Analisis at Pag-handle ng Anomalya sa Pagsukat ng 35 kV Outdoor Combined Transformer

1. Pagpapakilala

Ang madalas na pagkawaswas ng PT at pagputol ng primary-side fuse sa mga combined transformers ay nagdudulot ng hindi tama ang pagsukat ng enerhiya at seryosong nanganganib sa ligtas na operasyon ng grid ng kuryente. Ang papel na ito ay nakatuon sa paulit-ulit na pinsala sa PT at pagputol ng fuse ng isang 35 kV combined transformer, iminumungkahing solusyon, at pagbabawi ng mali na bilang ng enerhiya sa pamamagitan ng correction coefficients. Ito ay epektibong binabawasan ang pagkawala sa grid at nagbibigay ng alamin sa mga panganib sa serbisyo.

1.1 Pagpapakilala sa Combined Transformers

Sa sistema ng kuryente, ang mga combined transformers ay mahahalagang komponente ng mga aparato para sa pagsukat at proteksyon. Binubuo sila ng voltage transformers (PT) at current transformers, at ginagamit nila ang pagkakaiba ng bilang ng coil sa primary at secondary side upang i-convert ang malaking primary-side current at mataas na voltages sa maliit na current at voltages na angkop para sa secondary instruments at relay protection. Samantala, inaasikaso nila ang electrical isolation sa pagitan ng primary at secondary sides upang matiyak ang kaligtasan ng mga tauhan at kagamitan sa secondary side.

2. Mga Panganib ng Mga Kasiraan sa Combined Transformers

Bilang isang pangunahing aparato para sa pagsukat ng kuryente sa sistema, ang PT ng combined transformer ay responsable sa pag-convert ng mataas na voltage signals sa mababang voltage signals para sa mga aparato ng pagsukat/proteksyon. Kapag nasira ang PT o lumunok ang high-voltage fuse, ang mga panganib ay sumusunod:

• Nawalan ng Katumpakan ang Pagsukat : Ang pinsala sa PT at pagputol ng fuse ay maaaring magresulta sa mga error sa electric energy metering system, na nakakaapekto sa katumpakan ng pagsukat at nagpapadala ng mga di-pagkakaunawaan sa pagitan ng mga kumpanya ng pagbigay ng kuryente at mga gumagamit.

• Tumaas ang Bilang ng Kasiraan ng Kagamitan : Ang pinsala sa PT maaaring magdulot ng hindi balanse ang sistema ng voltage (sobrang mataas/sobrang mababa), na nagdudulot ng hindi stabil ang sistema; ang mga kasiraan sa transformer maaari ring maging sanhi ng hindi normal na operasyon ng mga aparato ng proteksyon, na nagdudulot ng pagtaas ng panganib ng iba pang kagamitan.

• Mga Panganib sa Personal na Kaligtasan : Ang mga combined transformers ay mga high-voltage equipment. Ang pinsala maaaring magdulot ng pagbawas ng insulation at pag-leak, na nanganganib sa personal na kaligtasan ng mga tauhan ng operasyon at pagmamanage.

3. Mga Sanhi ng Overvoltage Faults sa Combined Transformers

Sa aktwal na operasyon, madalas ang mga combined transformers ay may pagputol ng high-voltage fuse at pagkawaswas ng PT. Ang pangunahing mga sanhi ay kinabibilangan:

• Ferromagnetic Resonance Overvoltage : Ang mga ferromagnetic components ay linear sa ilalim ng rated voltage. Sa panahon ng mga kasiraan, ang magnetic circuit ay umuusbong, at ang inductance ay nagbabago nang hindi linear. Nagfo-form ng oscillation loop kasama ang system capacitance, ito'y nagtrigger ng patuloy na ferromagnetic resonance. Ang overvoltage ay nagdudulot ng madalas na pagputol/pagkawaswas ng high-voltage fuses ng PT, na nanganganib sa ligtas na operasyon ng grid.

• Sobra ang Secondary Load : Ang sobrang secondary load ay nagdudulot ng malaking init sa transformer na may hirap na pagdissipate. Tumataas ang temperatura ng internal winding nang sobra, na sa dulo ay nagdudulot ng pagkawaswas ng PT.

• Primary-Secondary Side Short Circuit : Ang short circuits sa primary/secondary side ng PT ay nagdudulot ng malaking current, na nagdudulot ng pagputol ng high-voltage fuse at pagkawaswas ng kagamitan.

• Switching Overvoltage : Ang hindi tama na operasyon ay nagdudulot ng overvoltage, na nagdudulot ng pagputol ng high-voltage fuse ng PT.

• Lightning Overvoltage : Ang direct/inductive lightning overvoltage ay nagdudulot ng pagbawas ng insulation ng winding, na nagdudulot ng pinsala sa kagamitan.

