Método de operación para a resonancia PT en estación de conmutación GIS de 500kV

1. Causas da Resonancia

Unha estación de conmutación GIS de 500kV está deseñada segundo o principio de “equipamento primario inteligente e equipamento secundario en rede”. O lado de alta tensión do PT non ten interruptor e está conectado directamente ao GIS da barra. A través da análise de diagramas de rexistro de fallos, cando o interruptor 5021 se abre, a capacitancia de fractura e o PT forman un circuito en serie. Ademais, a tensión da barra, após ser paralelizada pola inductancia do PT, presenta características inductivas. A capacitancia é perturbada, desencadeando a resonancia.

A corrente saturada dura máis de 1 hora e 40 minutos, causando o risco de calentamento e danos no PT. O circuito equivalente inclúe a tensión de alimentación (Es), o interruptor (CB), a capacitancia de fractura (Cs), a capacitancia da barra a terra (Ce) e a resistencia e inductancia da bobina primaria do PT (Re, Lcu).

Para investigar a causa, a segunda liña foi desenerxizada. A detección da resistencia de aislamento do PT, a resistencia DC e a presión do gas SF₆ mostraron que non había anormalidades. Dado que o PT electromagnético é un inductor non linear con núcleo ferromagnético e os componentes do equipo GIS teñen capacitancia, baixo escenarios específicos, o circuito en serie LC cumple as condicións de resonancia, causando unha resonancia continua.

2. Solucións Científicas de Supresión
2.1 Proposta de Solución

A resonancia do PT é común nas estacións de conmutación GIS de 500kV. A permeabilidade dos materiais ferromagnéticos cambia co campo magnético externo: a medida que aumenta o campo magnético → a intensidade da indución magnética aumenta. Despois da saturación, a permeabilidade alcanza un valor máximo. Con un aumento adicional, a permeabilidade diminúe. Segundo a fórmula de indución da bobina:

(N é o número de espiras, μ é a permeabilidade, S é a sección transversal equivalente do circuito magnético, e l_m é a lonxitude equivalente do circuito magnético), as espiras e os parámetros do circuito magnético do PT electromagnético son constantes, e a inductancia ten unha relación linear coa permeabilidade; cando o núcleo de ferro está saturado, a permeabilidade diminúe bruscamente, a inductancia diminúe, mostrando características non lineares. Se aparece unha tensión de baixa frecuencia no circuito, o núcleo de ferro do PT está saturado, a inductancia equivalente diminúe, e a corrente de excitación das espiras aumenta centenas de veces, causando o calentamento por resonancia.

Para a resonancia, propónsense as seguintes solucións:

• Cambiar a secuencia de conexión/desconexión: Cando se desenerxiza a barra, apágase primeiro o PT, despois a barra; cando se enerxiza, cargase primeiro a barra, despois pútese o PT en funcionamento. Isto pode interromper as condicións de resonancia, pero require axustar a secuencia de operación e o PT debe estar equipado cun interruptor.

• Eliminar a capacitancia de fractura do interruptor: Pode eliminar as condicións de resonancia, pero reducirá a capacidade de interrupción do interruptor.

• Conectar resistencia de amortiguación: Considerando a situación real, conectar unha resistencia de amortiguación ao conxunto de cables restante do PT da barra para suprimir a sobretensión e a sobsocorrente de resonancia.

2.2 Manejo de Accidentes

O PT de entrada dunha estación de conmutación GIS de 500kV experimentou repetidamente resonancia durante a desenerxización, danando o PT e afectando a operación do equipo. Durante a operación de desenerxización de entrada (cambiando a reserva quente → reserva fría, etc.), o PT aínda resoaba. Polo tanto, foron calculados os parámetros do PT, axustouse o número de espiras primarias/secundarias para reducir a densidade de fluxo magnético e cambiar a inductancia; instalouse unha bobina antirresonancia, e substituíronse o novo PT e o PT de entrada. Despois da observación e estatísticas, non se produciu resonancia na estación de conmutación, e o equipo funcionou normalmente.

3. Medida Preventiva: Instalar Equipamento Automático de Eliminación de Resonancia

Cando o PT da barra está conectado directamente ao bus GIS, non se consideran a inductancia do PT e a capacitancia da barra a terra. Sexa L a inductancia do PT e C a capacitancia da barra a terra; os dous están en paralelo para formar unha impedancia Z, e a fórmula de cálculo é

Ao instalar equipamento automático de eliminación de resonancia, a resonancia pode ser suprimida baseándose nas características de impedancia.

Para reducir o impacto da resonancia do PT nos PTs de entrada de GIS de 500kV, engádese interruptores de aire e resistencias non lineares ás espiras residuais de tensión do PT (mediante coordinación co fabricante durante as paradas completas) para a eliminación automática de resonancia. É necesario un plan de emergencia para a falla de resonancia de barra sen carga.

As barras de GIS de 500kV usan unha instalación aberta; outros dispositivos están aislados con SF₆ (pequena pegada, alta fiabilidade, intervalos de manutención de 20 anos ou máis, como no Proxecto das Tres Gargantas). Os eliminadores automáticos de resonancia fiables (por exemplo, tipo LXQ con SiC, compacto e fácil de instalar; WXZ196 baseado en microcomputador, alta integración para a eliminación harmónica en tempo real) poden prevenir a resonancia.

3.2 Meloras nas Normas de Operación

Para a operación de GIS de 500kV:

• Análise previa: Identificar os riscos de resonancia do PT; clarificar os roles dos operadores de enerxía/NCS.

• Control de dispositivos: Antes de apagar o último interruptor, separar a barra. Cerrar K1/K2 na caixa do PT; na entrada da estación, activar o eliminador de resonancia da barra (cerrar K3, preparar resistencias).

• Monitorización en tempo real: O NCS rastrea os interruptores e as tensións da barra. Tensión cero = sin resonancia; tensión fluctuante = resonancia detectada.

• Respuesta: Para a resonancia, cerrar K3 para activar as resistencias. Se non é eficaz, abrir os interruptores de desconexión manualmente para a eliminación.

4. Resumo

Durante o deseño de GIS de 500kV, simular a resonancia do PT da barra para seleccionar PTs robustos (evitar a saturación do núcleo durante a conmutación). Para a resonancia existente, tomar medidas orientadas (por exemplo, substitución da barra/PT) para garantir a operación segura. Este sistema de “prevenção-operación-deseño” mellora as capacidades antirresonantes.