Analyse et Traitement de l'Anomalie de Comptage du Transformateur Combiné Extérieur 35 kV

1. Introduction

Les pannes fréquentes de PT et la fusion des fusibles du côté primaire dans les transformateurs combinés entraînent une mesure inexacte de l'énergie électrique et menacent sérieusement le fonctionnement sécurisé du réseau électrique. Cet article se concentre sur les dommages répétés du PT et les problèmes de fusion des fusibles d'un transformateur combiné de 35 kV, enquête sur les causes des pannes, propose des solutions et récupère la quantité d'électricité incorrecte à travers des coefficients de correction. Ceci réduit efficacement les pertes du réseau et atténue les risques de service.

1.1 Présentation des transformateurs combinés

Dans le système électrique, les transformateurs combinés sont des composants clés des dispositifs de comptage et de protection. Composés de transformateurs de tension (PT) et de transformateurs de courant, ils utilisent la différence de spires entre les bobines primaire et secondaire pour convertir les grands courants et les hautes tensions du côté primaire en petits courants et tensions adaptés aux instruments secondaires et à la protection par relais. En outre, ils réalisent une isolation électrique entre les côtés primaire et secondaire pour assurer la sécurité du personnel et des équipements du côté secondaire.

2. Dangers des pannes des transformateurs combinés

En tant que dispositif de mesure électrique central dans le système électrique, le PT d'un transformateur combiné est responsable de la conversion des signaux haute tension en signaux basse tension pour les dispositifs de comptage/protection. Lorsque le PT est endommagé ou que le fusible haute tension fond, les dangers sont les suivants :

• Précision de comptage altérée : Les dommages au PT et la fusion des fusibles peuvent causer des erreurs dans le système de comptage d'énergie électrique, affectant la précision du comptage et provoquant des litiges entre les entreprises de fourniture d'électricité et les utilisateurs.

• Taux de défaillance des équipements accru : Les dommages au PT peuvent causer un déséquilibre de la tension du système (trop haute/trop basse), perturbant la stabilité du système ; les pannes des transformateurs peuvent également causer un fonctionnement anormal des dispositifs de protection, augmentant le risque de défaillance d'autres équipements.

• Risques pour la sécurité personnelle : Les transformateurs combinés sont des équipements haute tension. Les dommages peuvent conduire à une rupture d'isolation et à des fuites, menaçant la sécurité personnelle du personnel d'exploitation et de maintenance.

3. Causes des pannes de surtension dans les transformateurs combinés

Lors de l'exploitation réelle, les transformateurs combinés connaissent souvent des pannes de fusion des fusibles haute tension et de brûlure du PT. Les principales causes incluent :

• Surtension de résonance ferromagnétique : Les composants ferromagnétiques sont linéaires sous la tension nominale. En cas de panne, le circuit magnétique sature et l'inductance change de manière non linéaire. Formant une boucle d'oscillation avec la capacité du système, cela déclenche une résonance ferromagnétique continue. La surtension cause la fusion fréquente des fusibles haute tension du PT, menaçant la sécurité du réseau.

• Charge secondaire excessive : Une charge secondaire excessive fait que le transformateur génère beaucoup de chaleur avec une dissipation thermique difficile. La température interne des enroulements augmente trop, finissant par brûler le PT.

• Court-circuit côté primaire-secondaire : Les courts-circuits sur le côté primaire/secondaire du PT génèrent de forts courants, causant la fusion des fusibles haute tension et la destruction des équipements.

• Surtension de commutation : Une opération incorrecte génère une surtension, faisant fondre le fusible haute tension du PT.

• Surtension de foudre : La surtension directe/inductive de la foudre rompt l'isolation des enroulements, endommageant les équipements.

4. Analyse de cas
4.1 Informations de base sur l'utilisateur

Le 23 août 2021, une panne de brûlure du PT phase A s'est produite dans le transformateur combiné d'un utilisateur de 35 kV, entraînant une mesure inexacte de l'énergie électrique. L'année précédente, ce transformateur combiné avait connu 3 pannes. Avant janvier 2021, l'utilisateur était alimenté par la sous-station de 35 kV Shazi avec un comptage normal. Après août 2021, l'alimentation a été changée vers la ligne de sortie de 35 kV de la sous-station de 110 kV Zhoujiaba (alimentation double circuit de la ligne Zhouwan #353 et de la ligne Zhouri #354). La longueur totale de la ligne est d'environ 1,5 km. Le côté 35 kV est mis à la terre via une bobine d'extinction d'arc. Les points de comptage sont situés sur les deux lignes de sortie 35 kV de la sous-station de 110 kV Zhoujiaba. Le câblage primaire est montré à la Figure 1.

