Analýza a diagnostika chyb na proudovém transformátoru

Proudové transformátory jsou v podstanicích hojně používány a jsou klíčovým zařízením pro zajištění normálního chodu systému. Pokud dojde k poruše proudového transformátoru, může to způsobit vyhození vypínače a může dokonce vést k výpadku proudu, což má nepříznivý dopad na bezpečné a stabilní fungování elektrické sítě. Na příkladu události, kdy selhání proudového transformátoru na nízkém napětí hlavního transformátoru v podstanici 66 kV způsobilo zapnutí diferenciální ochrany hlavního transformátoru, byly prostřednictvím místní kontroly, revize testů a rozmontovacích výzkumů analyzovány a diagnostikovány příčiny selhání, a navrženy návrhy na prevenci stejného typu selhání.

1 Analýza a diagnostika selhání
1.1 Základní stav na místě
V září 2020 se na pozadí počítače provozované podstanice 66 kV aktivovala poplach, který ukazoval, že druhá sada longitudinální diferenciální ochrany číslo 2 hlavního transformátoru byla zapnuta. Vypínače na obou stranách, na vysokém i nízkém napětí číslo 2 hlavního transformátoru, byly vyhozeny, automatické opětovné zapnutí sekce bylo provedeno a vypínač sekce byl uzavřen bez ztráty zatížení. Po příjezdu na místo personál provozu a údržby podstanice prohlédl všechna relevantní zařízení a nezjistil žádné neobvyklé vzhledové změny, visící cizí objekty, spálený pach nebo známky výboje. Po příjezdu na místo personál údržby podstanice zjistil, že první sada ochrany číslo 2 hlavního transformátoru nerozpoznala diferenciální proud, pouze byla zapnuta rezervní ochrana, ale po zapnutí nedosáhla nastavené hodnoty prodlevy, a druhá sada ochrany detekovala diferenciální proud a vyhodila vypínače na obou stranách hlavního transformátoru.

1.2 Analýza příčin selhání
Nastavené hodnoty ochranného zařízení jsou uvedeny v tabulce 1 a parametry proudového transformátoru na nízkém napětí jsou uvedeny v tabulce 2. Po prohlídce bylo zjištěno, že nastavené hodnoty jsou správné a výsledky testu přesnosti vzorkování, testu poměrového brzdění, diferenciálního testu a testu druhoharmonického brzdění jsou dobré. Byla provedena revize vnějšího spojení terminálů na sekundární straně proudového transformátoru na nízkém napětí hlavního transformátoru a způsob vnějšího spojení terminálů je správný.

Analýza dat a vlnových tvarů diferenciální ochrany odhalila paralelní větev fáze A druhé sady nízkonapěťového proudového transformátoru. Pro ověření bylo na primární stranu fází A/B aplikováno 30 A. První sada ukázala správné hodnoty (A: 0,100 A, B: 0,099 A); druhá sada měla B 0,098 A, ale A 0,049 A, což naznačuje vadu fáze A.

Aplikace ~5 A na sekundární 1S1–1S2 způsobila malý proud v druhé sadě; přímá aplikace na první sadu neukázala proud v druhé, což potvrzuje správné sekundární spojení. Testy výdrže na napětí a částečného výboje transformátoru splňovaly standardy. Po odstranění vnějšího spojení fáze A ukázal interfázový izolační test 0 odpor mezi 1S2 a 2S1, což dokazuje kompletní prolomení.

Toto prolomení způsobilo paralelní větev fáze A druhé sady, což vedlo ke změřením s chybami. Před zapnutím ochrany naměřila první sada 8,021 A, druhá 4,171 A – skutečná chyba 3,850 A. Po převedení toto vytvořilo diferenciální proud 3,217 A (překračující nastavení), což způsobilo zapnutí ochrany.

1.3 Diagnóza poruchy

Rozmontováním vadného proudového transformátoru a pozorováním jeho vnitřní struktury a výrobního procesu byla odhalena hlavní příčina: během výroby jsou ocelové vodiče (s přílišným odstraněním lemového povlaku) spojeny s sekundárními terminály. I když jsou použity izolační trubky, ruční operace a omezený prostor vedou k nedostatečnému izolačnímu rozpětí mezi sekundárními vodiči. S časem dlouhotrvající expozice proudu degraduje izolaci sekundárních vinutí, což způsobuje mezivinutí a způsobuje poruchu.

2 Řešení poruchy

Byly prozkoumány proudové transformátory fází B a C ve stejném intervalu. Po ověření správné instalace/spojení a předání opakovaných převodových testů byly zachovány. Náhradní proudové transformátory (stejné specifikace, jiná série) byly nainstalovány po úspěšném projití testů, čímž byl obnoven normální provoz podstanice (dosud stabilní).

3 Návrhy a předcházející opatření

Na základě této poruchy:

• Výrobci musí posílit kontrolu výrobního procesu (např. opětovnou kontrolu kroků spojení a montáže) a uplatňovat přísné kontroly jakosti.

• Zvýšit hladiny napětí pro testy výdrže na napětí mezi vinutími během továrních inspekcí.

• Jednotky provozu a údržby by měly plánovat preventivní údržbu, skladovat náhradní díly a komplexně prozkoumat proudové transformátory stejné série – rychle nahrazovat vadné jednotky.