Analyse og håndtering af målingsanomalier ved 35 kV udendørs kombineret transformer

1. Indledning

Hyppige forekomster af PT-udbrænding og forsvarsfuse smeltning i kombinerede transformatorer fører til unøjagtig energimåling og truer alvorligt den sikre drift af strømnettet. Denne artikel fokuserer på de gentagne PT-skader og fuse-smeltninger ved en 35 kV kombineret transformator, undersøger fejlårsagerne, foreslår løsninger og retter den forkerte elektricitetsmængde gennem korrektionskoefficienter. Dette reducerer effektivt nettab og mildner service-risici.

1.1 Introduktion til kombinerede transformatorer

I strømsystemet er kombinerede transformatorer nøglekomponenter i målings- og beskyttelsesenheder. Bestående af spændings-transformatorer (PT) og strømtransformatorer, anvender de forskellen i antal viklinger mellem primær- og sekundærsider for at konvertere store primærstrømme og høje spændinger til små strømme og spændinger, der passer til sekundære instrumenter og relæbeskyttelse. Samtidig opnår de elektrisk isolation mellem primær- og sekundærsiden for at sikre personale- og udstyrssikkerhed på sekundærsiden.

2. Farer ved fejl i kombinerede transformatorer

Som et kerne-målingsredskab i strømsystemet er PT'en i en kombineret transformator ansvarlig for at konvertere høje-spændingssignaler til lave-spændingssignaler til målings/beskyttelsesenheder. Når PT'en er skadet eller højs-pændingsfusen smelter, er farerne som følger:

• Nedsat målnøjagtighed : PT-skade og fuse-smeltning kan forårsage fejl i elektricitetsmålings-systemet, hvilket påvirker målnøjagtigheden og udløser tvister mellem strømforsyningsvirksomheder og brugere.

• Øget udstyrsfejlrate : PT-skade kan forårsage systemspændingsubalance (for højt/for lavt), hvilket forstyrrer systemets stabilitet; transformatorfejl kan også forårsage abnorm drift af beskyttelsesenheder, hvilket øger andet udstyrs fejlrisiko.

• Personlige sikkerhedsrisici : Kombinerede transformatorer er højspændingsudstyr. Skader kan føre til isolationsnedbrydning og lækkage, hvilket truer drifts- og vedligeholdelsespersonales sikkerhed.

3. Årsager til overspændingsfejl i kombinerede transformatorer

Under den faktiske drift oplever kombinerede transformatorer ofte højs-pændingsfuse-smeltning og PT-udbrænding. De vigtigste årsager inkluderer:

• Ferromagnetisk resonansoverspænding : Ferromagnetiske komponenter er lineære under nominel spænding. Under fejl saturerer magnetcirklen, og induktansen ændrer sig ikke-lineært. Det danner en oscillerings-løkke med systemkapacitance, hvilket udløser kontinuerlig ferromagnetisk resonans. Overspændingen forårsager hyppige fusnings/brande af PT-højs-pændingsfuse, hvilket truer net-sikkerheden.

• For stor sekundær belastning : For stor sekundær belastning får transformatoren at generere meget varme med vanskelig varmeafgivning. Den interne viklings-temperatur stiger for højt, og endelig brænder PT'en ud.

• Primær-sekundær side kortslutning : Kortslutninger på primær/sekundær side af PT'en genererer store strømme, hvilket forårsager højs-pændingsfuse-smeltning og udstyrsbrande.

• Tænd/sluk-overspænding : Ukorrekt operation genererer overspænding, hvilket forårsager PT-højs-pændingsfuse-smeltning.

• Lynoverspænding : Direkte/induktive lynoverspændinger nedbryder viklingsisoleringen, hvilket skader udstyret.

