Analyse en afhandeling van meetafwijkingen van 35 kV buitencombinatietransformatoren

1. Inleiding

Frequente PT-uitbranding en smelten van primaire zijde fusen in gecombineerde transformatoren leiden tot onnauwkeurige energiemetermetingen en bedreigen ernstig de veilige werking van het elektriciteitsnet. Dit artikel richt zich op herhaalde PT-schade en fusensmeltproblemen bij een 35 kV gecombineerde transformator, onderzoekt de oorzaken van de storingen, stelt oplossingen voor en herstelt de onjuiste hoeveelheid elektriciteit door correctiefactoren te gebruiken. Hiermee wordt effectief de netverlies verlaagd en worden dienstrisico's verminderd.

1.1 Inleiding tot gecombineerde transformatoren

In het elektriciteitsnet zijn gecombineerde transformatoren belangrijke componenten van meet- en beschermingsapparatuur. Ze bestaan uit spanningstransformatoren (PT) en stroomtransformatoren en maken gebruik van het spoeldraaiaantalverschil tussen de primaire en secundaire windingen om grote primaire stromen en hoge spanningen om te zetten in kleine stromen en spanningen die geschikt zijn voor secundaire instrumenten en relaisbescherming. Tegelijkertijd realiseren ze elektrische isolatie tussen de primaire en secundaire zijden om de veiligheid van personeel en apparatuur aan de secundaire zijde te waarborgen.

2. Risico's van storingen in gecombineerde transformatoren

Als kernmeetapparaat in het elektriciteitsnet is de PT van een gecombineerde transformator verantwoordelijk voor het omzetten van hoogspanningsignalen naar laagspanningsignalen voor meet/beschermingsapparatuur. Wanneer de PT beschadigd is of de hoogspanningsfusen smelten, zijn de risico's als volgt:

• Vermindering van meetnauwkeurigheid : PT-schade en fusensmelting kunnen leiden tot fouten in het elektriciteitsmeteringssysteem, waardoor de meetnauwkeurigheid beïnvloed wordt en geschillen tussen energieleveranciers en gebruikers ontstaan.

• Toename van de uitzettingsgraad van apparatuur : PT-schade kan leiden tot een systeemspanningsonevenwicht (te hoog/te laag), wat de systeemstabiliteit verstoort; transformatorstoringen kunnen ook leiden tot abnormaal functioneren van beschermingsapparatuur, waardoor het faalrisico van andere apparatuur toeneemt.

• Persoonlijke veiligheidsrisico's : Gecombineerde transformatoren zijn hoogspanningsapparatuur. Schade kan leiden tot isolatiebreuk en lekken, waardoor de persoonlijke veiligheid van operationeel en onderhoudspersoneel wordt bedreigd.

3. Oorzaken van overspanningsstoringen in gecombineerde transformatoren

Tijdens de werkelijke exploitatie komen gecombineerde transformatoren vaak te maken met smelten van hoogspanningsfusen en PT-uitbranding. De belangrijkste oorzaken zijn:

• Overspanning door ferromagnetische resonantie : Ferromagnetische componenten zijn lineair bij de voorgeschreven spanning. Bij storingen verzadigt de magnetische circuit en verandert de inductie niet-lineair. Het vormt een oscillatiekring met systeemcapaciteit, waardoor continue ferromagnetische resonantie wordt geactiveerd. De overspanning veroorzaakt frequente fusering/uitbranding van PT-hoogspanningsfusen, waardoor de netveiligheid wordt bedreigd.

• Te zware secundaire belasting : Te zware secundaire belasting zorgt ervoor dat de transformator veel warmte genereert met moeilijke warmteafvoer. De interne windingstemperatuur stijgt te hoog, waardoor uiteindelijk de PT uitbrandt.

• Kortsluiting aan primaire/secundaire zijde : Kortsluitingen aan de primaire/secundaire zijde van de PT genereren grote stromen, waardoor hoogspanningsfusen smelten en apparatuur uitbrandt.

• Overspanning door schakelen : Onjuist schakelen veroorzaakt overspanning, waardoor de PT-hoogspanningsfusen smelten.

• Overspanning door bliksem : Directe/inductieve bliksemoverspanning breekt de windingisolatie af, waardoor de apparatuur beschadigd raakt.

