gasrelais)

Het Buchholz-relais is een sleutelbeveiligingsapparaat voor olie-ondergedompelde transformatoren, ontworpen om interne fouten in een vroeg stadium te detecteren door gasophoping en oliestroomgedrag.

Bij lichte gasalarmomstandigheden omvatten velddiagnostische acties doorgaans het verzamelen van een gasmonster voor analyse van de samenstelling, het uitvoeren van opgeloste gasanalyse (DGA) en het controleren van oliepeil- en temperatuurtrends om te beoordelen of de abnormale toestand zich ontwikkelt of stabiel is.

 

Bij zware gastripomstandigheden wordt het onmiddellijk uitschakelen van de transformator sterk aanbevolen. Na isolatie moet een gedetailleerde DGA worden uitgevoerd, moet de relaiskamer worden geïnspecteerd op gasophoping of abnormaal mechanisch gedrag, en moet de foutgassamenstelling grondig worden geanalyseerd om het type en de ernst van de interne fout te bepalen.

 

3.3 Drukontlastingsapparaat (PRD)

Het overdrukapparaat treedt in werking wanneer de interne tankdruk snel boven de veilige ontwerplimieten stijgt. Deze toestand wordt doorgaans geassocieerd met interne fouten met hoge- energie, zoals interne vlamboogfouten, kortsluiting in wikkelingen of leidingen, of snelle ontleding van olie waardoor een grote hoeveelheid gas ontstaat.

Vanuit technisch perspectief is PRD-werking meestal een sterke indicatie van een ernstige interne transformatorstoring, vooral in grote MVA-eenheden waar de vrijgave van foutenergie aanzienlijk is.

 

In de praktijk moet de gebeurtenis worden behandeld als een potentieel kritieke mislukking. Het is noodzakelijk om te verifiëren of andere beveiligingssystemen, zoals differentiële bescherming of Buchholz-relais, ook hebben gewerkt, en om de transformator te inspecteren op tekenen van olielozing, tankvervorming of mechanische spanning. Onmiddellijke uitschakeling en elektrische isolatie moeten worden voorbereid om verdere schade of veiligheidsrisico's te voorkomen.

4. Typische foutscenario's en probleemoplossing ter plaatse

 

4.1 Transformatorbrandincident

Transformatorbrand is een van de meest kritieke noodsituaties in energiesystemen. Dit kan worden veroorzaakt door interne kortsluitingsfouten- met boogontsteking, externe ontsteking van gelekte isolatieolie, of ernstige defecten aan de bussen en aansluitingen die tot aanhoudende boogvorming leiden.

In de praktijk moeten transformatorbranden worden behandeld als volledige-systeemnoodgevallen. Onmiddellijke isolatie van alle zijden van de transformator is vereist, gevolgd door het loskoppelen van de hulpvoeding naar het koelsysteem. Brandblussystemen zoals spray- of stikstofinjectie moeten onmiddellijk worden geactiveerd om de verspreiding van de vlammen onder controle te houden. Er moet speciale aandacht worden besteed aan het voorkomen van de verspreiding van brand naar aangrenzende apparatuur. In ernstige gevallen kan gecontroleerde olieafvoer worden geëvalueerd, afhankelijk van de brandlocatie en het structurele risico.

 

4.2 Storing of explosie van de bus

 

4.3 Storing in het koelsysteem

Een storing in het koelsysteem heeft rechtstreeks invloed op de thermische stabiliteit van transformatorwikkelingen en isolatieolie. Wanneer de koelprestaties afnemen of verloren gaan, stijgt de olietemperatuur snel, versnelt de veroudering van de isolatie en kan bij hoge belasting thermische overstroming optreden.

Bij veldreacties moet eerst de stroomvoorziening en de redundantiestatus van het koelsysteem worden geverifieerd, vervolgens de werking van de ventilator en de pomp worden bevestigd en moeten de trends in de wikkelingstemperatuur voortdurend worden gecontroleerd. Als beide koelsystemen uitvallen terwijl de belasting hoog blijft, moet onmiddellijke belastingoverdracht of uitschakeling worden overwogen om oververhitting van de transformator te voorkomen.

 

4.4 Abnormaal geluid

Het akoestisch gedrag van transformatoren is een belangrijke niet-invasieve diagnostische indicator. Veranderingen in geluidspatronen weerspiegelen vaak interne elektrische of mechanische afwijkingen.