4. Sagsoversigt
4.1 Grundlæggende brugerinformation

Den 23. august 2021 opstod en A-fase PT-udbrændingfejl i en 35 kV brugers kombinerede transformator, hvilket resulterede i unøjagtig energimåling. I det forrige år oplevede denne kombinerede transformator 3 fejl. Inden januar 2021 blev brugeren forsynet med strøm fra 35 kV Shazi Station med normal måling. Efter august 2021 blev strømforsyningen ændret til 35 kV udgangsledning fra 110 kV Zhoujiaba Station (Zhouwan Linje #353 og Zhouri Linje #354 dobbelt-circuit strømforsyning). Total linjelængde er ca. 1,5 km. 35 kV siden er jordet via en buelukningsbobin. Målepunkterne er sat på de to 35 kV udgangsledninger fra 110 kV Zhoujiaba Station. Primærforbindelsen vises i figur 1.

4.2 Målepunkter og fejltidslinje

Både målepunkter anvender 35 kV kombinerede transformatorer, med tre-fase tre-led forbindelse og V/V-forbindelse for spændings-transformatorer. Heraf:

• 35 kV Zhouri Linje #354 (Målepunkt 2): Drift normal, ingen fejl;

• 35 kV Zhouwan Linje #353 (Målepunkt 1): Hyppige fejl.

Fejltidslinje:

• 23. august 2021: Første PT-udbrænding, erstattet med produkter fra Henan Xinyang Hutong Electric Co., Ltd.;

• 4. marts 2022: PT brænder igen, erstattet med kombinerede transformatorer fra Jiangxi Gandi Electric Co., Ltd.;

• 13. juni 2022: C-fase højs-pændingsfuse smelter, spændingstab;

• 21. september 2022: A-fase højs-pændingsfuse smelter, spændingstab igen.

4.3 Fejlanalyse

Når fejlen opstod, var brugerens belastning let, sekundærforbindelsen var normal, og der var ingen kortslutning. Efter test:

• Linjens jordingsmodstand er i overensstemmelse, og det hører til et ineffektivt jordet system. Jordingsfejl kan nemt forhindre lynstrøm i at aflede, hvilket udløser fuse-smeltning;

• Der var ingen overspænding under drift og vedligeholdelse, hvilket udelukker menneskelige faktorer.

Kombineret med fejl-fenomener og almindelige årsager, er den primære årsag bestemt til at være ferromagnetisk resonansoverspænding, med specifikke udløsende scenarier:

• Udløst af jordingsfejl: Når en enkelt-fase jordning opstår på linjen, dannes en parallelkreds mellem PT-viklingen og linjen til jorden kapacitance, der opfylder betingelserne for ferromagnetisk resonans. Enkelt-fase jordning forårsager, at spændingen i de andre to faser stiger, jernkernen saturerer hurtigt, og resonans forårsager, at viklingsstrømmen stiger, hvilket smelter højs-pændingsfusen; langvarig overstrøm vil også brænde PT'en ud.

• Udløst af ukorrekt operation: Systemets tre-fase belastning er i princippet balanceret, men under tænd/sluk-operationer er de tre faser ikke synkroniseret (tænd/sluk ikke samtidig), hvilket forårsager indtrængende strøm i spændings-transformatorviklingen og jernkern-saturering, hvilket udløser ferromagnetisk resonansoverspænding.

4.4 Løsninger

Efter analyse af fejlårsagerne, træffes følgende foranstaltninger:

• Installér harmonieliminationsenheder: Installér 1 sæt harmonieliminationsenheder på 35 kV bus-side af stationen for at undertrykke genopståelsen af ferromagnetisk resonans.

• Overspændingsbeskyttelse på sekundær side: Installér overspændingsbeskyttelsesenheder på sekundær side for at modstå overspænding, forårsaget af miljøfaktorer, og beskytte transformerens interne isolering.

• Harmoni-detektion og -behandling: Brug en lokal elektricitetsmålerkalibrator til at detektere harmonier i sekundærspændingen. Hvis der er anomalier, opfordres brugerne til at behandle dem for at sikre overholdelse af GB/T 14549 - 1993 "Strømkvalitet - Harmonier i offentlige strømningsnet": Total harmonisk fordrejning for 35 kV spænding ≤ 3%, uligeordens harmonier ≤ 2,4%, ligeordens harmonier ≤ 1,2%.

Gennemførelses-effekt: Efter implementeringen af foranstaltningerne, fungerer kombinerede transformatorer normalt, uden PT-udbrænding eller fuse-smeltning fejl.

