Analiza i obrada anomalija mjerenja 35 kV vanjskog kombiniranog transformatora

1. Uvod

Često se pojavljuju oštećenja PT-a i topnje primarnih fuzi u kombiniranim transformatorima, što dovodi do nepravilnih mjerenja energije i ozbiljno prijeti sigurnosti radnje mreže. Ovaj rad fokusira se na ponavljajuće oštećenje PT-a i topnje fuzi u 35 kV kombiniranom transformatoru, istražuje uzroke grešaka, predlaže rješenja i ispravlja neispravne količine električne energije pomoću korekcijskih koeficijenata. Time se efektivno smanjuju gubitci mreže i umanjuju rizici usluge.

1.1 Uvod u kombinirane transformatore

U sustavu snabdijevanja električnom strujom, kombinirani transformatori su ključni komponenti uređaja za mjerenje i zaštitu. Sastoje se od naponskih transformatora (PT) i strujnih transformatora, koriste razliku broja zavojnica između primarnog i sekundarnog zavojnice kako bi pretvorili velike primarne struje i visoke napone u male struje i napone pogodne za sekundarne instrumente i relé zaštitu. Također postižu električnu izolaciju između primarnog i sekundarnog dijela kako bi se osigurala sigurnost osoblja i opreme na sekundarnom dijelu.

2. Opasnosti zbog grešaka u kombiniranim transformatorima

Kao ključni uređaj za mjerenje snage u elektroenergetskom sustavu, PT kombiniranog transformatora odgovoran je za pretvaranje visokonaponskih signala u niskonaponske signale za uređaje za mjerenje/zaštitu. Kada se PT oštetio ili kada se visokonaponska fuza stopi, opasnosti su sljedeće:

• Oslobađanje točnosti mjerenja : Oštećenje PT-a i topnja fuzi mogu uzrokovati greške u sustavu mjerenja električne energije, što utječe na točnost mjerenja i pokreće spore između poduzeća za snabdevanje strujom i korisnika.

• Povećana stopa otkaza opreme : Oštećenje PT-a može uzrokovati neravnotežu napona sustava (previsok/prenizak), što ruši stabilnost sustava; greške u transformatoru mogu uzrokovati nepravilno funkcioniranje uređaja za zaštitu, povećavajući rizik od otkaza druge opreme.

• Opasnosti za osobnu sigurnost : Kombinirani transformatori su visokonaponska oprema. Oštećenje može dovesti do proboda izolacije i curenja, prijetići osobnu sigurnost osoblja za održavanje i servis.

3. Uzroci prenapona u kombiniranim transformatorima

Tijekom stvarnog rada, kombinirani transformatori često iskušavaju topnju visokonaponskih fuzi i oštećenje PT-a. Glavni uzroci uključuju:

• Feromagnetski rezonancni prenapon : Feromagnetski elementi su linearni pod nominalnim naponom. Tijekom grešaka, magnetni krug saturira, a induktivnost se mijenja nelinearno. Formirajući oscilacijsku petlju s kapacitetom sustava, aktivira se kontinuirani feromagnetski rezonans. Prenapon uzrokuje česte topnje/fusione visokonaponskih fuzi, prijetići sigurnosti mreže.

• Prekomjerna sekundarna opterećenja : Prekomjerna sekundarna opterećenja uzrokuje da transformator generira previše topline s teškim topljenjem. Unutarnja temperatura zavojnice raste previše, na kraju sagorijevajući PT.

• Kratko spojenje primarnog-sekundarnog dijela : Kratko spojenje na primarnom/sekundarnom dijelu PT-a generira velike struje, uzrokujući topnju visokonaponskih fuzi i oštećenje opreme.

• Prenapon pri prekidu : Nepravilna operacija generira prenapon, uzrokujući topnju visokonaponskih fuzi PT-a.

• Prelazni prenapon : Direktni/induktivni prenapon munje ruši izolaciju zavojnice, oštećujući opremu.

