500 kV GIS-suljetustasanteissa PT-resonanssin toimintatapa

1. Resonanssin syyt

500kV GIS-vaihtokeskus on suunniteltu "primääri- ja toissijaislaiteverkon" periaatteella. PT:n korkean jännitteen puolella ei ole erottimen, vaan se on yhdistetty suoraan bussiin GIS-järjestelmässä. Vian tallennusten analysoinnista ilmenee, että kun 5021-sulake avautuu, sulakkeen katkoviivalevyjen kapasitanssi ja PT muodostavat sarjakierron. Lisäksi bussijännite, joka on parallellissa PT:n induktanssin kanssa, osoittaa induktiivisia ominaispiirteitä. Tämä häiriö aiheuttaa resonanssin.

Saturointijätkä virtaa yli 1 tunnin ja 40 minuutin, mikä aiheuttaa PT:n lämmityksen ja vauriovaaran. Yhtäpitävä piiri sisältää voimansiirron jännitteen (Es), sulaken (CB), katkoviivalevyn tasoituskapasitanssin (Cs), maasta bussiin kapasitanssin (Ce) sekä PT:n primäärikympin vastuksen ja induktanssin (Re, Lcu).

Syiden selvittämiseksi toinen linja kytkettiin pois. PT:n eristysvastuksen, suoran virtauksen vastuksen ja SF₆-kaasun paineen mittaus ei osoittanut poikkeamia. Koska elektromagneettinen PT on epälineaarinen induktori rautaydin kanssa ja GIS-laitteilla on kapasitiivisuutta, tietyissä tilanteissa LC-sarjakierto täyttää resonanssin ehdot, mikä aiheuttaa jatkuvan resonanssin.

2. Tieteelliset hillintaratkaisut
2.1 Ratkaisuehdotus

PT-resonanssi on yleistä 500kV GIS-vaihtokeskuksissa. Ferromagneettisen materiaalin permeabiliteetti muuttuu ulkoisen magneettikentän mukaan: kun magneettikenttä kasvaa → magneettinen induktiovoima nousee. Saturaation jälkeen permeabiliteetti saavuttaa huippuarvonsa. Jatkuva kasvu johtaa permeabiliteetin laskuun. Kierroksen induktiokaavan mukaan:

(N on kierrosten määrä, μ on permeabiliteetti, S on magneettipiirin vastinepinta-ala, ja l_m on magneettipiirin vastinepituus), elektromagneettisen PT:n kierrokset ja magneettipiirin parametrit ovat vakioita, ja induktanssi on lineaarisessa suhteessa permeabiliteettiin; kun rautaydin saturaattuu, permeabiliteetti laskee nopeasti, induktanssi pienenee, osoittaen epälineaarisia ominaisuuksia. Jos piirissä esiintyy matalataajuinen jännite, PT:n rautaydin saturaattuu, vastineinduktanssi pienenee, ja kierroksen virranrahoituskasvaa satoja kertoimia, aiheuttaen resonanssilämmityksen.

Resonanssille ehdotetaan seuraavia ratkaisuja:

• Muuta virransiirron järjestys: Kun bussi kytketään pois, sammuta ensin PT, sitten bussi; kun virrantaso annetaan, lataa ensin bussi, sitten laita PT käyttöön. Tämä voi häiritä resonanssin ehdot, mutta vaatii toimintajärjestyksen muutoksen, ja PT:n pitää olla varustettu erottimella.

• Poista sulakin katkoviivalevyn kapasitanssi: Se voi poistaa resonanssin ehdot, mutta vähentää sulakin keskeyttämisvoimaa.

• Yhdistä dempiva vastus: Ottaen huomioon todellisen tilanteen, yhdistä dempiva vastus bussin PT:n jäämäkaapeliin resonanssin ylikorkeuden ja ylivirtauksen hillitsemiseksi.

2.2 Onnettomuuden käsittely

500kV GIS-vaihtokeskuksen sisäänpääsylinjan PT:ssä oli toistuva resonanssi virranpoistoissa, mikä vaurioitti PT:tä ja vaikutti laitteiston toimintaan. Sisäänpääsylinjan virranpoistotoiminnassa (kytkeminen lämpövaralle → kylmävaralle jne.), PT resonanssi jatkui. Siksi laskettiin PT-parametrit, soviteltiin primääri- ja toissijaisympyröiden kierrosten määrää vähentääkseen magnetovirtatehokkuutta ja muuttaakseen induktanssia; asennettiin anti-resonanssi-kierros, ja vaihdettiin uusi PT ja sisäänpääsylinjan PT. Havainnoinnin ja tilastojen jälkeen resonanssia ei esiintynyt vaihtokeskuksessa, ja laitteisto toimi normaalisti.

3. Ennaltaehkäisytoimenpide: Asenna automaattinen resonanssin poistovalmentin

Kun bussin PT on suoraan yhdistetty GIS-bussiin, PT:n ja maasta bussiin vastukset eivät oteta huomioon. Olkoon PT:n induktanssi L ja maasta bussiin kapasitanssi C; nämä ovat paralleelissa muodostaen impedanssin Z, ja laskenta kaava on

Asentamalla automaattisen resonanssin poistovalmentimen, resonanssi voidaan hillitä impedanssiominaisuuksien perusteella.

500kV GIS-sisäänpääsylinjan PT:n resonanssin vaikutusten vähentämiseksi lisätään PT:n jäämäjänniteympyröihin ilma-aivot ja epälineaariset vastukset (tehdystä sopimuksesta valmistajan kanssa kokonaissammutuksissa) automaattista resonanssin poistoa varten. Tarvitaan hätäsuunnitelma tyhjälle bussille resonanssionnettomuudelle.

500kV GIS-bussit käyttävät avoimen asennuksen; muut laitteet ovat SF₆-eristettyjä (pieni pohja-ala, korkea luotettavuus, yli 20 vuoden huoltoväli, kuten Sanankosken projektissa). Luotettavat automaattiset resonanssin poistovalmentimet (esim. LXQ-tyyppi SiC:llä, kompakti ja helposti asennettava; WXZ196 mikrotietokoneperusteinen, korkea integraatio reaaliaikaiseen harmonioiden poistoon) voivat estää resonanssin.

3.2 Toimintasääntöjen parantaminen

500kV GIS-toiminnalle:

• Esianalyysi: Tunnistetaan PT-resonanssin riskit; selitetään tehtävät voiman/NCS-operaattoreille.

• Laitteen hallinta: Ennen viimeisen sulakkeen sammuttamista, erotetaan bussi. Suljetaan K1/K2 PT-laatikossa; asemalla aktivoidaan bussin resonanssin poistovalmentin (suljetaan K3, valmistellaan vastukset).

• Reaaliaikainen seuranta: NCS seuraa sulkia ja bussijännitteitä. Nolla jännite = ei resonanssia; heiluva jännite = resonanssi havaittu.

• Vastaus: Resonanssille suljetaan K3 vastusten aktivoinniksi. Jos ei tehokasta, avataan sulakin erottimet manuaalisen poistamisen takaamiseksi.

4. Yhteenveto

500kV GIS-suunnittelun aikana simuloidaan bussin PT-resonanssia vahvien PT-valintojen tekemiseksi (estää ytimen saturaatiota kytkennöissä). Olemassa oleville resonansseille otetaan kohdennettuja toimenpiteitä (esim. bussi/PT:n vaihto) turvatakseen turvallisen toiminnan. Tämä "ennaltaehkäisy-toiminta-suunnittelu" -järjestelmä parantaa anti-resonanssikykyjä.