Betriebsverfahren für PT-Resonanz in 500kV-GIS-Schaltanlagen

1. Ursachen von Resonanzen

Eine 500kV GIS-Schaltanlage ist nach dem Prinzip „intelligente Primärgeräte und vernetzte Sekundärgeräte“ konzipiert. Die Hochspannungsseite des Spannungswandlers (PT) hat keinen Abschalthebel und ist direkt mit der Bus-GIS verbunden. Durch die Analyse von Fehleraufzeichnungen zeigt sich, dass beim Öffnen des Schalters 5021 die Bruchkapazität und der PT eine Reihenschaltung bilden. Darüber hinaus zeigt die Bus-Spannung, parallelisiert durch die Induktivität des PT, induktive Eigenschaften. Die Kapazität wird gestört, was zu Resonanz führt.

Der Sättigungsstrom dauert über 1 Stunde und 40 Minuten an, was eine Erhitzung und Beschädigungsgefahr des PT verursacht. Der äquivalente Schaltkreis umfasst die Netzspannung (Es), den Schalter (CB), die Bruchgradierungskapazität (Cs), die Bus-Erde-Kapazität (Ce) und den Widerstand und die Induktivität der Primärwicklung des PT (Re, Lcu).

Um die Ursache zu untersuchen, wurde die zweite Leitung de-energisiert. Die Prüfung der Isolationswiderstände, der Gleichstromwiderstände und des SF₆-Gasdrucks des PT zeigte keine Abweichungen. Da der elektromagnetische PT ein nichtlinearer Spule mit Eisenkern ist und die GIS-Gerätekomponenten Kapazitäten haben, erfüllt der LC-Reihenschaltkreis unter bestimmten Bedingungen die Resonanzbedingungen, was zu kontinuierlicher Resonanz führt.

2. Wissenschaftliche Unterdrückungslösungen
2.1 Lösungsvorschlag

PT-Resonanz ist in 500kV GIS-Schaltanlagen häufig. Die Permeabilität ferromagnetischer Materialien ändert sich mit dem externen Magnetfeld: Bei steigendem Magnetfeld → steigt die magnetische Induktion. Nach der Sättigung erreicht die Permeabilität einen Maximalwert. Bei weiterer Steigerung sinkt die Permeabilität. Gemäß der Spuleninduktionsformel:

(N ist die Anzahl der Windungen, μ ist die Permeabilität, S ist die äquivalente Querschnittsfläche des magnetischen Kreises, und l_m ist die äquivalente Länge des magnetischen Kreises), sind die Spulenwindungen und die magnetischen Kreisparameter des elektromagnetischen PT konstant, und die Induktivität steht in linearer Beziehung zur Permeabilität; wenn der Eisenkern gesättigt ist, fällt die Permeabilität stark, die Induktivität wird kleiner und zeigt nichtlineare Eigenschaften. Wenn eine Niederfrequenzspannung im Schaltkreis auftritt, wird der Eisenkern des PT gesättigt, die äquivalente Induktivität sinkt, und der Anregungsstrom der Wicklung steigt um Hunderte Male, was zu Resonanzheizung führt.

Für Resonanz werden folgende Lösungen vorgeschlagen:

• Änderung der Einschalt-/Ausschaltreihenfolge: Beim De-energieren des Busses wird zunächst der PT abgeschaltet, dann der Bus; beim Energieren wird der Bus zuerst geladen, dann wird der PT in Betrieb genommen. Dies kann die Resonanzbedingungen stören, erfordert jedoch eine Anpassung der Betriebsabläufe, und der PT muss mit einem Abschalthebel ausgestattet sein.

• Entfernung der Bruchkapazität des Schalters: Dies kann die Resonanzbedingungen beseitigen, reduziert jedoch die Unterbrechungskapazität des Schalters.

• Verbindung eines Dämpfungswiderstands: In Anbetracht der tatsächlichen Situation wird ein Dämpfungswiderstand an das Restkabelset des Bus-PT angeschlossen, um Resonanzüberspannungen und -überströme zu unterdrücken.

