Método de Operación para Resonancia PT en Estación de Conmutación GIS de 500kV

1. Causas de la Resonancia

Una estación de conmutación GIS de 500kV está diseñada siguiendo el principio de “inteligencia del equipo primario y red del equipo secundario”. El lado de alta tensión del PT no tiene un seccionador y está conectado directamente al GIS de la barra. A través del análisis de los diagramas de grabación de fallas, cuando el interruptor 5021 se abre, la capacitancia de fractura y el PT forman un circuito en serie. Además, la tensión de la barra, paralelizada por la inductancia del PT, muestra características inductivas. La capacitancia es perturbada, desencadenando la resonancia.

La corriente saturada dura más de 1 hora y 40 minutos, causando calentamiento del PT y riesgo de daño. El circuito equivalente incluye la tensión de alimentación (Es), el interruptor (CB), el capacitor de gradación de fractura (Cs), el capacitor de la barra a tierra (Ce) y la resistencia e inductancia de la bobina primaria del PT (Re, Lcu).

Para investigar la causa, se desenergizó la segunda línea. La detección de la resistencia de aislamiento, la resistencia en CD y la presión del gas SF₆ del PT no mostraron anomalías. Dado que el PT electromagnético es un inductor no lineal con núcleo de hierro y los componentes del equipo GIS tienen capacitancia, en escenarios específicos, el circuito LC en serie cumple las condiciones de resonancia, causando una resonancia continua.

2. Soluciones Científicas de Supresión
2.1 Propuesta de Solución

La resonancia del PT es común en las estaciones de conmutación GIS de 500kV. La permeabilidad de los materiales ferromagnéticos cambia con el campo magnético externo: a medida que el campo magnético aumenta → la intensidad de inducción magnética sube. Después de la saturación, la permeabilidad alcanza un valor máximo. Con un aumento adicional, la permeabilidad disminuye. Según la fórmula de inducción del bobinado:

(N es el número de vueltas, μ es la permeabilidad, S es la sección transversal equivalente del circuito magnético, y l_m es la longitud equivalente del circuito magnético), los vueltas del bobinado y los parámetros del circuito magnético del PT electromagnético son constantes, y la inductancia tiene una relación lineal con la permeabilidad; cuando el núcleo de hierro está saturado, la permeabilidad disminuye bruscamente, la inductancia se vuelve menor, mostrando características no lineales. Si aparece una tensión de baja frecuencia en el circuito, el núcleo de hierro del PT se satura, la inductancia equivalente disminuye, y la corriente de excitación del bobinado aumenta cientos de veces, causando calentamiento por resonancia.

Para la resonancia, se proponen las siguientes soluciones:

• Cambiar la secuencia de encendido/apagado: Al desenergizar la barra, apagar primero el PT y luego la barra; al energizar, cargar primero la barra y luego poner en operación el PT. Esto puede interrumpir las condiciones de resonancia, pero requiere ajustar la secuencia de operación y el PT necesita estar equipado con un seccionador.

• Eliminar la capacitancia de fractura del interruptor: Puede eliminar las condiciones de resonancia, pero reducirá la capacidad de interrupción del interruptor.

• Conectar una resistencia de amortiguamiento: Considerando la situación real, conectar una resistencia de amortiguamiento al conjunto de cables restante del PT de la barra para suprimir la sobretensión y sobrecorriente por resonancia.

2.2 Manejo de Accidentes

El PT de entrada de una estación de conmutación GIS de 500kV tuvo resonancias repetidas durante la desenergización, dañando el PT y afectando la operación del equipo. Durante la operación de desenergización de la entrada (cambio a reserva caliente → reserva fría, etc.), el PT seguía resonando. Por lo tanto, se calcularon los parámetros del PT, se ajustó el número de vueltas del bobinado primario/secundario para reducir la densidad de flujo magnético y cambiar la inductancia; se instaló un bobinado anti-resonancia, y se reemplazó el nuevo PT y el PT de entrada. Tras la observación y estadísticas, no se produjo resonancia en la estación de conmutación, y el equipo funcionó normalmente.

3. Medida Preventiva: Instalar Equipos de Eliminación Automática de Resonancia

Cuando el PT de la barra está conectado directamente a la barra GIS, no se consideran las resistencias del PT y de la barra a tierra. Sea L la inductancia del PT y C la capacitancia de la barra a tierra; los dos están en paralelo formando una impedancia Z, y la fórmula de cálculo es

Al instalar equipos de eliminación automática de resonancia, se puede suprimir la resonancia basándose en las características de impedancia.

Para reducir los impactos de la resonancia del PT en los PTs de entrada de 500kV GIS, se añaden interruptores de aire y resistencias no lineales a los bobinados residuales de tensión del PT (mediante coordinación con los fabricantes durante las paradas totales) para la eliminación automática de resonancia. Se requiere un plan de emergencia para fallos de resonancia en la barra sin carga.

Las barras de 500kV GIS utilizan instalación de tipo abierto; otros dispositivos están aislados con SF₆ (pequeña huella, alta confiabilidad, intervalos de mantenimiento de 20 años o más, como en el Proyecto de las Tres Gargantas). Los eliminadores automáticos de resonancia confiables (por ejemplo, tipo LXQ con SiC, compactos y fáciles de instalar; WXZ196 basado en microordenador, alta integración para eliminación de armónicos en tiempo real) pueden prevenir la resonancia.

3.2 Mejoras en la Regulación de Operación

Para la operación de 500kV GIS:

• Análisis previo: Identificar riesgos de resonancia del PT; clarificar roles para operadores de energía/NCS.

• Control de dispositivos: Antes de apagar el último interruptor, separar la barra. Cerrar K1/K2 en la caja del PT; en la entrada de la estación, activar el eliminador de resonancia de la barra (cerrar K3, preparar resistencias).

• Monitoreo en tiempo real: NCS rastrea los interruptores y las tensiones de la barra. Tensión cero = no resonancia; tensión fluctuante = resonancia detectada.

• Respuesta: Para la resonancia, cerrar K3 para activar las resistencias. Si no es efectivo, abrir los seccionadores de los interruptores para la eliminación manual.

4. Resumen

Durante el diseño de 500kV GIS, simular la resonancia del PT de la barra para seleccionar PTs robustos (prevenir la saturación del núcleo durante la conmutación). Para la resonancia existente, tomar acciones dirigidas (por ejemplo, reemplazo de la barra/PT) para garantizar la operación segura. Este sistema de “prevención-operación-diseño” mejora las capacidades anti-resonancia.