Analyse und Behandlung von Messanomalien bei 35 kV Freiluftkombinatransformatoren

1. Einführung

Häufige Vorkommnisse von PT-Ausfällen und der Schmelzen von Hochspannungssicherungen in kombinierten Transformatoranlagen führen zu ungenauen Energiemessungen und bedrohen ernsthaft den sicheren Betrieb des Stromnetzes. Dieser Artikel konzentriert sich auf die wiederholten PT-Schäden und das Schmelzen von Sicherungen bei einem 35 kV kombinierten Transformator, untersucht die Ursachen für die Fehler, schlägt Lösungen vor und korrigiert die falsche Energiemenge durch Korrekturfaktoren. Dadurch werden Netzverluste effektiv reduziert und Dienstleistungsrisiken gemindert.

1.1 Einführung in kombinierte Transformatoren

Im Energiesystem sind kombinierte Transformatoren Schlüsselkomponenten von Mess- und Schutzgeräten. Sie bestehen aus Spannungstransformatoren (PT) und Stromtransformatoren und nutzen die Wicklungsdifferenz zwischen Primär- und Sekundärspulen, um große Primärströme und hohe Spannungen in kleine Ströme und Spannungen umzuwandeln, die für sekundäre Instrumente und Relaisschutz geeignet sind. Gleichzeitig wird eine elektrische Trennung zwischen Primär- und Sekundarseite erreicht, um die Sicherheit von Personal und Ausrüstung auf der Sekundarseite zu gewährleisten.

2. Gefahren durch Fehler an kombinierten Transformatoren

Als zentrales Messgerät im Energiesystem ist der PT eines kombinierten Transformators dafür verantwortlich, Hochspannungssignale in Niederspannungssignale für Mess- und Schutzgeräte umzuwandeln. Wenn der PT beschädigt oder die Hochspannungssicherung schmilzt, ergeben sich folgende Gefahren:

• Verminderte Messgenauigkeit : PT-Schäden und das Schmelzen von Sicherungen können zu Fehlern im Elektronischen Energiemesssystem führen, was die Messgenauigkeit beeinträchtigt und Streitigkeiten zwischen Energieversorgungsunternehmen und Nutzern auslöst.

• Erhöhte Ausfallrate von Geräten : PT-Schäden können zu einem Systemspannungsausgleich (zu hoch/zu niedrig) führen, was die Systemstabilität stört; Transformatorfehler können auch zu einem ungewöhnlichen Betrieb von Schutzgeräten führen und das Ausfallrisiko anderer Geräte erhöhen.

• Gefahren für die persönliche Sicherheit : Kombinierte Transformatoren sind Hochspannungseinrichtungen. Beschädigungen können zu Isolationsdurchbrüchen und Lecks führen, was die persönliche Sicherheit von Betriebs- und Wartungspersonal gefährdet.

3. Ursachen für Überspannungsschäden an kombinierten Transformatoren

Während des tatsächlichen Betriebs erleben kombinierte Transformatoren häufig das Schmelzen von Hochspannungssicherungen und das Verbrennen von PTs. Die Hauptursachen sind:

• Ferroresonanzüberspannung : Ferromagnetische Komponenten sind unter Nennspannung linear. Bei Störungen sättigt sich der magnetische Kreis, und die Induktivität ändert sich nichtlinear. Durch die Bildung eines Oszillationskreises mit dem Systemkapazität wird eine kontinuierliche ferromagnetische Resonanz ausgelöst. Die Überspannung verursacht häufiges Verschmelzen/Verbrennen von Hochspannungssicherungen, was die Netzsicherheit bedroht.

• Übermäßige Sekundärbelastung : Eine übermäßige Sekundärbelastung verursacht, dass der Transformator viel Wärme erzeugt, die schwer abgeleitet wird. Die interne Wicklungstemperatur steigt zu hoch, wodurch der PT letztendlich verbrennt.

• Kurzschluss auf Primär- und Sekundarseite : Kurzschlüsse auf der Primär- oder Sekundarseite des PTs erzeugen große Ströme, was zum Schmelzen der Hochspannungssicherung und zur Zerstörung der Ausrüstung führt.

• Schaltüberspannung : Unrichtige Bedienung erzeugt Überspannung, was das Schmelzen der Hochspannungssicherung verursacht.

• Blitzüberspannung : Direkte oder induktive Blitzüberspannung führt zum Durchschlag der Wickelisolierung und zur Beschädigung der Ausrüstung.

