Metoda operacji dla rezonansu PT w stacji przełączania GIS 500kV

1. Przyczyny rezonansu

Stacja przełączania GIS o napięciu 500kV jest zaprojektowana zgodnie z zasadą „inteligentności sprzętu podstawowego i sieciowości sprzętu wtórnego”. Wysokie napięcie PT nie ma odłącznika i jest bezpośrednio połączone z szyną GIS. Na podstawie analizy wykresów rejestracji awarii, gdy obwód przerzutnikowy 5021 się otwiera, pojemność przekładniowa i PT tworzą obwód szeregowy. Ponadto, po zrównolegleniu przez indukcyjność PT, napięcie szyny wykazuje cechy indukcyjne. Pojemność jest zakłócona, co prowadzi do rezonansu.

Prąd nasycenia trwa ponad 1 godzinę i 40 minut, powodując zagrożenie przegrzaniem i uszkodzeniem PT. Obwód równoważny obejmuje napięcie zasilające (Es), obwód przerzutnikowy (CB), kondensator stopniowania przekładni (Cs), kondensator szyna-ziemia (Ce) oraz opór i indukcyjność pierwotnej cewki PT (Re, Lcu).

W celu zbadania przyczyny, druga linia została odłączona. Pomiar izolacyjnego oporu PT, oporu stałoprądowego i ciśnienia gazu SF₆ nie wykazał anomalii. Ponieważ elektromagnetyczny PT jest nieliniową indukcyjnością z rdzeniem ferromagnetycznym, a komponenty sprzętu GIS mają pojemność, w określonych scenariuszach obwód szeregowy LC spełnia warunki rezonansu, powodując ciągły rezonans.

2. Naukowe rozwiązania tłumienia
2.1 Propozycja rozwiązania

Rezonans PT jest powszechny w stacjach przełączania GIS o napięciu 500kV. Przenikalność materiałów ferromagnetycznych zmienia się wraz z zewnętrznym polem magnetycznym: gdy pole magnetyczne wzrasta → intensywność indukcji magnetycznej rośnie. Po osiągnięciu nasycenia, przenikalność osiąga wartość maksymalną. Gdy pole magnetyczne dalej rośnie, przenikalność maleje. Zgodnie ze wzorem indukcji cewki:

(N to liczba zwitek, μ to przenikalność, S to równoważna przekrój poprzeczny obwodu magnetycznego, a l_m to równoważna długość obwodu magnetycznego), liczba zwitek i parametry obwodu magnetycznego elektromagnetycznego PT są stałe, a indukcyjność ma liniową zależność od przenikalności; gdy rdzeń jest nasycony, przenikalność gwałtownie spada, indukcyjność staje się mniejsza, wykazując cechy nieliniowe. Jeśli w obwodzie pojawia się niskoczęstotliwościowe napięcie, rdzeń PT jest nasycany, równoważna indukcyjność maleje, a prąd pobudzający cewki wzrasta setkami razy, powodując grzanie rezonansowe.

Dla rezonansu proponowane są następujące rozwiązania:

• Zmiana sekwencji włączania/wyłączania: Podczas odłączania szyny, najpierw wyłączyć PT, a następnie szynę; podczas włączania, najpierw naładować szynę, a następnie włączyć PT. Może to przerwać warunki rezonansu, ale wymaga dostosowania sekwencji operacji, a PT musi być wyposażone w odłącznik.

• Usunięcie pojemności przekładniowej obwodu przerzutnikowego: Może to eliminować warunki rezonansu, ale zmniejszy zdolność przerzutnika do przerwania obwodu.

• Podłączenie oporu tłumienia: Biorąc pod uwagę rzeczywistą sytuację, podłączyć opór tłumienia do pozostałego zestawu kabli PT szyny, aby stłumić nadnapięcia i nadprądy rezonansowe.

2.2 Obsługa awarii

PT linii wejściowej stacji przełączania GIS o napięciu 500kV miało powtarzające się rezonanse podczas odłączania, uszkadzając PT i wpływając na działanie sprzętu. Podczas operacji odłączania linii wejściowej (przełączanie do stanu gotowości ciepłej → zimnej, itp.), PT nadal rezonowało. Dlatego przeliczono parametry PT, dostosowano liczbę zwitek pierwotnych/pochodnych, aby zmniejszyć gęstość strumienia magnetycznego i zmienić indukcyjność; zainstalowano cewkę antyrezonansową, a nowe PT i PT linii wejściowej zostały wymienione. Po obserwacji i statystykach, w stacji przełączania nie wystąpił rezonans, a sprzęt działał normalnie.

3. Środki zapobiegawcze: Instalacja automatycznego urządzenia eliminacji rezonansu

Gdy PT szyny jest bezpośrednio połączone z szyną GIS, opory PT i szyna-ziemia nie są brane pod uwagę. Niech indukcyjność PT wynosi L, a pojemność szyna-ziemia C; oba elementy są połączone równolegle, tworząc impedancję Z, a wzór obliczeniowy to

Poprzez instalację automatu eliminacji rezonansu, można tłumić rezonans na podstawie charakterystyk impedancyjnych.

Aby zmniejszyć wpływ rezonansu PT na PT linii wejściowej GIS o napięciu 500kV, dodano przełączniki pneumatyczne i nieliniowe opory do resztowych zwitek napięciowych PT (poprzez koordynację z producentami podczas pełnego zamknięcia) do automatycznego tłumienia rezonansu. Wymagana jest procedura awaryjna dla awarii rezonansowej bezładowej szyny.

Szyny GIS o napięciu 500kV używają otwartego montażu; inne urządzenia są izolowane gazem SF₆ (mała powierzchnia, wysoka niezawodność, interwały konserwacji 20 lat lub więcej, jak w Projekt Trójmiasto). Wiarygodne automaty eliminacji rezonansu (np. typ LXQ z SiC, kompaktowe i łatwe do zainstalowania; mikrokomputerowe WXZ196, wysoka integracja do rzeczywistego czasu eliminacji harmonicznych) mogą zapobiegać rezonansowi.

3.2 Ulepszenia regulaminu eksploatacji

Dla eksploatacji GIS o napięciu 500kV:

• Analiza wstępna: Identyfikacja ryzyka rezonansu PT; określenie ról dla operatorów energii/NCS.

• Kontrola urządzeń: Przed wyłączeniem ostatniego obwodu przerzutnikowego, oddziel szynę. Zamknij K1/K2 w skrzynce PT; na wejściu stacji, aktywuj eliminator rezonansu szyny (zamknij K3, przygotuj opory).

• Monitorowanie w czasie rzeczywistym: NCS śledzi obwody przerzutnikowe i napięcia szyny. Zero napięcia = brak rezonansu; wahania napięcia = wykryty rezonans.

• Odpowiedź: W przypadku rezonansu, zamknij K3, aby zaangażować opory. Jeżeli nie jest skuteczne, otwórz odłączniki obwodu przerzutnikowego do ręcznego wyeliminowania.

4. Podsumowanie

Podczas projektowania GIS o napięciu 500kV, symuluj rezonans PT szyny, aby wybrać odporność PT (zapobiegać nasyceniu rdzenia podczas przełączania). W przypadku istniejącego rezonansu, podejmij celowe działania (np. wymiana szyny/PT), aby zapewnić bezpieczną eksploatację. Ten system „prewencja-eksploatacja-projekt” zwiększa zdolność do walki z rezonansem.