Análise e Manejo da Anomalía de Medición do Transformador Combinado Exterior de 35 kV

1. Introdución

A frecuencia de quemas de PT e fusións de fusibles do lado primario en transformadores combinados conduce a unha medición inexacta da enerxía e ameaza seriamente a seguridade da operación da rede eléctrica. Este artigo centrase nos problemas repetitivos de danos no PT e fusións de fusibles dun transformador combinado de 35 kV, investiga as causas dos fallos, propón solucións e recupera a cantidade incorrecta de electricidade mediante coeficientes de corrección. Isto reduce eficazmente as perdas da rede e mitiga os riscos de servizo.

1.1 Introdución aos Transformadores Combinados

No sistema eléctrico, os transformadores combinados son compoñentes clave de dispositivos de medida e protección. Compostos por transformadores de tensión (PT) e transformadores de corrente, utilizan a diferenza de espiras entre as bobinas primaria e secundaria para converter as grandes correntes e altas voltaxes do lado primario en correntes e voltaxes pequenos adecuados para instrumentos secundarios e protección por relés. Ao mesmo tempo, logran a isolación eléctrica entre o lado primario e o secundario para garantir a seguridade do persoal e do equipo no lado secundario.

2. Perigos dos Fallos nos Transformadores Combinados

Como dispositivo central de medida de potencia no sistema eléctrico, o PT dun transformador combinado é responsable de converter sinais de alta tensión en sinais de baixa tensión para dispositivos de medida/protección. Cando o PT está danado ou o fusible de alta tensión se funde, os perigos son os seguintes:

• Medición Inexacta : O dano no PT e a fusión de fusibles poden causar erros no sistema de medición de enerxía eléctrica, afectando a precisión da medición e provocando disputas entre empresas de suministro de enerxía e usuarios.

• Aumento da Tasa de Fallos de Equipamento : O dano no PT pode causar un desequilibrio de tensión no sistema (muy alto/muy baixo), perturbando a estabilidade do sistema; os fallos de transformador tamén poden causar un funcionamento anómalo dos dispositivos de protección, aumentando o risco de fallo de outros equipos.

• Peligos para a Seguridade Persoal : Os transformadores combinados son equipos de alta tensión. O dano pode levar ao desgaste da aislación e a fugas, ameazando a seguridade persoal do persoal de operación e mantemento.

3. Causas dos Fallos de Sobretensión nos Transformadores Combinados

Durante a operación real, os transformadores combinados suelen experimentar fusións de fusibles de alta tensión e quemas de PT. As principais causas inclúen:

• Sobretensión de Resonancia Ferromagnética : Os componentes ferromagnéticos son lineares baixo a tensión nominal. Durante os fallos, o circuito magnético satura, e a inductancia cambia de forma non linear. Formando un bucle de oscilación coa capacitancia do sistema, provoca unha resonancia ferromagnética continua. A sobretensión causa unha fusión/fusión frecuente de fusibles de alta tensión de PT, ameazando a seguridade da rede.

• Carga Secundaria Excesiva : A carga secundaria excesiva fai que o transformador xenere moito calor con dificultades de dissipación de calor. A temperatura interna das bobinas aumenta demasiado, acabando por queimar o PT.

• Cortocircuito Lado Primario-Secundario : Os cortocircuitos no lado primario/secundario do PT xeran correntes enormes, causando a fusión de fusibles de alta tensión e a queimadura de equipos.

• Sobretensión de Conmutación : A operación incorrecta xera sobretensión, causando a fusión de fusibles de alta tensión de PT.

• Sobretensión de Raio : A sobretensión directa/indutiva de raio rompe a aislación das bobinas, danando o equipo.

4. Análise de Caso
4.1 Información Básica do Usuario

O 23 de agosto de 2021, ocorreu un fallo de quema de PT na fase A nun transformador combinado dun usuario de 35 kV, resultando nunha medición inexacta da enerxía. No ano anterior, este transformador combinado experimentou 3 fallos. Antes de xaneiro de 2021, o usuario era alimentado polo subcentro de 35 kV Shazi con medición normal. Despois de agosto de 2021, o suministro de enerxía cambiouse á liña de saída de 35 kV do subcentro de 110 kV Zhoujiaba (dual alimentación da liña #353 Zhouwan e da liña #354 Zhouri). A lonxitude total da liña é de aproximadamente 1,5 km. O lado de 35 kV está aterrado a través dunha bobina de supresión de arco. Os puntos de medición están establecidos nas dúas liñas de saída de 35 kV do subcentro de 110 kV Zhoujiaba. O esquema de conexión primaria amóstrase na Figura 1.