4.2 Points de comptage et chronologie des pannes

Les deux points de comptage utilisent des transformateurs combinés de 35 kV, avec une connexion triphasée trois fils et une connexion V/V pour les transformateurs de tension. Parmi eux :

• Ligne 35 kV Zhouri #354 (point de comptage 2) : Fonctionne normalement, sans pannes ;

• Ligne 35 kV Zhouwan #353 (point de comptage 1) : Pannes fréquentes.

Chronologie des pannes :

• 23 août 2021 : Première brûlure du PT, remplacé par des produits de Henan Xinyang Hutong Electric Co., Ltd. ;

• 4 mars 2022 : Nouvelle brûlure du PT, remplacé par des transformateurs combinés de Jiangxi Gandi Electric Co., Ltd. ;

• 13 juin 2022 : Fusion du fusible haute tension phase C, perte de tension ;

• 21 septembre 2022 : Nouvelle fusion du fusible haute tension phase A, perte de tension à nouveau.

4.3 Analyse des pannes

Lors de la panne, la charge de l'utilisateur était légère, le câblage secondaire était normal, et il n'y avait pas de court-circuit. Après des tests :

• La résistance de mise à la terre de la ligne est conforme, et elle appartient à un système de mise à la terre non efficace. Les pannes de mise à la terre peuvent facilement empêcher le courant de foudre de se décharger, déclenchant la fusion des fusibles ;

• Il n'y avait pas de surtension lors de l'exploitation et de la maintenance, éliminant les facteurs humains.

Combinée aux phénomènes de panne et aux causes courantes, la cause principale est déterminée comme étant la surtension de résonance ferromagnétique, avec des scénarios de déclenchement spécifiques :

• Déclenchée par les pannes de mise à la terre: Lorsqu'une mise à la terre monophasée se produit sur la ligne, l'enroulement du PT et la capacité ligne-terre forment un circuit parallèle, répondant aux conditions de résonance ferromagnétique. La mise à la terre monophasée fait monter la tension des deux autres phases, le noyau saturant rapidement, et la résonance provoque une augmentation brutale du courant de l'enroulement, faisant fondre le fusible haute tension ; un surcourant à long terme peut également brûler le PT.

• Déclenchée par une opération incorrecte: La charge triphasée du système est globalement équilibrée, mais lors des opérations de commutation, les trois phases ne sont pas synchronisées (fermeture/ouverture non simultanée), provoquant un courant d'inrush dans l'enroulement du transformateur de tension et la saturation du noyau, déclenchant une surtension de résonance ferromagnétique.

4.4 Solutions

Après avoir analysé les causes des pannes, les mesures suivantes sont prises :

• Installation de dispositifs d'élimination des harmoniques: Installer 1 ensemble de dispositifs d'élimination des harmoniques sur le côté bus 35 kV de la sous-station pour supprimer la récurrence de la résonance ferromagnétique.

• Protection contre la surtension sur le côté secondaire: Installer des dispositifs de protection contre la surtension sur le côté secondaire pour résister à la surtension causée par les facteurs environnementaux et protéger l'isolation interne du transformateur.

• Détection et traitement des harmoniques: Utiliser un calibreur d'énergie électrique sur site pour détecter les harmoniques de la tension secondaire. En cas d'anomalies, inciter les utilisateurs à les traiter pour assurer la conformité avec la norme GB/T 14549 - 1993 "Qualité de l'énergie - Harmoniques dans les réseaux publics d'électricité" : taux de distorsion harmonique total de la tension 35 kV ≤ 3 %, harmoniques d'ordre impair ≤ 2,4 %, harmoniques d'ordre pair ≤ 1,2 %.

Effet de la mise en œuvre : Après la mise en œuvre des mesures, le transformateur combiné fonctionne normalement, sans brûlure du PT ni fusion des fusibles.