2.2 Unfallbehandlung

Der Eingangs-PT einer 500kV GIS-Schaltanlage hatte während der De-energiezuführung wiederholt Resonanzen, wodurch der PT beschädigt und die Gerätebetriebsfähigkeit beeinträchtigt wurde. Während der Eingangs-De-energiezuführung (Schalten auf Warmbereitschaft → Kaltbereitschaft usw.) resonierte der PT weiterhin. Daher wurden die PT-Parameter berechnet, die Anzahl der Primär- und Sekundärwindungen angepasst, um die magnetische Flussdichte zu reduzieren und die Induktivität zu ändern; eine Anti-Resonanzspule wurde installiert, und der neue PT sowie der Eingangs-PT wurden ersetzt. Nach Beobachtung und Statistik trat in der Schaltanlage keine Resonanz mehr auf, und die Geräte arbeiteten normal.

3. Präventive Maßnahme: Installation von automatischer Resonanzunterdrückungsausrüstung

Wenn der Bus-PT direkt mit dem GIS-Bus verbunden ist, werden die PT-Induktivität L und die Bus-Erde-Kapazität C ohne Berücksichtigung der Widerstände paralleliert, um eine Impedanz Z zu bilden, und die Berechnungsformel lautet

Durch die Installation von automatischer Resonanzunterdrückungsausrüstung kann die Resonanz basierend auf den Impedanzcharakteristiken unterdrückt werden.

Um die Auswirkungen von PT-Resonanzen auf 500kV GIS-Eingangs-PTs zu reduzieren, werden Luftschalter und nichtlineare Widerstände an den Restspannungswicklungen des PT (in Abstimmung mit Herstellern während vollständiger Stilllegungen) für automatische Resonanzunterdrückung hinzugefügt. Ein Notfallplan für Resonanzausfälle bei leerlaufenden Bussen ist erforderlich.

500kV GIS-Busbars verwenden offene Installationen; andere Geräte sind SF₆-isoliert (kleine Fußabdrücke, hohe Zuverlässigkeit, Wartungsintervalle von 20 Jahren und mehr, wie im Drei-Schluchten-Projekt verwendet). Zuverlässige automatische Resonanzunterdrücker (z.B. LXQ-Typ mit SiC, kompakt und leicht zu installieren; WXZ196 mikrocomputerbasiert, hochintegriert für Echtzeit-Harmonikunterdrückung) können Resonanzen verhindern.

3.2 Verbesserungen der Betriebsvorschriften

Für den Betrieb von 500kV GIS:

• Voranalyse: Identifizieren Sie PT-Resonanzrisiken; klären Sie Rollen für Strom/NCS-Operatoren.

• Gerätesteuerung: Trennen Sie vor dem Ausschalten des letzten Schalters den Bus. Schließen Sie K1/K2 in der PT-Box; aktivieren Sie am Stationszugang den Bus-Resonanzunterdrücker (schließen Sie K3, bereiten Sie Widerstände vor).

• Echtzeitüberwachung: NCS überwacht Schalter und Bus-Spannungen. Null-Spannung = keine Resonanz; fluktuierende Spannung = Resonanz erkannt.

• Reaktion: Bei Resonanz schließen Sie K3, um Widerstände einzuschalten. Falls dies unwirksam ist, öffnen Sie die Schalter-Abschalthebel für manuelle Unterdrückung.

4. Zusammenfassung

Während der Planung von 500kV GIS sollten Bus-PT-Resonanzen simuliert werden, um robuste PTs auszuwählen (um Kernsättigung bei Schaltvorgängen zu vermeiden). Bei bestehender Resonanz sollten gezielte Maßnahmen (z.B. Austausch von Bus und PT) ergriffen werden, um den sicheren Betrieb zu gewährleisten. Dieses System „Prävention-Betrieb-Planung“ verbessert die Fähigkeit zur Resonanzunterdrückung.