4. Fallanalyse
4.1 Grundlegende Nutzerinformationen

Am 23. August 2021 trat ein PT-Ausfall im A-Phasenbereich des kombinierten Transformators eines 35-kV-Nutzers auf, was zu ungenauen Energiemessungen führte. Im Vorjahr hatte dieser kombinierte Transformator 3 Ausfälle erlebt. Bis Januar 2021 wurde der Nutzer über das 35-kV-Umspannwerk Shazi mit normaler Messung versorgt. Ab August 2021 wurde die Versorgung auf die 35-kV-Ausgangsleitung des 110-kV-Umspannwerks Zhoujiaba (Zhouwan-Leitung #353 und Zhouri-Leitung #354, Doppelstromversorgung) geändert. Die Gesamtlinienlänge beträgt etwa 1,5 km. Die 35-kV-Seite ist über einen Bogenlöschspule geerdet. Die Messpunkte sind an den 2 35-kV-Ausgangsleitungen des 110-kV-Umspannwerks Zhoujiaba festgelegt. Das primäre Verkabelungsschema ist in Abbildung 1 dargestellt.

4.2 Messpunkte und Fehlerzeitachse

Beide Messpunkte verwenden 35-kV-kombinierte Transformatoren mit dreiphasiger Dreileiterverbindung und V/V-Verbindung für Spannungstransformatoren. Dabei gilt:

• 35-kV-Zhouri-Leitung #354 (Messpunkt 2): Normaler Betrieb, keine Fehler;

• 35-kV-Zhouwan-Leitung #353 (Messpunkt 1): Häufige Fehler.

Fehlerzeitachse:

• 23. August 2021: Erster PT-Ausfall, Austausch durch Produkte von Henan Xinyang Hutong Electric Co., Ltd.;

• 4. März 2022: PT brennt erneut aus, Austausch durch kombinierte Transformatoren von Jiangxi Gandi Electric Co., Ltd.;

• 13. Juni 2022: C-Phasen-Hochspannungssicherung schmilzt, Spannungsverlust;

• 21. September 2022: A-Phasen-Hochspannungssicherung schmilzt, erneuter Spannungsverlust.

4.3 Fehleranalyse

Beim Auftreten des Fehlers war die Nutzerlast gering, die sekundäre Verkabelung war normal, und es gab keinen Kurzschluss. Nach Prüfung:

• Der Leitungsbodenwiderstand ist konform, und es handelt sich um ein nicht wirksam geerdetes System. Erdungsfehler können leicht dazu führen, dass Blitze nicht abgeführt werden, was das Schmelzen der Sicherungen auslöst;

• Es gab keine Überspannung während des Betriebs und der Wartung, menschliche Faktoren wurden ausgeschlossen.

In Verbindung mit den Fehlererscheinungen und den häufigen Ursachen wurde als Hauptursache die ferromagnetische Resonanzüberspannung festgestellt, mit spezifischen Auslöseszenarien:

• Ausgelöst durch Erdungsfehler: Bei einer Einphasenerdung auf der Leitung bilden die PT-Wicklungen und die Leitung-Erde-Kapazität einen Parallelschaltkreis, der die Bedingungen für ferromagnetische Resonanz erfüllt. Eine Einphasenerdung führt dazu, dass die Spannung der anderen beiden Phasen steigt, der Eisenkern sättigt sich schnell, und die Resonanz verursacht einen starken Anstieg des Wickelstroms, was zum Schmelzen der Hochspannungssicherung führt; langfristige Überströme führen auch zum Verbrennen des PT.

• Ausgelöst durch fehlerhafte Bedienung: Die Dreiphasenbelastung des Systems ist im Allgemeinen ausgeglichen, aber bei Schaltvorgängen sind die drei Phasen nicht synchron (Schließen/Öffnen nicht gleichzeitig), was zu einem Einschubstrom in der Spannungswandlerwicklung und zur Sättigung des Eisenkerns führt, was die ferromagnetische Resonanzüberspannung auslöst.

4.4 Lösungen

Nach der Analyse der Fehlerursachen wurden folgende Maßnahmen ergriffen:

• Installation von Harmonikbeseitigungsgeräten: Installation eines Satzes von Harmonikbeseitigungsgeräten auf der 35-kV-Busseite des Umspannwerks, um die Wiederholung der ferromagnetischen Resonanz zu unterdrücken.

• Überspannungsschutz auf der Sekundarseite: Installation von Überspannungsschutzgeräten auf der Sekundarseite, um Umweltbedingungen verursachte Überspannungen zu widerstehen und die interne Isolation des Transformators zu schützen.

• Harmonikanalyse und -behandlung: Verwendung eines mobilen Energiemesskalibrators zur Detektion von Harmoniken in der Sekundärspannung. Bei Auffälligkeiten sollten Nutzer behandelt werden, um die Einhaltung von GB/T 14549-1993 "Energiewirtschaft - Harmonische in öffentlichen Stromnetzen" sicherzustellen: Gesamtharmonischer Verzerrungsfaktor der 35-kV-Spannung ≤ 3%, ungerade Harmonische ≤ 2,4%, gerade Harmonische ≤ 1,2%.

Umsetzungsergebnis: Nach der Umsetzung der Maßnahmen arbeitet der kombinierte Transformator normal, ohne weitere PT-Ausfälle oder Sicherungsschmelzen.

