Анализ и обработка аномалии на измерването на 35 кВ уличен комбиниран трансформатор

1. Въведение

Честото счупване на PT и топене на предохранителите от страната на високото напрежение в комбинираните трансформатори водят до неточни измервания на електроенергията и сериозно заплашват безопасната работа на електрическата мрежа. Тази статия се фокусира върху повторното повредяване на PT и топене на предохранителите на 35 кВ комбиниран трансформатор, разглежда причините за дефектите, предлага решения и възстановява грешната количество електроенергия чрез коректиращи коефициенти. Това ефективно намалява загубите в мрежата и ослабява рисковете за обслужването.

1.1 Въведение в комбинираните трансформатори

В електрическата система комбинираните трансформатори са ключови компоненти на уреди за измерване и защита. Съставени от напрежения трансформатор (PT) и тока трансформатор, те използват разликата в броя на витките между основните и вторичните обмотки, за да преобразуват големите токове и високите напрежения от страната на високото напрежение в малки токове и напрежения, подходящи за вторични прибори и релейна защита. Едновременно постигат електрическа изолация между основната и вторичната страна, за да се осигури безопасността на персонала и оборудването на вторичната страна.

2. Опасности от дефектите на комбинираните трансформатори

Като основен уред за измерване на мощността в електрическата система, PT на комбинираните трансформатори е отговорен за преобразуване на сигнали с високо напрежение в сигнали с ниско напрежение за измервателни/защитни уреди. Когато PT е повреден или високонапрежен предохранител се стопи, опасностите са следните:

• Намалена точност на измерването : Повредата на PT и топенето на предохранителя могат да доведат до грешки в системата за измерване на електроенергията, влияят на точността на измерването и предизвикват спорове между предприятията за доставка на електроенергия и потребителите.

• Увеличена вероятност за повреда на оборудването : Повредата на PT може да доведе до дисбаланс на напрежението в системата (прекомерно високо/ниско), разрушава стабилността на системата; повреди на трансформаторите могат също да доведат до аномално функциониране на защитни уреди, увеличавайки рискът от повреди на друго оборудване.

• Опасности за личната безопасност : Комбинираните трансформатори са високонапрежни устройства. Повредите могат да доведат до пробив на изолацията и изтичане, което заплашва личната безопасност на операторите и техническия персонал.

3. Причини за повишено напрежение в комбинираните трансформатори

При фактичната работа комбинираните трансформатори често изпитват топене на високонапрежния предохранител и счупване на PT. Основните причини включват:

• Феромагнитен резонансен пик на напрежението : Феромагнитните компоненти са линейни при номиналното напрежение. При дефектите магнитната пътека се наситва, а индуктивността се променя нелинейно. Формира се колебателен контур с капацитета на системата, което предизвиква постоянен феромагнитен резонанс. Пикът на напрежението предизвиква често топене/счупване на високонапрежните предохранители на PT, което заплашва безопасността на мрежата.

• Прекомерна вторична нагрузка : Прекомерна вторична нагрузка кара трансформатора да генерира много топлина, която е трудно излъчваема. Температурата на вътрешните обмотки се повишава прекомерно, като в крайна сметка PT се счупва.

• Краткосрочно замыкание на основната/вторичната страна : Краткосрочните замыкания на основната/вторичната страна на PT генерират големи токове, които предизвикват топене на високонапрежните предохранители и счупване на оборудването.

• Пик на напрежението при свързване : Неправилното управление генерира пик на напрежението, което предизвиква топене на високонапрежния предохранител на PT.

• Мълниев пик на напрежението : Директен/индуктивен мълниев пик на напрежението разбива изолацията на обмотките, повреждайки оборудването.