4. Analiza slučaja
4.1 Osnovne informacije o korisniku

23. kolovoza 2021. godine, dogodila se greška oštećenja faze A PT-a u kombiniranom transformatoru 35 kV korisnika, što je rezultiralo nepravilnim mjerenjem energije. Godinu dana ranije, ovaj kombinirani transformator doživio je 3 greške. Prije siječnja 2021. godine, korisnik je bio snabdijevan strujom od 35 kV podstacionice Shazi sa normalnim mjerenjem. Nakon kolovoza 2021. godine, snabdevanje strujom promijenjeno je na 35 kV izlaznu liniju 110 kV podstacionice Zhoujiaba (dvostruka linija #353 Zhouwan i #354 Zhouri). Ukupna duljina linije iznosi oko 1,5 km. Strana 35 kV zemlji se preko zagrijivača. Tačke mjerenja postavljene su na dvostrukoj 35 kV izlaznoj liniji 110 kV podstacionice Zhoujiaba. Primarna površina prikazana je na slici 1.

4.2 Tačke mjerenja i vremenska crta grešaka

Obje tačke mjerenja koriste 35 kV kombinirane transformatore, s trofaznim trožičnim spojem i V/V spojem za naponsku transformaciju. Među njima:

• 35 kV linija Zhouri #354 (Tačka mjerenja 2): Funkcioniše normalno, bez grešaka;

• 35 kV linija Zhouwan #353 (Tačka mjerenja 1): Česte greške.

Vremenska crta grešaka:

• 23. kolovoza 2021. godine: Prvo oštećenje PT-a, zamijenjeno proizvodima tvrtke Henan Xinyang Hutong Electric Co., Ltd.;

• 4. ožujka 2022. godine: Ponovno oštećenje PT-a, zamijenjeno kombiniranim transformatorima tvrtke Jiangxi Gandi Electric Co., Ltd.;

• 13. lipnja 2022. godine: Topnja visokonaponske fuze faze C, gubitak napona;

• 21. rujna 2022. godine: Topnja visokonaponske fuze faze A, ponovno gubitak napona.

4.3 Analiza grešaka

Kada se dogodila greška, opterećenje korisnika bilo je lako, sekundarna površina bila je normalna, a ne bilo je kratkog spoja. Nakon testiranja:

• Otpornost zemljanja linije bila je u skladu, a pripada neefektivnom sustavu zemljanja. Greške zemljanja mogu lako uzrokovati da struja munje ne može biti ispuštena, uzrokujući topnju fuzi;

• Nije bilo prenapona tijekom održavanja, eliminirajući ljudske faktore.

U kombinaciji s fenomenima grešaka i uobičajenim uzrocima, glavni uzrok smatra se feromagnetskim rezonancnim prenaponom, s konkretnim scenarijima okidača:

• Okidač grešaka zemljanja: Kada se pojedinačno zemljanje dogodi na liniji, zavojnice PT-a i kapacitet linije-do-zemlje formiraju paralelni krug, ispunjavajući uvjete za feromagnetski rezonans. Pojedinačno zemljanje uzrokuje da se naponi drugih dvije faze povećaju, željezni jezgra brzo saturira, a rezonans uzrokuje da se struja zavojnice poveća, topi visokonaponsku fuzu; dugotrajna prekomjerna struja također može oštetiti PT.

• Okidač nepravilne operacije: Trofazno opterećenje sustava uglavnom je uravnoteženo, ali tijekom prekidnih operacija, tri faze nisu sinkronizirane (zatvaranje/otvaranje nije istovremeno), uzrokujući ubrzano strujanje u zavojnicama naponskog transformatora i saturaciju željezne jezgre, aktivirajući feromagnetski rezonancni prenapon.

4.4 Rješenja

Nakon analize uzroka grešaka, donesena su sljedeća mjera:

• Instalacija uređaja za eliminaciju harmonika: Instalirajte 1 set uređaja za eliminaciju harmonika na strani 35 kV busa podstacionice kako biste supresirali ponovljive feromagnetske rezonanse.

• Zaštita od prenapona na sekundarnoj strani: Instalirajte uređaje za zaštitu od prenapona na sekundarnoj strani kako biste odoljeli prenaponima uzrokovanim okruženjem i zaštitili unutrašnju izolaciju transformatora.