4.5 Calcul de conciliation de la quantité d'électricité

La précision du comptage de l'énergie électrique est liée aux intérêts économiques des parties fournisseuses et consommatrices d'électricité. Les pannes nécessitent une conciliation de la quantité d'électricité. Cet article prend la troisième panne comme exemple et utilise la méthode du coefficient de correction pour le calcul :

Principe: Comparer la puissance active lors d'un comptage correct et d'un comptage incorrect pour obtenir le coefficient de correction k, puis calculer la quantité d'électricité de conciliation \(\Delta W\). En supposant un équilibre de la charge triphasée, la formule du coefficient de correction k est :

(1) Interprétation du coefficient de correction k

Lorsque k > 1, la puissance active lors d'un comptage correct est supérieure à celle lors d'un comptage incorrect. Le compteur d'énergie sous-enregistre l'électricité pendant la panne, et le client doit compenser la quantité d'électricité. Lorsque k = 1, le compteur d'énergie mesure correctement. Lorsque 0 < k < 1, le compteur d'énergie sur-enregistre l'électricité, et la quantité d'électricité doit être remboursée au client. Lorsque k < 0, le compteur d'énergie inverse, et le client doit compenser la quantité d'électricité.

(2) Paramètres de comptage liés à l'utilisateur

La capacité de réception de l'utilisateur est de 2500 kVA, et la méthode de comptage est haute tension - haute mesure (mesurée par une boîte de comptage combinée haute tension). Le rapport de tension est de 35000 V/100 V, et le rapport de courant est de 50 A/5 A. Le multiplicateur de comptage global est de 3500. La capacité du compteur d'énergie est 3&times;100 V/3&times;1.5 - 6 A, avec une précision de 0,5S.

La troisième panne de l'utilisateur s'est produite le 13 juin 2022, avec une perte de tension de la phase C. L'alimentation a été rétablie vers 8h00 le 4 août 2022. Un tarif d'électricité horaire a été mis en place depuis le 1er juillet 2022. Les données collectées telles que la tension système, la puissance et le facteur de puissance sont présentées dans le Tableau 1.

Calcul de la quantité d'électricité de conciliation pour la première période

Comme on peut le voir dans le Tableau 1, pendant la période du 13 juin 2022 au 30 juin 2022, la tension de la phase A est normale, le facteur de puissance moyen est de 0,82, et l'angle de l'élément est 34&deg;(L). Alors l'angle de facteur de puissance &phi;=4&deg;(L). En supposant que la charge est équilibrée, le coefficient de correction est :

Le calcul de la quantité d'électricité de conciliation est le suivant :

Selon les formules (2) et (3), on peut voir que k > 1, ce qui signifie que l'électricité est sous-mesurée, et une quantité supplémentaire de 15 134 kWh doit être récupérée.

(2) Calcul de la quantité d'électricité de conciliation pour la deuxième période. Pendant la période du 1er juillet 2022 au 4 août 2022, la tension de la phase A est normale, le facteur de puissance moyen est de 0,87, et l'angle de l'élément est 29&deg;(L). Alors l'angle de facteur de puissance &phi;=0&deg;. En supposant que la charge est équilibrée, le coefficient de correction est :

Le calcul de la quantité d'électricité de conciliation est le suivant :

Selon les formules (4) et (5), on peut voir que k > 1, ce qui signifie que l'électricité est sous-mesurée, et une quantité supplémentaire de 51 996 kWh doit être récupérée. Quantité totale d'électricité de conciliation à récupérer :

5. Conclusion

Dans l'exploitation réelle, les transformateurs combinés brûlent souvent et les fusibles haute tension fondent, menaçant sérieusement la sécurité du réseau. Généralement, ces problèmes résultent de la surtension de résonance, ainsi que d'une conception/sélection incorrecte des équipements et de mésadaptations des paramètres.

Lors de l'analyse des pannes : tout d'abord, vérifier les défauts du transformateur et vérifier la capacité des fusibles haute tension. Deuxièmement, installer des dispositifs d'élimination des harmoniques appropriés pour lutter contre la surtension de résonance. Après un accident, réagir rapidement et gérer correctement pour éviter l'escalade et les impacts sociaux. Enfin, tirer des leçons de l'expérience, améliorer les compétences en gestion des pannes et assurer la sécurité du réseau.