4.5 Beregning af justering af elektricitetsmængde

Nøjagtigheden af elektricitetsmålingen er relateret til både strømforsynings- og forbrugsparternes økonomiske interesser. Fejl kræver justering af elektricitetsmængden. Denne artikel tager tredje fejl som eksempel og bruger korrektionskoefficientmetoden til beregning:

Princip: Sammenlign aktiv effekt under korrekt måling og fejlagtig måling for at få korrektionskoefficienten k, og derefter beregn justerings-electricity quantity \(\Delta W\). Ved antagelse af tre-fase belastningsbalance, er formel for korrektionskoefficienten k er:

(1) Fortolkning af korrektionskoefficient k

Når k > 1, er den aktive effekt under korrekt måling større end den under fejlagtig måling. Energimåler registrerer for lidt elektricitet under fejlen, og kunden skal supplere elektricitetsmængden. Når k = 1, måler energimåler korrekt. Når 0 < k < 1, overregistrerer energimåler elektricitet, og elektricitetsmængden skal refunderes til kunden. Når k < 0, kører energimåler baglæns, og kunden skal supplere elektricitetsmængden.

(2) Bruger-relaterede målingsparametre

Brugerens modtagelseskapacitet er 2500 kVA, og målingsmetoden er høj-forsyning høj-måling (målt af en højspændingskombineret målingsboks). Spændingsforholdet er 35000 V/100 V, og strømforholdet er 50 A/5 A. Den samlede målingsmultiplikator er 3500. Energimålernes kapacitet er 3&times;100 V/3&times;1.5 - 6 A, med præcision 0.5S.

Brugerens tredje fejl opstod den 13. juni 2022, hvor fase C mistede spænding. Strømmen blev genoprettet omkring kl. 8.00 den 4. august 2022. Tidsprisning for elektricitet er implementeret fra den 1. juli 2022. Indsamlede data som systemspænding, effekt og effektfaktor vises i tabel 1.

Beregning af justerings-elktricitetsmængde for første fase

Som ses i tabel 1, i perioden fra den 13. juni 2022 til den 30. juni 2022, er fase A's spænding normal, gennemsnitlig effektfaktor er 0,82, og elementvinklen er 34&deg;(L). Så effektfaktorvinklen &phi;=4&deg;(L).Antag at belastningen er balanceret, så korrektionskoefficienten er:

Beregningen af justerings-elktricitetsmængden er som følger:

Fra Formel (2) og Formel (3) kan det ses, at k > 1, hvilket betyder, at elektriciteten er undermålt, og en yderligere elektricitetsmængde på 15.134 kWh skal hentes ind.(2) Beregning af justerings-elktricitetsmængde for anden fase.I perioden fra den 1. juli 2022 til den 4. august 2022, er fase A's spænding normal, gennemsnitlig effektfaktor er 0,87, og elementvinklen er 29&deg;(L). Så effektfaktorvinklen &phi;=0&deg;.Antag at belastningen er balanceret, så korrektionskoefficienten er:

Beregningen af justerings-elktricitetsmængden er som følger:

Fra Formel (4) og Formel (5) kan det ses, at k > 1, hvilket betyder, at elektriciteten er undermålt, og en yderligere elektricitetsmængde på 51.996 kWh skal hentes ind.Total justerings-elktricitetsmængde, der skal hentes ind:

5. Konklusion

I den faktiske drift brænder kombinerede transformatorer ofte ud, og højs-pændingsfuse smelter, hvilket alvorligt truer net-sikkerheden. Normalt skyldes sådanne problemer resonansoverspænding, samt ukorrekt udstyrdesign/valg og parametermisoverensstemmelser.

Ved fejanalyse: Først tjekkes for transformatordefekter og verificeres højs-pændingsfuse-kapacitet. Andet, installeres korrekte primærharmonieliminationsenheder for at tackle resonansoverspænding. Efter en ulykke, reageres hurtigt og håndteres korrekt for at forhindre eskalation og sociale virkninger. Til sidst, læres af erfaring, forbedres fejlhåndteringsevner, og sikres net-sikkerhed.