4. Pagsusuri ng Kaso
4.1 Pamantayan tungkol sa Impormasyon ng Gumagamit

Noong Agosto 23, 2021, isang A-phase PT burnout fault ang nangyari sa combined transformer ng isang 35 kV user, na nagresulta sa hindi tama ang pagsukat ng enerhiya. Sa nakaraang taon, ang combined transformer na ito ay may 3 faults. Bago Enero 2021, ang user ay pinagbigyan ng kuryente ng 35 kV Shazi Substation na may normal na pagsukat. Pagkatapos ng Agosto 2021, ang suplay ng kuryente ay inilipat sa 35 kV outgoing line ng 110 kV Zhoujiaba Substation (Zhouwan Line #353 at Zhouri Line #354 dual-circuit power supply). Ang kabuuang haba ng linya ay humigit-kumulang 1.5 km. Ang 35 kV side ay grounded via an arc-suppression coil. Ang mga metering points ay naitatag sa 2-circuit 35 kV outgoing lines ng 110 kV Zhoujiaba Substation. Ang primary wiring ay ipinapakita sa Figure 1.

4.2 Metering Points at Timeline ng Kasiraan

Ang parehong metering points ay gumagamit ng 35 kV combined transformers, na may three-phase three-wire connection at V/V connection para sa voltage transformers. Kabilang dito:

• 35 kV Zhouri Line #354 (Metering Point 2): Normal na operasyon, walang kasiraan;

• 35 kV Zhouwan Line #353 (Metering Point 1): Madalas na kasiraan.

Timeline ng Kasiraan:

• Agosto 23, 2021: Unang PT burnout, pinalitan ng produkto mula sa Henan Xinyang Hutong Electric Co., Ltd.;

• Marso 4, 2022: PT burns out muli, pinalitan ng combined transformers mula sa Jiangxi Gandi Electric Co., Ltd.;

• Hunyo 13, 2022: C-phase high-voltage fuse melts, nawalan ng voltage;

• Setyembre 21, 2022: A-phase high-voltage fuse melts, nawalan ng voltage muli.

4.3 Pagsusuri ng Kasiraan

Nang nangyari ang kasiraan, ang load ng user ay light, ang secondary wiring ay normal, at walang short circuit. Matapos ang pagsusuri:

• Ang grounding resistance ng linya ay compliant, at ito ay bahagi ng non-effective grounding system. Ang mga grounding faults maaaring madaling maging sanhi ng lightning current na hindi ma-discharge, nagtrigger ng pagputol ng fuse;

• Walang overvoltage sa operasyon at maintenance, na nagelimina ng human factors.

Kasama ang mga phenomena ng kasiraan at karaniwang mga sanhi, ang pangunahing sanhi ay natukoy na ferromagnetic resonance overvoltage, na may tiyak na triggering scenarios:

• Triggered by Grounding Faults: Kapag nangyari ang single-phase grounding sa linya, ang PT winding at ang line-to-ground capacitance ay bumubuo ng parallel circuit, na sumasapat sa kondisyon para sa ferromagnetic resonance. Ang single-phase grounding ay nagdudulot ng pagtaas ng voltage ng iba pang dalawang phase, ang iron core ay mabilis na umuusbong, at ang resonance ay nagdudulot ng pagtaas ng winding current, na nagtrigger ng pagputol ng high-voltage fuse; ang long-term overcurrent ay maaari ring maging sanhi ng pagkawaswas ng PT.

• Triggered by Improper Operation: Ang three-phase load ng sistema ay halos balanced, ngunit sa panahon ng switching operations, ang tatlong phase ay hindi synchronized (closing/opening hindi parehong oras), nagdudulot ng inrush current sa voltage transformer winding at iron core saturation, nagtrigger ng ferromagnetic resonance overvoltage.

4.4 Solusyon

Matapos ang pagsusuri ng mga sanhi ng kasiraan, ang mga sumusunod na hakbang ay inilapat:

• Install Harmonic Elimination Devices: Install 1 set ng harmonic elimination devices sa 35 kV bus side ng substation upang mapigilan ang pag-uulit ng ferromagnetic resonance.

• Overvoltage Protection sa Secondary Side: Install overvoltage protection devices sa secondary side upang labanan ang overvoltage na dulot ng environmental factors at protektahan ang internal insulation ng transformer.

• Harmonic Detection at Treatment: Gamitin ang on-site electric energy meter calibrator upang detektahin ang harmonics sa secondary voltage. Kung may abnormalidad, ipaglaban ang users na gamutin ito upang masiguro ang compliance sa GB/T 14549 - 1993 "Power Quality - Harmonics in Public Power Grids": Total harmonic distortion rate ng 35 kV voltage ≤ 3%, odd-order harmonics ≤ 2.4%, even-order harmonics ≤ 1.2%.

Epekto ng Implementasyon: Matapos ang implementasyon ng mga hakbang, ang combined transformer ay normal na gumagana, walang PT burnout o pagputol ng fuse.