Een voortdurende toename van de brom wordt meestal geassocieerd met overbelasting of spanningsschommelingen. Knetterende of knallende geluiden kunnen duiden op gedeeltelijke ontladingsactiviteit, terwijl kokende- geluiden vaak verband houden met oververhitting van de isolatie of vochtverontreiniging. Onregelmatig mechanisch geluid kan wijzen op loszittende kern of problemen met structurele trillingen.

Akoestische monitoring wordt veel gebruikt bij de diagnose van transformatorstoringen als een vroegtijdige waarschuwingsmethode voordat er een elektrische storing optreedt.

 

4.5 Abnormale stijging van de olietemperatuur

Trends in de olietemperatuur moeten altijd worden geanalyseerd samen met de belastingsomstandigheden, de omgevingstemperatuur en de prestaties van het koelsysteem. Een geleidelijke temperatuurstijging duidt doorgaans op overbelasting of verminderde koelefficiëntie, terwijl een snelle temperatuurstijging kan duiden op interne defecten of ernstige storingen in het koelsysteem.

Continue monitoring en trendvergelijking zijn essentieel bij het oplossen van problemen met transformatoren om onderscheid te maken tussen operationele stress en zich ontwikkelende foutcondities.

 

4.6 Afwijking van het oliepeil

 

4.7 Buslekkage en gedeeltelijke ontlading

Gedeeltelijke ontlading is een typische voorbode van verslechtering van de isolatie in hoogspanningssystemen en houdt nauw verband met mechanismen voor falen van bussen. Het kan verschijnen als oppervlaktecorona, hoorbare ontladingsruis of UV-detectiesignalen.

Bovendien laat analyse van opgeloste gassen (DGA) vaak abnormale trends zien tijdens de vroege- fase van isolatiedegradatie.

Typische ondersteunende indicatoren zijn onder meer:

• UV- of infrarooddetectiesignalen
• Toename van de belangrijkste DGA-gassen
• Gelokaliseerde sporen van verwarming of oppervlakte-ontlading

Deze toestand duidt op progressief falen van de isolatie en kan, als het niet op de juiste manier wordt beheerd, tot volledige afbraak leiden.

 

5. Analyse van opgeloste gassen (DGA) voor foutdiagnose

 

Dissolved Gas Analysis (DGA) is een van de belangrijkste hulpmiddelen bij het detecteren van transformatorstoringen en het analyseren van transformatorstoringen. Het geeft inzicht in interne elektrische en thermische fouttypen op basis van de gassamenstelling in isolatieolie.

Belangrijkste gassen en interpretatie

DGA-trendanalyse is belangrijker dan afzonderlijke-puntmetingen, omdat een snelle gasgroei vaak wijst op actieve foutprogressie.

 

6. Omstandigheden die onmiddellijke uitschakeling vereisen

 

Een transformator moet onmiddellijk buiten gebruik worden gesteld als een van de volgende omstandigheden zich voordoet:

Deze omstandigheden duiden op een grote kans op ernstige interne storingen en vereisen onmiddellijke isolatie van het transformatorsysteem.

 

7. Overwegingen bij inspectie en onderhoud van transformatoren

 

Bij ernstige storingen kan interne inspectie nodig zijn om de hoofdoorzaak vast te stellen. Dit proces moet worden uitgevoerd onder gecontroleerde omgevingsomstandigheden, inclusief een beperkte luchtvochtigheid, een schone werkomgeving en strikte aardingsprocedures.

Inspectie omvat doorgaans de evaluatie van de verplaatsing van de wikkeling, de toestand van de kern, het meten van de isolatieweerstand en de identificatie van vreemde voorwerpen of mechanische vervorming in de tank.

 

8. Milieu- en levenscyclusoverwegingen

 

Gedurende de hele levenscyclus van de transformator speelt regelmatig onderhoud een cruciale rol bij het garanderen van operationele stabiliteit. Geluid, emissies en isolatieolie moeten voldoen aan de wettelijke vereisten, terwijl transformatoren aan het einde van hun levensduur op de juiste manier moeten worden gerecycled via gecertificeerde processen om gevolgen voor het milieu te voorkomen.

 

9. Voortgang van de projectinstallatie

 

10. Conclusie: van foutdetectie naar systeembetrouwbaarheid

 

Transformatorfouten kunnen niet volledig worden geëlimineerd, maar kunnen wel effectief worden beheerst door middel van de juiste interpretatie van het beveiligingssysteem, DGA-monitoring, thermische analyse en een gestructureerde onderhoudsstrategie.

Voor hoogspannings- en datacentertoepassingen bepaalt de betrouwbaarheid van transformatoren rechtstreeks de systeemcontinuïteit, waardoor foutdiagnose en preventief onderhoud essentiële componenten van de operationele veiligheid zijn.