4. Casestudie
4.1 Basisgebruikersinformatie

Op 23 augustus 2021 trad een PT-uitbrandingsstoring op in fase A van de gecombineerde transformator van een 35 kV-gebruiker, wat resulteerde in onnauwkeurige energiemetering. In het voorgaande jaar had deze gecombineerde transformator 3 storingen meegemaakt. Voor januari 2021 werd de gebruiker gevoed door de 35 kV Shazi Substation met normale metering. Na augustus 2021 werd de voeding gewijzigd naar de 35 kV uitgaande lijn van de 110 kV Zhoujiaba Substation (Zhouwan Line #353 en Zhouri Line #354 dubbele circuits). De totale lijnlengte is ongeveer 1,5 km. De 35 kV-zijde is via een boogdemper aangesloten. De meetpunten zijn ingesteld op de 2-circuits 35 kV uitgaande lijnen van de 110 kV Zhoujiaba Substation. De primaire bedrading is weergegeven in figuur 1.

4.2 Meetpunten en tijdslijn van storingen

Beide meetpunten gebruiken 35 kV gecombineerde transformatoren, met driefase-dradig aansluiting en V/V-aansluiting voor spanningstransformatoren. Daaronder:

• 35 kV Zhouri Line #354 (Meetpunt 2): Normaal functioneren, geen storingen;

• 35 kV Zhouwan Line #353 (Meetpunt 1): Veelvuldige storingen.

Storingentijdslijn:

• 23 augustus 2021: Eerste PT-uitbranding, vervangen door producten van Henan Xinyang Hutong Electric Co., Ltd.;

• 4 maart 2022: PT brandt opnieuw uit, vervangen door gecombineerde transformatoren van Jiangxi Gandi Electric Co., Ltd.;

• 13 juni 2022: Hoogspanningsfuse in fase C smelt, spanning verloren;

• 21 september 2022: Hoogspanningsfuse in fase A smelt, spanning opnieuw verloren.

4.3 Storinganalyse

Toen de storing plaatsvond, was de gebruikersbelasting licht, de secundaire bedrading was normaal, en er was geen kortsluiting. Na testen:

• De lijnaardingweerstand is in orde, en het behoort tot een niet-effectief aardingssysteem. Aardingsstoringen kunnen gemakkelijk leiden tot het niet-afvoeren van bliksemstroom, waardoor fusen smelten;

• Er was geen overspanning tijdens bedrijfsvoering en onderhoud, menselijke factoren werden uitgesloten.

Gecombineerd met storingverschijnselen en algemene oorzaken, wordt de hoofdoorzaak bepaald als overspanning door ferromagnetische resonantie, met specifieke trigger-scenario's:

• Getriggerd door aardingsstoringen: Wanneer er een enkelvoudige aarding plaatsvindt op de lijn, vormen de PT-winding en de lijn-naar-aardecapaciteit een parallelcircuit, wat voldoet aan de voorwaarden voor ferromagnetische resonantie. Een enkelvoudige aarding doet de spanning van de andere twee fasen stijgen, de ijzerkern verzadigt snel, en resonantie doet de windingstroom stijgen, waardoor de hoogspanningsfuse smelt; langdurige overstroming zal ook de PT doen uitbranden.

• Getriggerd door onjuiste bediening: De driefasebelasting van het systeem is in principe gebalanceerd, maar tijdens schakeloperaties zijn de drie fasen niet gesynchroniseerd (sluiten/openen niet gelijktijdig), waardoor inrush-stroom in de spanningstransformatorwinding en ijzerkernverzadiging optreedt, waardoor ferromagnetische resonantie-overspanning wordt getriggerd.

4.4 Oplossingen

Na analyse van de storingen worden de volgende maatregelen genomen:

• Installatie van harmoniëliminatie-apparatuur: Installatie van 1 set harmoniëliminatie-apparatuur aan de 35 kV buszijde van de substation om de herhaling van ferromagnetische resonantie te onderdrukken.

• Overspanningsbescherming aan secundaire zijde: Installatie van overspanningsbeschermingsapparatuur aan de secundaire zijde om overspanning veroorzaakt door milieuomstandigheden te weerstaan en de interne isolatie van de transformator te beschermen.

• Harmonische detectie en behandeling: Gebruik van een ter plaatse elektriciteitsmeter calibrator om harmonische in de secundaire spanning te detecteren. Als er afwijkingen zijn, dringen we erop aan dat gebruikers deze behandelen om voldoening te garanderen aan GB/T 14549-1993 "Kwaliteit van elektriciteit - Harmonischen in openbare elektriciteitsnetwerken": Totale harmonische vervormingsgraad van 35 kV spanning ≤ 3%, oneven orde harmonischen ≤ 2,4%, even orde harmonischen ≤ 1,2%.

Uitvoeringsresultaat: Na de implementatie van de maatregelen functioneert de gecombineerde transformator normaal, zonder PT-uitbranding of fusensmelting storingen.