4.5 Berechnung der Energiemengenabstimmung

Die Genauigkeit der Energiemessung steht in direktem Zusammenhang mit den wirtschaftlichen Interessen beider Seiten, Energieversorgung und -nutzung. Fehler erfordern eine Energiemengenabstimmung. In diesem Artikel wird der dritte Fehler als Beispiel genommen und die Berechnung mit dem Korrekturfaktormethode durchgeführt:

Prinzip: Vergleich der aktiven Leistung während korrekter und fehlerhafter Messung, um den Korrekturfaktor k zu erhalten, und anschließend die Abstimmungsmenge \(\Delta W\) zu berechnen. Unter der Annahme eines ausgeglichenen Dreiphasenlastens ist die Formel für den Korrekturfaktor k:

(1) Interpretation des Korrekturfaktors k

Wenn k > 1, ist die aktive Leistung bei korrekter Messung größer als bei fehlerhafter Messung. Der Energiemesser registriert während des Fehlers weniger Energie, und der Kunde muss die Energiemenge nachtragen. Wenn k = 1, misst der Energiemesser korrekt. Wenn 0 < k < 1, registriert der Energiemesser mehr Energie, und die Energiemenge sollte an den Kunden zurückgezahlt werden. Wenn k < 0, läuft der Energiemesser rückwärts, und der Kunde muss die Energiemenge nachtragen.

(2) Messparameter des Nutzers

Die Aufnahmeleistung des Nutzers beträgt 2500 kVA, und die Messmethode ist Hochspannungshochmessung (gemessen durch eine Hochspannungskombinationsmessbox). Das Spannungsverhältnis beträgt 35000 V/100 V, und das Stromverhältnis beträgt 50 A/5 A. Der gesamte Messmultiplikator beträgt 3500. Die Kapazität des Energiemessers ist 3&times;100 V/3&times;1.5 - 6 A, mit einer Genauigkeit von 0.5S.

Der dritte Fehler des Nutzers trat am 13. Juni 2022 auf, wobei Phase C die Spannung verlor. Die Energieversorgung wurde um 8:00 Uhr am 4. August 2022 wiederhergestellt. Seit dem 1. Juli 2022 wurde zeitabhängiges Energiemanagement eingeführt. Die gesammelten Daten wie Systemspannung, Leistung und Leistungsfaktor sind in Tabelle 1 dargestellt.

Berechnung der Abstimmungsmenge für die erste Phase

Wie in Tabelle 1 zu sehen, war während des Zeitraums vom 13. Juni 2022 bis zum 30. Juni 2022 die Spannung der Phase A normal, der durchschnittliche Leistungsfaktor betrug 0,82, und der Elementwinkel betrug 34&deg;(L). Dann beträgt der Leistungsfaktorwinkel &phi;=4&deg;(L). Unter der Annahme eines ausgeglichenen Lastens beträgt der Korrekturfaktor:

Die Berechnung der Abstimmungsmenge erfolgt wie folgt:

Aus Formel (2) und Formel (3) kann man sehen, dass k > 1, was bedeutet, dass die Energie unterregisteriert wurde, und eine zusätzliche Energiemenge von 15.134 kWh nachgetragen werden sollte.(2) Berechnung der Abstimmungsmenge für die zweite Phase.Während des Zeitraums vom 1. Juli 2022 bis zum 4. August 2022 war die Spannung der Phase A normal, der durchschnittliche Leistungsfaktor betrug 0,87, und der Elementwinkel betrug 29&deg;(L). Dann beträgt der Leistungsfaktorwinkel &phi;=0&deg;. Unter der Annahme eines ausgeglichenen Lastens beträgt der Korrekturfaktor:

Die Berechnung der Abstimmungsmenge erfolgt wie folgt:

Aus Formel (4) und Formel (5) kann man sehen, dass k > 1, was bedeutet, dass die Energie unterregisteriert wurde, und eine zusätzliche Energiemenge von 51.996 kWh nachgetragen werden sollte.Gesamtmenge der nachzutragenden Energie:

5. Schlussfolgerung

Im tatsächlichen Betrieb brennen kombinierte Transformatoren oft aus, und Hochspannungssicherungen schmelzen, was die Netzsicherheit ernsthaft gefährdet. Solche Probleme resultieren in der Regel aus Resonanzüberspannungen sowie unangemessenen Gerätekonstruktionen/Auswahlen und Parameterungleichheiten.

Bei der Fehleranalyse: Erstens, prüfen Sie auf Transformatordefekte und überprüfen Sie die Kapazität der Hochspannungssicherungen. Zweitens, installieren Sie geeignete harmonische Beseitigungsgeräte, um Resonanzüberspannungen zu bekämpfen. Nach einem Unfall reagieren Sie schnell und richtig, um eine Eskalation und soziale Auswirkungen zu verhindern. Schließlich lernen Sie aus der Erfahrung, verbessern Sie Ihre Fähigkeiten im Umgang mit Fehlern und stellen Sie die Netzsicherheit sicher.