4.2 Puntos de Medición e Cronoloxía de Fallos

Ambos os puntos de medición utilizan transformadores combinados de 35 kV, con conexión trifásica de tres fios e conexión V/V para transformadores de tensión. Entre eles:

• Liña de 35 kV Zhouri #354 (Punto de Medición 2): Funciona normalmente, sen fallos;

• Liña de 35 kV Zhouwan #353 (Punto de Medición 1): Fallos frecuentes.

Cronoloxía de Fallos:

• 23 de agosto de 2021: Primeira quema de PT, substituído por produtos da Henan Xinyang Hutong Electric Co., Ltd.;

• 4 de marzo de 2022: O PT quema de novo, substituído por transformadores combinados da Jiangxi Gandi Electric Co., Ltd.;

• 13 de xuño de 2022: Fusible de alta tensión da fase C se funde, perda de tensión;

• 21 de setembro de 2022: Fusible de alta tensión da fase A se funde, nova perda de tensión.

4.3 Análise de Fallos

Cando ocorreu o fallo, a carga do usuario era leve, a conexión secundaria era normal e non había cortocircuitos. Despois de probas:

• A resistencia de aterramento da liña é conforme, e pertence a un sistema de aterramento non efectivo. Os fallos de aterramento poden facer que a corrente de raio non se descargue, provocando a fusión de fusibles;

• Non houbo sobretensión durante a operación e mantemento, eliminando factores humanos.

Combinando os fenómenos de fallo e as causas comúns, a causa principal determinada é a sobretensión de resonancia ferromagnética, con escenarios específicos de activación:

• Activado por Fallos de Aterramento: Cando ocorre un aterramento monofásico na liña, a bobina do PT e a capacitancia liña-a terra forman un circuito paralelo, cumpriendo as condicións para a resonancia ferromagnética. O aterramento monofásico fai que a tensión das outras dúas fases aumente, a ferrita satura rapidamente, e a resonancia fai que a corrente da bobina aumente, fundindo o fusible de alta tensión; a sobre-corrente a longo prazo tamén queima o PT.

• Activado por Operación Incorrecta: A carga trifásica do sistema está basicamente equilibrada, pero durante as operacións de conmutación, as tres fases non están sincronizadas (conexión/desconexión non simultánea), causando unha corrente de impulso na bobina do transformador de tensión e a saturación da ferrita, activando a sobretensión de resonancia ferromagnética.

4.4 Solucións

Despois de analizar as causas dos fallos, tomanse as seguintes medidas:

• Instalar Dispositivos de Eliminación de Armónicos: Instalar un conxunto de dispositivos de eliminación de armónicos no lado de barramento de 35 kV do subcentro para suprimir a recurrencia de resonancia ferromagnética.

• Protección contra Sobretensión no Lado Secundario: Instalar dispositivos de protección contra sobretensión no lado secundario para resistir a sobretensión causada por factores ambientais e protexer a aislación interna do transformador.

• Detección e Tratamento de Armónicos: Utilizar un calibrador de contadores de enerxía in situ para detectar armónicos na tensión secundaria. Se hai anomalias, instar aos usuarios a tratalas para asegurar o cumprimento do GB/T 14549 - 1993 "Calidade de Potencia - Armónicos nas Redes Eléctricas Públicas": Taxa de distorsión harmónica total da tensión de 35 kV ≤ 3%, armónicos de orde impar ≤ 2,4%, armónicos de orde par ≤ 1,2%.

Efecto da Implementación: Despois de implementar as medidas, o transformador combinado funciona normalmente, sen fallos de quema de PT ou fusión de fusibles.