4. Анализ на случая
4.1 Основна информация за потребителя

На 23 август 2021 г. в комбиниран трансформатор на потребител с 35 кВ се случи дефект на PT в фаза A, което доведе до неточно измерване на електроенергията. През предходната година този комбиниран трансформатор преживя три дефекта. До януари 2021 г. потребителът беше подхранван от 35 кВ подстанция Шацзи с нормално измерване. След август 2021 г. доставката на електроенергия беше променена към 35 кВ изходна линия на 110 кВ подстанция Чжоуджиба (двойна линия Чжоуван #353 и Чжоури #354). Общата дължина на линията е около 1,5 км. Страната на 35 кВ е заземена чрез аркусна обвивка. Точки за измерване са зададени на двойната 35 кВ изходна линия на 110 кВ подстанция Чжоуджиба. Основната схема е показана на фигура 1.

4.2 Точки за измерване и хронология на дефектите

Двете точки за измерване използват 35 кВ комбинирани трансформатори, с тритефазно третична връзка и V/V връзка за напрежението трансформатори. Сред тях:

• 35 кВ линия Чжоури #354 (точка за измерване 2): Работи нормално, без дефекти;

• 35 кВ линия Чжоуван #353 (точка за измерване 1): Чести дефекти.

Хронология на дефектите:

• 23 август 2021 г.: Първо счупване на PT, заменен с продукти на компания Хенан Синян Хутонг Електрик Ко., Лтд.;

• 4 март 2022 г.: PT се счупва отново, заменен с комбинирани трансформатори на компания Джангси Ганди Електрик Ко., Лтд.;

• 13 юни 2022 г.: Предохранител на високото напрежение в фаза C се топи, загуба на напрежението;

• 21 септември 2022 г.: Предохранител на високото напрежение в фаза A се топи, отново загуба на напрежението.

4.3 Анализ на дефекта

По време на дефекта, потребителската нагрузка беше лека, вторичната връзка беше нормална, и нямаше краткосрочно замыкание. След тестове:

• Съпротивлението на заземяването на линията е съобразно, и принадлежи към неефективна система за заземяване. Дефектите в заземяването лесно могат да предизвикат мълниев ток да не се разрази, което предизвиква топене на предохранителя;

• Нямаше пик на напрежението при управление и поддръжка, изключвайки човешки фактори.

Обединено с явленията на дефекта и общи причини, основната причина е определена да е феромагнитен резонансен пик на напрежението, с конкретни сценарии за активиране:

• Активирано от дефект на заземяването: Когато се случи единично фазово заземяване на линията, обмотката на PT и капацитетът на линията към земята формират паралелен контур, удовлетворяващ условията за феромагнитен резонанс. Единично фазово заземяване причинява напрежението на другите две фази да се увеличи, железния център се наситва бързо, и резонансът предизвиква тока на обмотката да се надигне, топейки високонапрежния предохранител; продължителен надток ще счупи и PT.

• Активирано от неправилно управление: Тритефазната нагрузка на системата е основно балансирана, но при операции на свързване, трите фази не са синхронизирани (затваряне/отваряне не е едновременно), причинявайки входящ ток в обмотката на напрежението трансформатора и железния център се наситва, активирайки феромагнитен резонансен пик на напрежението.

4.4 Решения

След анализ на причините за дефектите, се предприемат следните мерки:

• Инсталирайте устройства за елиминиране на хармоники: Инсталирайте 1 набор от устройства за елиминиране на хармоники на страната на 35 кВ шина на подстанцията, за да потискат повторното възникване на феромагнитен резонанс.

• Защита от пик на напрежението на вторичната страна: Инсталирайте устройства за защита от пик на напрежението на вторичната страна, за да противодействат на пик на напрежението, предизвикан от околната среда, и за да защитят вътрешната изолация на трансформатора.

• Детекция и лечение на хармоники: Използвайте на местоназначението калибратор за електроенергия, за да детектирате хармоники в вторичното напрежение. Ако има аномалии, настояйте потребителите да ги лекуват, за да се осигури съответствие с GB/T 14549 - 1993 "Качество на електроенергията - Хармоники в обществени електрически мрежи": Общият коефициент на хармоника на напрежението 35 кВ ≤ 3%, нечетни хармоники ≤ 2,4%, четни хармоники ≤ 1,2%.