4.5 Pagsusundan ng Kalkulasyon ng Bilang ng Kuryente

Ang katumpakan ng pagsukat ng elektrikong enerhiya ay may kaugnayan sa ekonomiko na interes ng parehong partido ng pagbibigay at paggamit ng kuryente. Ang mga kasiraan ay nangangailangan ng reconciliation ng bilang ng kuryente. Ang papel na ito ay gumagamit ng ikatlong kasiraan bilang halimbawa at gumagamit ng correction coefficient method para sa kalkulasyon:

Priinsipyong: Ikumpara ang active power sa tamang pagsukat at mali na pagsukat upang makakuha ng correction coefficient k, at pagkatapos ay kalkulahin ang reconciliation electricity quantity \(\Delta W\). Ang asusming na three-phase load balance, ang formula para sa correction coefficient k ay:

(1) Interpretasyon ng Correction Coefficient k

Kapag k > 1, ang active power sa tamang pagsukat ay mas malaki kaysa sa mali na pagsukat. Ang energy meter ay under-registers electricity sa panahon ng kasiraan, at ang customer ay dapat bayaran ang bilang ng kuryente. Kapag k = 1, ang energy meter ay tama ang pagsukat. Kapag 0 < k < 1, ang energy meter ay over-registers electricity, at ang bilang ng kuryente ay dapat ibalik sa customer. Kapag k < 0, ang energy meter ay reverse, at ang customer ay dapat bayaran ang bilang ng kuryente.

(2) User-related Metering Parameters

Ang receiving capacity ng user ay 2500 kVA, at ang paraan ng pagsukat ay high-supply high-metering (metered by a high-voltage combined metering box). Ang voltage ratio ay 35000 V/100 V, at ang current ratio ay 50 A/5 A. Ang comprehensive metering multiplier ay 3500. Ang energy meter capacity ay 3&times;100 V/3&times;1.5 - 6 A, na may accuracy ng 0.5S.

Ang ikatlong kasiraan ng user ay nangyari noong Hunyo 13, 2022, na nawalan ng voltage ang phase C. Ang kuryente ay naibalik sa paligid ng 8:00 ng Agosto 4, 2022. Ang time-of-use electricity pricing ay naipatupad simula noong Hulyo 1, 2022. Ang mga kolektadong data tulad ng system voltage, power, at power factor ay ipinapakita sa Table 1.

Kalkulasyon ng Reconciliation Electricity Quantity para sa Unang Stage

Talakayin sa Table 1, sa panahon mula Hunyo 13, 2022 hanggang Hunyo 30, 2022, ang voltage ng phase A ay normal, ang average power factor ay 0.82, at ang element angle ay 34&deg;(L). Pagkatapos, ang power factor angle &phi;=4&deg;(L).Assuming na ang load ay balanced, ang correction coefficient ay:

Ang kalkulasyon ng reconciliation electricity quantity ay sumusunod:

Mula sa Formula (2) at Formula (3), maaaring makita na k > 1, na nangangahulugan na ang electricity ay under-measured, at dapat ibalik ang additional electricity quantity na 15,134 kWh.(2) Kalkulasyon ng Reconciliation Electricity Quantity para sa Ikalawang Stage.Sa panahon mula Hulyo 1, 2022 hanggang Agosto 4, 2022, ang voltage ng phase A ay normal, ang average power factor ay 0.87, at ang element angle ay 29&deg;(L). Pagkatapos, ang power factor angle &phi;=0&deg;.Assuming na ang load ay balanced, ang correction coefficient ay:

Ang kalkulasyon ng reconciliation electricity quantity ay sumusunod:

Mula sa Formula (4) at Formula (5), maaaring makita na k > 1, na nangangahulugan na ang electricity ay under-measured, at dapat ibalik ang additional electricity quantity na 51,996 kWh.Total reconciliation electricity quantity na dapat ibalik:

5. Kasimpulan

Sa aktwal na operasyon, madalas ang mga combined transformers ang nagkakawaswas at ang high-voltage fuses ay naglulunok, na nanganganib sa ligtas na operasyon ng grid. Karaniwan, ang ganitong mga isyu ay resulta ng resonance overvoltage, kasama ang hindi tama na disenyo/pili ng kagamitan at mismatch ng mga parameter.

Kapag nagsusuri ng mga kasiraan: Una, suriin ang mga defect ng transformer at verify ang capacity ng high-voltage fuse. Pangalawa, install ang proper na primary harmonic elimination devices upang harapin ang resonance overvoltage. Pagkatapos ng isang aksidente, tugunan agad at tama na handlin upang maiwasan ang pagtaas ng epekto at sosyal na impluwensya. Sa wakas, matuto mula sa karanasan, i-improve ang kakayahan sa pag-handle ng mga kasiraan, at siguruhin ang ligtas na operasyon ng grid.