Análisis y Manejo de Anomalías de Medición en Transformador Combinado al Aire Libre de 35 kV
1. Introducción
La frecuente ocurrencia de quemaduras en PT y fusibles fundidos en el lado primario de transformadores combinados conduce a mediciones inexactas del medidor de energía y amenaza seriamente la operación segura de la red eléctrica. Este artículo se centra en los daños repetitivos en PT y la fusión de fusibles de un transformador combinado de 35 kV, investiga las causas de los fallos, propone soluciones y recupera la cantidad de electricidad incorrecta a través de coeficientes de corrección. Esto reduce eficazmente las pérdidas de la red y mitiga los riesgos de servicio.
1.1 Introducción a los Transformadores Combinados
En el sistema de potencia, los transformadores combinados son componentes clave de dispositivos de medición y protección. Compuestos por transformadores de tensión (PT) y transformadores de corriente, utilizan la diferencia de espiras entre las bobinas primaria y secundaria para convertir las grandes corrientes y altas tensiones del lado primario en pequeñas corrientes y tensiones adecuadas para instrumentos secundarios y protección por relés. Al mismo tiempo, logran la aislación eléctrica entre los lados primario y secundario para garantizar la seguridad del personal y el equipo en el lado secundario.
2. Peligros de los Fallos en Transformadores Combinados
Como dispositivo de medición de potencia central en el sistema de potencia, el PT de un transformador combinado es responsable de convertir señales de alta tensión en señales de baja tensión para dispositivos de medición/protección. Cuando el PT se daña o se funde el fusible de alta tensión, los peligros son los siguientes:
3. Causas de los Fallos por Sobre tensión en Transformadores Combinados
Durante la operación real, los transformadores combinados a menudo experimentan la fusión de fusibles de alta tensión y la quema de PT. Las causas principales incluyen:
4. Análisis de Caso
4.1 Información Básica del Usuario
El 23 de agosto de 2021, ocurrió un fallo de quema de PT en fase A en el transformador combinado de un usuario de 35 kV, resultando en una medición inexacta del medidor de energía. En el año anterior, este transformador combinado había experimentado 3 fallos. Antes de enero de 2021, el usuario era alimentado por la subestación de 35 kV Shazi con medición normal. Después de agosto de 2021, el suministro de energía se cambió a la línea de salida de 35 kV de la subestación de 110 kV Zhoujiaba (suministro dual de la línea #353 Zhouwan y la línea #354 Zhouri). La longitud total de la línea es de aproximadamente 1,5 km. El lado de 35 kV está conectado a tierra a través de una bobina de supresión de arco. Los puntos de medición están establecidos en las dos líneas de salida de 35 kV de la subestación de 110 kV Zhoujiaba. El cableado primario se muestra en la Figura 1.
4.2 Puntos de Medición y Cronología de Fallos
Ambos puntos de medición utilizan transformadores combinados de 35 kV, con conexión trifásica de tres cables y conexión V/V para los transformadores de tensión. Entre ellos:
Cronología de Fallos:
23 de agosto de 2021: Primera quema de PT, reemplazada con productos de Henan Xinyang Hutong Electric Co., Ltd.;
4 de marzo de 2022: El PT se quema nuevamente, reemplazado con transformadores combinados de Jiangxi Gandi Electric Co., Ltd.;
13 de junio de 2022: Se funde el fusible de alta tensión en fase C, pérdida de tensión;
21 de septiembre de 2022: Se funde el fusible de alta tensión en fase A, pérdida de tensión nuevamente.
4.3 Análisis de Fallos
Cuando ocurrió el fallo, la carga del usuario era ligera, el cableado secundario era normal y no había cortocircuitos. Tras las pruebas:
Combinando los fenómenos de fallos y las causas comunes, se determina que la causa principal es la sobre tensión por resonancia ferromagnética, con escenarios específicos de activación:
4.4 Soluciones
Después de analizar las causas de los fallos, se toman las siguientes medidas:
Efecto de Implementación: Después de implementar las medidas, el transformador combinado opera normalmente, sin quemas de PT ni fusión de fusibles.
