Método de Operação para Ressonância PT em Estação de Comutação GIS de 500kV

1. Causas da Ressonância

Uma estação de comutação GIS de 500kV é projetada seguindo o princípio de “inteligência do equipamento primário e rede do equipamento secundário”. O lado de alta tensão do PT não possui disjuntor e está diretamente conectado ao GIS da barra. Através da análise de gráficos de registro de falhas, quando o disjuntor 5021 se abre, a capacitância de fratura e o PT formam um circuito em série. Além disso, a tensão da barra, após ser paralelizada pela indutância do PT, apresenta características indutivas. A capacitância é perturbada, desencadeando a ressonância.

A corrente saturada dura mais de 1 hora e 40 minutos, causando risco de aquecimento e danos ao PT. O circuito equivalente inclui a tensão da fonte (Es), o disjuntor (CB), o capacitor de graduação de fratura (Cs), o capacitor de barra-terra (Ce) e a resistência e indutância da bobina primária do PT (Re, Lcu).

Para investigar a causa, a segunda linha foi desenergizada. A detecção da resistência de isolamento do PT, resistência DC e pressão do gás SF₆ não mostrou anormalidades. Como o PT eletromagnético é um indutor não linear com núcleo de ferro e os componentes do equipamento GIS têm capacitância, em cenários específicos, o circuito LC em série atende às condições de ressonância, causando ressonância contínua.

2. Soluções Científicas de Supressão
2.1 Proposta de Solução

A ressonância do PT é comum em estações de comutação GIS de 500kV. A permeabilidade dos materiais ferromagnéticos muda com o campo magnético externo: à medida que o campo magnético aumenta → a intensidade de indução magnética aumenta. Após a saturação, a permeabilidade atinge um valor máximo. Com o aumento adicional, a permeabilidade diminui. De acordo com a fórmula de indução da bobina:

(N é o número de espiras, μ é a permeabilidade, S é a área transversal equivalente do circuito magnético, e l_m é o comprimento equivalente do circuito magnético), as espiras e os parâmetros do circuito magnético do PT eletromagnético são constantes, e a indutância tem uma relação linear com a permeabilidade; quando o núcleo de ferro está saturado, a permeabilidade cai drasticamente, a indutância diminui, exibindo características não lineares. Se uma tensão de baixa frequência aparecer no circuito, o núcleo de ferro do PT fica saturado, a indutância equivalente diminui e a corrente de excitação da bobina aumenta centenas de vezes, causando aquecimento por ressonância.

Para a ressonância, as seguintes soluções são propostas:

• Alterar a sequência de ligar/desligar: Quando a barra for desenergizada, desligue o PT primeiro, depois a barra; quando energizada, carregue a barra primeiro, depois coloque o PT em operação. Isso pode interromper as condições de ressonância, mas requer ajuste da sequência de operação e o PT precisa ser equipado com um disjuntor.

• Remover a capacitância de fratura do disjuntor: Pode eliminar as condições de ressonância, mas reduzirá a capacidade de interrupção do disjuntor.

• Conectar resistência de amortecimento: Considerando a situação real, conectar uma resistência de amortecimento ao conjunto de cabos restantes do PT da barra para suprimir a sobretensão e a sobrecorrente de ressonância.

2.2 Tratamento de Acidentes

O PT de entrada de uma estação de comutação GIS de 500kV teve ressonância repetida durante a desenergização, danificando o PT e afetando a operação do equipamento. Durante a operação de desenergização de entrada (mudança para espera quente → espera fria, etc.), o PT ainda ressoava. Portanto, foram calculados os parâmetros do PT, ajustadas as espiras primárias/secundárias para reduzir a densidade de fluxo magnético e alterar a indutância; foi instalada uma bobina antiressonância e o novo PT e o PT de entrada foram substituídos. Após observação e estatísticas, não ocorreu ressonância na estação de comutação, e o equipamento operou normalmente.

3. Medida Preventiva: Instalar Equipamento Automático de Eliminação de Ressonância

Quando o PT da barra está diretamente conectado à barra GIS, a resistência do PT e da barra-terra não são consideradas. Seja L a indutância do PT e C a capacitância da barra-terra; os dois são paralelizados para formar uma impedância Z, e a fórmula de cálculo é

Instalando equipamento automático de eliminação de ressonância, a ressonância pode ser suprimida com base nas características de impedância.

Para reduzir os impactos da ressonância do PT em PTs de entrada de 500kV GIS, são adicionados interruptores de ar e resistores não lineares às bobinas residuais de tensão do PT (através de coordenação com fabricantes durante desligamentos totais) para eliminação automática de ressonância. É necessário um plano de emergência para falha de ressonância de barra sem carga.

As barras GIS de 500kV usam instalação aberta; outros dispositivos são isolados com SF₆ (pequeno espaço ocupado, alta confiabilidade, intervalos de manutenção de 20 anos ou mais, como usado no Projeto das Três Gargantas). Eliminadores automáticos de ressonância confiáveis (por exemplo, tipo LXQ com SiC, compacto e fácil de instalar; WXZ196 baseado em microcomputador, alta integração para eliminação harmônica em tempo real) podem prevenir a ressonância.

3.2 Melhorias nas Regulamentações Operacionais

Para a operação de GIS de 500kV:

• Análise prévia: Identificar riscos de ressonância do PT; esclarecer papéis para operadores de energia/NCS.

• Controle de dispositivos: Antes de desligar o último disjuntor, separe a barra. Feche K1/K2 na caixa do PT; na entrada da estação, ative o eliminador de ressonância da barra (feche K3, prepare resistores).

• Monitoramento em tempo real: NCS acompanha disjuntores e tensões da barra. Tensão zero = sem ressonância; tensão flutuante = ressonância detectada.

• Resposta: Para ressonância, feche K3 para engajar resistores. Se ineficaz, abra os disjuntores de separação manualmente.

4. Resumo

Durante o projeto de GIS de 500kV, simule a ressonância do PT da barra para selecionar PTs robustos (prevenir a saturação do núcleo durante a comutação). Para ressonância existente, tome ações direcionadas (por exemplo, substituição de barra/PT) para garantir a operação segura. Este sistema de “prevenção-operacional-design” melhora as capacidades antiressonância.