4.5 Cálculo de Reconciliación da Cantidade de Enerxía

A precisión da medición de enerxía eléctrica está relacionada coos intereses económicos tanto dos suministradores como dos consumidores de enerxía. Os fallos requiren unha reconciliación da cantidade de enerxía. Este artigo toma o terceiro fallo como exemplo e utiliza o método do coeficiente de corrección para o cálculo:

Principio: Comparar a potencia activa durante a medición correcta e incorrecta para obter o coeficiente de corrección k, e logo calcular a cantidade de enerxía de reconciliación \(\Delta W\). Supondo unha carga trifásica balanceada, a fórmula para o coeficiente de corrección k é:

(1) Interpretación do Coeficiente de Corrección k

Cando k > 1, a potencia activa durante a medición correcta é maior que a da medición incorrecta. O contador de enerxía registra menos enerxía durante o fallo, e o cliente debe compensar a cantidade de enerxía. Cando k = 1, o contador de enerxía mide correctamente. Cando 0 < k < 1, o contador de enerxía registra máis enerxía, e a cantidade de enerxía debe ser reembolsada ao cliente. Cando k < 0, o contador de enerxía se invierte, e o cliente debe compensar a cantidade de enerxía.

(2) Parámetros de Medición Relacionados co Usuario

A capacidade de recepción do usuario é de 2500 kVA, e o método de medición é de alta tensión a alta tensión (medido por un caixón de medición combinada de alta tensión). A relación de tensión é de 35000 V/100 V, e a relación de corrente é de 50 A/5 A. O factor de multiplicación de medición integral é de 3500. A capacidade do contador de enerxía é 3&times;100 V/3&times;1.5 - 6 A, con unha precisión de 0.5S.

O terceiro fallo do usuario ocorreu o 13 de xuño de 2022, con perda de tensión na fase C. A enerxía foi restablecida preto das 8:00 do 4 de agosto de 2022. O prezo de enerxía segundo franjas horarias foi implementado desde o 1 de xullo de 2022. Os datos recolectados como a tensión do sistema, a potencia e o factor de potencia amóstranse na Táboa 1.

Cálculo da Cantidade de Enerxía de Reconciliación para a Primeira Etapa

Como se pode ver na Táboa 1, durante o período do 13 de xuño de 2022 ao 30 de xuño de 2022, a tensión da fase A é normal, o factor de potencia medio é de 0,82, e o ángulo do elemento é 34&deg;(L). Entón o ángulo de factor de potencia &phi;=4&deg;(L).Supoñendo que a carga está balanceada, o coeficiente de corrección é:

O cálculo da cantidade de enerxía de reconciliación é o seguinte:

Dende a Fórmula (2) e a Fórmula (3), pódese ver que k > 1, significando que a enerxía está subregistrada, e debe recuperarse unha cantidade adicional de 15.134 kWh.(2) Cálculo da Cantidade de Enerxía de Reconciliación para a Segunda Etapa.Durante o período do 1 de xullo de 2022 ao 4 de agosto de 2022, a tensión da fase A é normal, o factor de potencia medio é de 0,87, e o ángulo do elemento é 29&deg;(L). Entón o ángulo de factor de potencia &phi;=0&deg;.Supoñendo que a carga está balanceada, o coeficiente de corrección é:

O cálculo da cantidade de enerxía de reconciliación é o seguinte:

Dende a Fórmula (4) e a Fórmula (5), pódese ver que k > 1, significando que a enerxía está subregistrada, e debe recuperarse unha cantidade adicional de 51.996 kWh.Cantidade total de enerxía de reconciliación a recuperar:

5. Conclusión

Na operación real, os transformadores combinados queman e os fusibles de alta tensión se funden con frecuencia, ameazando seriamente a seguridade da rede. Normalmente, tales problemas resultan de sobretensión de resonancia, así como de un deseño/selección inadecuado do equipo e desacertos de parámetros.

Ao analizar os fallos: En primeiro lugar, verificar defectos no transformador e confirmar a capacidade dos fusibles de alta tensión. En segundo lugar, instalar dispositivos de eliminación de armónicos primarios adequados para abordar a sobretensión de resonancia. Despois dun accidente, responder de forma rápida e correcta para evitar a escalada e os impactos sociais. Finalmente, aprender da experiencia, mellorar as habilidades de resolución de fallos e garantir a seguridade da rede.