Způsob provozu pro PT rezonanci v přepážkové stanici GIS 500kV

1. Příčiny rezonance

500kV GIS přepážková stanice je navržena podle principu “inteligence primárního zařízení a síťování sekundárního zařízení”. Vysoké napětí PT nemá odpojovač a je přímo spojeno s sběrnou GIS. Analýzou záznamů o chybách bylo zjištěno, že při otevření vypínače 5021 tvoří kapacitance trhliny a PT sériový obvod. Navíc po paralelním zapojení induktivity PT ukazuje sběrné napětí induktivní charakteristiky. Kapacitance je narušena, což vyvolá rezonanci.

Nasycený proud trvá více než 1 hodinu a 40 minut, což může způsobit ohřev a poškození PT. Ekviivalentní obvod zahrnuje napětí zdroje (Es), vypínač (CB), kapacitance trhliny (Cs), kapacitance sběrny k zemi (Ce) a odpor a induktivitu primární cívky PT (Re, Lcu).

Pro vyšetření příčiny byla druhá linka odpojena. Kontrola izolačního odporu PT, stejnosměrného odporu a tlaku plynu SF₆ neodhalila žádné anomálie. Protože elektromagnetické PT je nelineární induktor s železným jádrem a součásti GIS zařízení mají kapacitivní charakteristiku, v určitých scénářích splňuje LC sériový obvod podmínky pro rezonanci, což vedlo k trvalé rezonanci.

2. Vědecké řešení potlačení rezonance
2.1 Návrh řešení

PT rezonance je běžná v 500kV GIS přepážkových stanicích. Průměr feromagnetických materiálů se mění s vnějším magnetickým polem: s rostoucím magnetickým polem → roste magnetická intenzita. Po nasycení dosáhne průměr maximální hodnoty. S dalším růstem průměr klesá. Podle vzorce indukce cívky:

(N je počet závitů, μ je průměr, S je ekvivalentní plocha průřezu magnetického okruhu a l_m je ekvivalentní délka magnetického okruhu), počet závitů a parametry magnetického okruhu elektromagnetického PT jsou konstantní a induktivita má lineární vztah k průměru; když je železné jádro nasyceno, průměr prudce klesá, induktivita se zmenšuje a ukazuje nelineární charakteristiky. Pokud se v obvodu objeví nízkofrekvenční napětí, železné jádro PT je nasyceno, ekvivalentní induktivita klesá a proud namagnetovalní cívky naroste stovekvěte, což způsobí rezonanční ohřev.

Pro potlačení rezonance jsou navržena následující řešení:

• Změna pořadí zapnutí/vypnutí: Při vypnutí sběrny nejdříve vypnout PT, pak sběrnu; při zapnutí nejdříve nabít sběrnu, pak zapnout PT. Toto může porušit podmínky pro rezonanci, ale vyžaduje to změnu pořadí operace a PT musí být vybaveno odpojovačem.

• Odstranění kapacitance trhliny vypínače: Může to eliminovat podmínky pro rezonanci, ale sníží to přerušovací schopnost vypínače.

• Připojení tlumiče: S ohledem na skutečné podmínky připojit tlumič k zbývajícímu kabelovému souboru PT sběrny k potlačení rezonančního přepětí a přetoku proudu.

2.2 Zpracování nehody

PT příchozí linky 500kV GIS přepážkové stanice mělo opakovanou rezonanci během vypnutí, což poškodilo PT a ovlivnilo provoz zařízení. Během vypnutí příchozí linky (přepnutí do teplejší režie → studené režie atd.) PT stále rezonovalo. Proto byly vypočteny parametry PT, upraven počet závitů primární/sekundární cívky k snížení hustoty magnetického toku a změně induktivity; byla instalována antirezonanční cívka a nové PT a PT příchozí linky byly nahrazeny. Po pozorování a statistice nedošlo k rezonanci v přepážkové stanici a zařízení fungovalo normálně.

3. Prevencní opatření: Instalace automatického zařízení pro eliminaci rezonance

Když je PT sběrny přímo spojeno se sběrnou GIS, nepočítá se s odporu PT ke zemi. Nechť induktivita PT je L a kapacitance sběrny ke zemi je C; oba jsou paralelně zapojeny a tvoří impedanci Z, a výpočetní vzorec je

Instalací automatického zařízení pro eliminaci rezonance lze rezonanci potlačit na základě charakteristik impedance.

K snížení dopadu rezonance PT na 500kV GIS příchozí linky PT jsou přidány spínače a nelineární odpory k zbytkovým cívkám PT (v koordinaci s výrobci během plného vypnutí) pro automatické potlačení rezonance. Je potřeba mít nouzový plán pro selhání rezonance prázdné sběrny.

Sběrny 500kV GIS používají otevřený typ instalace; ostatní zařízení jsou izolovány SF₆ (malá plocha zabraní, vysoká spolehlivost, údržba každých 20 let a více, jako v projektu Tří soutěsek). Spolehlivé automatické eliminator rezonance (např. LXQ-typ s SiC, kompaktní a snadno instalovatelné; WXZ196 mikroprocesorové, vysoká integrace pro reálné časové harmonické eliminace) mohou prevencí rezonance.

3.2 Vylepšení provozních předpisů

Pro provoz 500kV GIS:

• Předběžná analýza: Identifikovat rizika rezonance PT; specifikovat role pro operátory elektrárny/NCS.

• Řízení zařízení: Před vypnutím posledního vypínače oddělit sběrnu. Uzavřít K1/K2 v krabici PT; u vchodu do stanice aktivovat eliminátor rezonance sběrny (uzavřít K3, připravit odpory).

• Reálné časové sledování: NCS sleduje vypínače a napětí sběrny. Nulové napětí = bez rezonance; kolísající napětí = detekována rezonance.

• Odezva: Pro rezonanci uzavřít K3 k zapojení odporů. Pokud není efektivní, otevřít odpojovače vypínače pro ruční eliminaci.

4. Shrnutí

Během návrhu 500kV GIS simulujte rezonanci PT sběrny k výběru robustních PT (prevention core saturation during switching). Pro existující rezonanci podnikněte cílené akce (např. náhrada sběrny/PT) k zajištění bezpečného provozu. Tento systém “prevence - provoz - návrh” zlepšuje schopnosti proti rezonanci.