4.5 Berekening van elektriciteitsvereffening

De nauwkeurigheid van elektriciteitsmetering is gerelateerd aan de economische belangen van zowel leveranciers als consumenten. Storingen vereisen elektriciteitsvereffening. Dit artikel neemt de derde storing als voorbeeld en gebruikt de correctiefactor-methode voor berekening:

Principe: Vergelijk de actieve vermogens tijdens juiste en onjuiste metering om de correctiefactor k te verkrijgen, en bereken vervolgens de vereffeningshoeveelheid elektriciteit \(\Delta W\). Indien wordt aangenomen dat de driefasebelasting in balans is, is de formule voor de correctiefactor k als volgt:

(1) Uitleg van correctiefactor k

Wanneer k > 1, is het actieve vermogen tijdens juiste metering groter dan dat tijdens onjuiste metering. De energiemeter registreert minder elektriciteit tijdens de storing, en de klant moet de elektriciteithoeveelheid aanvullen. Wanneer k = 1, meet de energiemeter correct. Wanneer 0 < k < 1, registreert de energiemeter meer elektriciteit, en moet de elektriciteithoeveelheid aan de klant worden terugbetaald. Wanneer k < 0, draait de energiemeter om, en moet de klant de elektriciteithoeveelheid aanvullen.

(2) Gebruikergerelateerde meetparameters

De ontvangende capaciteit van de gebruiker is 2500 kVA, en de meetmethode is hoge spanning-hoge metering (gemeten door een hoge spanning gecombineerde meetdoos). Het spanningsverhouding is 35000 V/100 V, en de stroomverhouding is 50 A/5 A. De integrale meetvermenigvuldiger is 3500. De energiemetercapaciteit is 3&times;100 V/3&times;1.5 - 6 A, met een precisie van 0,5S.

De derde storing van de gebruiker vond plaats op 13 juni 2022, met fase C die spanning verloor. De stroom werd hersteld rond 8:00 uur op 4 augustus 2022. Sinds 1 juli 2022 is tijdgebonden elektriciteitsprijzen ingevoerd. De verzamelde gegevens zoals systeemspanning, vermogen en cosinus phi zijn weergegeven in tabel 1.

Berekening van de eerste fase van de elektriciteitsvereffening

Zoals te zien is in tabel 1, gedurende de periode van 13 juni 2022 tot 30 juni 2022, is de spanning in fase A normaal, de gemiddelde cosinus phi is 0,82, en de elementhoek is 34&deg;(L). Dan is de cosinus phi hoek &phi;=4&deg;(L).Aangenomen dat de belasting in balans is, is de correctiefactor:

De berekening van de elektriciteitsvereffening is als volgt:

Uit formule (2) en formule (3) blijkt dat k > 1, wat betekent dat de elektriciteit wordt ondergemeten, en een extra hoeveelheid elektriciteit van 15.134 kWh moet worden teruggevorderd.(2) Berekening van de tweede fase van de elektriciteitsvereffening.Gedurende de periode van 1 juli 2022 tot 4 augustus 2022, is de spanning in fase A normaal, de gemiddelde cosinus phi is 0,87, en de elementhoek is 29&deg;(L). Dan is de cosinus phi hoek &phi;=0&deg;.Aangenomen dat de belasting in balans is, is de correctiefactor:

De berekening van de elektriciteitsvereffening is als volgt:

Uit formule (4) en formule (5) blijkt dat k > 1, wat betekent dat de elektriciteit wordt ondergemeten, en een extra hoeveelheid elektriciteit van 51.996 kWh moet worden teruggevorderd.Totale elektriciteitsvereffening die moet worden teruggevorderd:

5. Conclusie

Tijdens de werkelijke exploitatie komt het vaak voor dat gecombineerde transformatoren uitbranden en dat hoogspanningsfusen smelten, wat het netwerk ernstig in gevaar brengt. Meestal worden dergelijke problemen veroorzaakt door resonantie-overspanning, samen met onjuiste ontwerp/keuze van apparatuur en parameter mismatches.

Bij het analyseren van storingen: Controleer eerst op defecten in de transformator en controleer de capaciteit van de hoogspanningsfusen. Ten tweede, installeer passende primaire harmoniëliminatie-apparatuur om resonantie-overspanning te tackelen. Na een ongeluk, reageer snel en handel correct om escalatie en maatschappelijke impact te voorkomen. Tenslotte, leer van ervaring, verbeter de vaardigheden voor het afhandelen van storingen, en zorg voor de veiligheid van het netwerk.