4.5 Cálculo de Reconciliación de Cantidad de Electricidad
La precisión de la medición de energía eléctrica está relacionada con los intereses económicos tanto de los suministradores como de los consumidores. Los fallos requieren reconciliación de la cantidad de electricidad. Este artículo toma el tercer fallo como ejemplo y utiliza el método del coeficiente de corrección para el cálculo:
Principio: Comparar la potencia activa durante la medición correcta e incorrecta para obtener el coeficiente de corrección k, y luego calcular la cantidad de electricidad de reconciliación \(\Delta W\). Asumiendo un equilibrio de carga trifásica, la fórmula para el coeficiente de corrección k es:
(1) Interpretación del Coeficiente de Corrección k
Cuando , la potencia activa durante la medición correcta es mayor que la de la medición incorrecta. El medidor de energía registra menos electricidad durante el fallo, y el cliente debe compensar la cantidad de electricidad. Cuando k = 1, el medidor de energía mide correctamente. Cuando 0 < k < 1, el medidor de energía registra más electricidad, y la cantidad de electricidad debe ser reembolsada al cliente. Cuando k < 0, el medidor de energía se invierte, y el cliente debe compensar la cantidad de electricidad.
(2) Parámetros de Medición Relacionados con el Usuario
La capacidad de recepción del usuario es de 2500 kVA, y el método de medición es de alta suministración y alta medición (medido por una caja de medición combinada de alta tensión). La relación de tensión es de 35000 V/100 V, y la relación de corriente es de 50 A/5 A. El multiplicador de medición integral es de 3500. La capacidad del medidor de energía es 3×100 V/3×1.5 - 6 A, con una precisión de 0.5S.
El tercer fallo del usuario ocurrió el 13 de junio de 2022, con la pérdida de tensión en la fase C. La energía se restauró alrededor de las 8:00 del 4 de agosto de 2022. Se implementó la tarifa de electricidad por horas desde el 1 de julio de 2022. Los datos recopilados, como la tensión del sistema, la potencia y el factor de potencia, se muestran en la Tabla 1.
Cálculo de la Cantidad de Electricidad de Reconciliación para la Primera Etapa
Como se puede ver en la Tabla 1, durante el período del 13 de junio de 2022 al 30 de junio de 2022, la tensión de la fase A es normal, el factor de potencia promedio es de 0.82, y el ángulo del elemento es 34°(L). Entonces, el ángulo de factor de potencia φ=4°(L).Asumiendo que la carga es equilibrada, el coeficiente de corrección es:
El cálculo de la cantidad de electricidad de reconciliación es el siguiente:
De la Fórmula (2) y la Fórmula (3), se puede ver que , lo que significa que la electricidad está subregistrada, y se debe recuperar una cantidad adicional de 15,134 kWh.(2) Cálculo de la Cantidad de Electricidad de Reconciliación para la Segunda Etapa.Durante el período del 1 de julio de 2022 al 4 de agosto de 2022, la tensión de la fase A es normal, el factor de potencia promedio es de 0.87, y el ángulo del elemento es 29°(L). Entonces, el ángulo de factor de potencia φ=0°.Asumiendo que la carga es equilibrada, el coeficiente de corrección es:
El cálculo de la cantidad de electricidad de reconciliación es el siguiente:
De la Fórmula (4) y la Fórmula (5), se puede ver que , lo que significa que la electricidad está subregistrada, y se debe recuperar una cantidad adicional de 51,996 kWh.Cantidad total de electricidad de reconciliación a recuperar:
5. Conclusión
En la operación real, los transformadores combinados a menudo se queman y los fusibles de alta tensión se funden, poniendo en grave peligro la seguridad de la red. Generalmente, tales problemas resultan de la sobre tensión por resonancia, junto con un diseño/selección inadecuado del equipo y desajustes de parámetros.
Al analizar los fallos: primero, se debe verificar defectos en el transformador y comprobar la capacidad de los fusibles de alta tensión. Segundo, se deben instalar dispositivos de eliminación de armónicos primarios adecuados para abordar la sobre tensión por resonancia. Después de un accidente, se debe responder de manera rápida y manejar correctamente para prevenir la escalada y los impactos sociales. Finalmente, se debe aprender de la experiencia, mejorar las habilidades de resolución de fallos y garantizar la seguridad de la red.