Ефект от реализация: След реализацията на мерките, комбинираният трансформатор работи нормално, без дефект на PT или топене на предохранител.

4.5 Изчисление на корекция на количество електроенергия

Точността на измерването на електроенергията е свързана с икономическите интереси както на доставчиците, така и на потребителите на електроенергия. Дефектите изискват корекция на количество електроенергия. Тази статия взима за пример третия дефект и използва метода на коректиращ коефициент за изчисление:

Принцип: Сравнете активната мощност при правилно измерване и при грешно измерване, за да получите коректиращ коефициент k, и после изчислете корекционната количество електроенергия \(\Delta W\). При предположение за балансирана тритефазна нагрузка, формулата за коректиращ коефициент k е:

(1) Интерпретация на коректиращ коефициент k

Когато k > 1, активната мощност при правилно измерване е по-голяма от тази при грешно измерване. Устройството за измерване на електроенергията подрегистрира електроенергията по време на дефекта, и потребителите трябва да доплатят количество електроенергия. Когато k = 1, устройството за измерване на електроенергията измерва правилно. Когато 0 < k < 1, устройството за измерване на електроенергията надрегистрира електроенергията, и количество електроенергия трябва да бъде върнато на потребителите. Когато k < 0, устройството за измерване на електроенергията работи обратно, и потребителите трябва да доплатят количество електроенергия.

(2) Параметри за измерване, свързани с потребителите

Емпиричната мощност на потребителите е 2500 кВА, и методът за измерване е високо напрежение-високо измерване (измерване чрез високонапрежен комбиниран измервателен кутия). Отношението на напрежението е 35000 В/100 В, и отношението на тока е 50 А/5 А. Комплексният множител за измерване е 3500. Щепселът за електроенергия има вместимост 3&times;100 В/3&times;1.5 - 6 А, с точност 0.5S.

Третият дефект на потребителите се случи на 13 юни 2022 г., с фаза C, загубила напрежението. Електроенергията беше възстановена около 8:00 на 4 август 2022 г. Цените за електроенергия в различните часове са приложени от 1 юли 2022 г. Събрани данни като системно напрежение, мощност и коефициент на мощност са показани в таблица 1.

Изчисление на корекционна количество електроенергия за първата фаза

Както се вижда от таблица 1, през периода от 13 юни 2022 г. до 30 юни 2022 г., напрежението на фаза A е нормално, средният коефициент на мощност е 0.82, и ъгълът на елемента е 34&deg;(L). Тогава ъгълът на коефициента на мощност &phi;=4&deg;(L). При предположение, че нагрузката е балансирана, коректиращият коефициент е:

Изчисление на корекционна количество електроенергия е следното:

От формула (2) и формула (3) се вижда, че k > 1, което означава, че електроенергията е подрегистрирана, и допълнителна количество електроенергия от 15,134 кВтч трябва да бъде възстановена.(2) Изчисление на корекционна количество електроенергия за втората фаза.През периода от 1 юли 2022 г. до 4 август 2022 г., напрежението на фаза A е нормално, средният коефициент на мощност е 0.87, и ъгълът на елемента е 29&deg;(L). Тогава ъгълът на коефициента на мощност &phi;=0&deg;. При предположение, че нагрузката е балансирана, коректиращият коефициент е:

Изчисление на корекционна количество електроенергия е следното:

От формула (4) и формула (5) се вижда, че k > 1, което означава, че електроенергията е подрегистрирана, и допълнителна количество електроенергия от 51,996 кВтч трябва да бъде възстановена.Обща корекционна количество електроенергия, която трябва да бъде възстановена:

5. Заключение

В действителната работа, комбинираните трансформатори често се счупват и високонапрежните предохранители се топят, което сериозно заплашва безопасността на електрическата мрежа. Обикновено, такива проблеми са резултат от резонансен пик на напрежението, както и от неправилно проектиране/избор на оборудването и несъответствие на параметрите.