• Detecting and treating harmonics: Use an on-site electric energy meter calibrator to detect harmonics in the secondary voltage. If there are abnormalities, urge users to treat them to ensure compliance with GB/T 14549 - 1993 "Power Quality - Harmonics in Public Power Grids": Total harmonic distortion rate of 35 kV voltage ≤ 3%, odd-order harmonics ≤ 2.4%, even-order harmonics ≤ 1.2%.

Implementation Effect: After the measures are implemented, the combined transformer operates normally, with no PT burnout or fuse melting faults.

4.5 Reconciliation Calculation of Electricity Quantity

The accuracy of electric energy metering is related to the economic interests of both power supply and consumption parties. Faults require electricity quantity reconciliation. This paper takes the third fault as an example and uses the correction coefficient method for calculation:

Principle: Compare the active power during correct metering and incorrect metering to obtain the correction coefficient k, and then calculate the reconciliation electricity quantity \(\Delta W\). Assuming three-phase load balance, the formula for the correction coefficient k is:

(1) Interpretation of Correction Coefficient k

When \(k > 1\), the active power during correct metering is greater than that during incorrect metering. The energy meter under-registers electricity during the fault, and the customer should make up the electricity quantity. When \(k = 1\), the energy meter measures correctly. When \(0 < k < 1\), the energy meter over-registers electricity, and the electricity quantity should be refunded to the customer. When \(k < 0\), the energy meter reverses, and the customer should make up the electricity quantity.

(2) User-related Metering Parameters

The user's receiving capacity is 2500 kVA, and the metering method is high-supply high-metering (metered by a high-voltage combined metering box). The voltage ratio is 35000 V/100 V, and the current ratio is 50 A/5 A. The comprehensive metering multiplier is 3500. The energy meter capacity is \(3 \times 100 V / 3 \times 1.5 - 6 A\), with an accuracy of 0.5S.

The user's third fault occurred on June 13, 2022, with phase C losing voltage. The power was restored at around 8:00 on August 4, 2022. Time-of-use electricity pricing has been implemented since July 1, 2022. The collected data such as system voltage, power, and power factor are shown in Table 1.

Calculation of Reconciliation Electricity Quantity for the First Stage

As can be seen from Table 1, during the period from June 13, 2022 to June 30, 2022, the voltage of phase A is normal, the average power factor is 0.82, and the element angle is \(34^\circ(L)\). Then the power factor angle \(\phi=4^\circ(L)\). Assuming that the load is balanced, the correction coefficient is:

The calculation of the reconciliation electricity quantity is as follows:

From Formula (2) and Formula (3), it can be seen that \(k > 1\), meaning the electricity is under-measured, and an additional electricity quantity of 15,134 kWh should be recovered. (2) Calculation of Reconciliation Electricity Quantity for the Second Stage. During the period from July 1, 2022 to August 4, 2022, the voltage of phase A is normal, the average power factor is 0.87, and the element angle is \(29^\circ(L)\). Then the power factor angle \(\phi=0^\circ\). Assuming that the load is balanced, the correction coefficient is:

The calculation of the reconciliation electricity quantity is as follows:

From Formula (4) and Formula (5), it can be seen that \(k > 1\), meaning the electricity is under-measured, and an additional electricity quantity of 51,996 kWh should be recovered. Total reconciliation electricity quantity to be recovered:

5. Zaključak

U stvarnoj praksi, kombinirani transformatori često oštećeni su i visokonaponske fuzi stopljene, što ozbiljno prijeti sigurnosti mreže. Obično, takvi problemi nastaju zbog rezonantnog prenapona, uz nepravilno dizajniranje/odabir opreme i neusklađenost parametara.

Pri analizi grešaka: Prvo, provjerite defekte transformatora i potvrdite kapacitet visokonaponskih fuzi. Zatim, instalirajte odgovarajuće uređaje za eliminaciju harmonika kako biste riješili rezonantni prenapon. Nakon nesreće, odgovarajte brzo i ispravno kako biste spriječili eskalaciju i društvene posljedice. Na kraju, naučite iz iskustva, poboljšajte vještine u rješavanju grešaka i osigurajte sigurnost mreže.