Analyse og håndtering av målingsavvik for 35 kV utendørs kombinert transformator

1. Innledning

Høy forekomst av PT-brenning og fusmelting på primær siden i kombinerte transformatorer fører til uakkurat måling av energimåler og truer alvorlig sikkerheten i kraftnettet. Denne artikkelen fokuserer på de gjentatte PT-skadene og fusmeltingsproblemer ved en 35 kV kombinert transformator, undersøker feilårsakene, foreslår løsninger, og gjenoppretter den feilaktige elektrisitetsmengden gjennom korreksjonskoeffisienter. Dette reduserer effektivt nettetaps og mildrer tjenestefarer.

1.1 Introduksjon til kombinerte transformatorer

I kraftsystemet er kombinerte transformatorer nøkkelenheter for måling og beskyttelsesenheter. De består av spenningstransformatorer (PT) og strømtransformatorer, og bruker vindingforskjellen mellom primær- og sekundærspoler for å konvertere store primærside-strømmer og høye spenninger til små strømmer og spenninger som er egnet for sekundære instrumenter og relæbeskyttelse. Samtidig oppnår de elektrisk isolering mellom primær- og sekundårsiden for å sikre sikkerheten for personell og utstyr på sekundårsiden.

2. Farene ved feil i kombinerte transformatorer

Som et sentralt kraftmålingsutstyr i kraftsystemet, er PT-en i en kombinert transformator ansvarlig for å konvertere høy-spenningssignaler til lav-spenningssignaler for måling/beskyttelsesenheter. Når PT-en blir skadet eller høy-spenningsfuse smelter, er farene som følger:

• Forringet målnøyaktighet : PT-skade og fusemelting kan føre til feil i systemet for måling av elektrisk energi, påvirke målnøyaktigheten og utløse konflikter mellom kraftleverandører og brukere.

• Økt utstyrfeilrate : PT-skade kan forårsake ubalansert systemspenning (for høy/for lav), forstyrre systemstabiliteten; transformatorfeil kan også forårsake anormal drift av beskyttelsesenheter, øke feilrisiko for annet utstyr.

• Personlige sikkerhetsfare : Kombinerte transformatorer er høy-spenningsutstyr. Skader kan føre til isoleringsbrudd og lekkasje, truer personellens sikkerhet under drift og vedlikehold.

3. Årsaker til overvoltagefeil i kombinerte transformatorer

Under faktisk drift opplever kombinerte transformatorer ofte høy-spenningsfusemelting og PT-brenning. De hovedårsakene inkluderer:

• Ferromagnetisk resonanseovervoltage : Ferromagnetiske komponenter er lineære under nominell spenning. Under feil saturas magnetkretsen, og induktansen endres ikke-lineært. Det dannes en oscillerende løkke med systemkapasitans, det utløser kontinuerlig ferromagnetisk resonans. Overvoltage forårsaker hyppig fusmelting/bruk av PT-høy-spenningsfuse, truer nettets sikkerhet.

• For mye sekundær belastning : For stor sekundærbelastning får transformatoren generere mye varme med vanskelig varmeavgi. Innendørs vindings temperature stiger for høyt, slutter med å brenne ut PT-en.

• Primær-sekundær side kortslutning : Kortslutning på primær/sekundær side av PT-en genererer store strømmer, forårsaker høy-spenningsfusemelting og utstyrbruk.

• Overvoltage ved skiving : Ukorrekt operasjon genererer overvoltage, forårsaker høy-spenningsfusemelting.

• Lynovervoltage : Direkte/induktiv lynovervoltage bryter ned vindingsisolering, skader utstyret.

4. Saksanalyse
4.1 Grunnleggende brukerinformasjon

Den 23. august 2021 oppsto en A-fase PT-brenningsfeil i kombinert transformator til en 35 kV bruker, som førte til uakkurat energimåling. I året før hadde denne kombinerte transformator opplevd 3 feil. Før januar 2021 ble brukeren strømført fra 35 kV Shazi-stasjonen med normal måling. Etter august 2021 ble strømføringen endret til 35 kV utgangslinje fra 110 kV Zhoujiaba-stasjon (Zhouwan-linje #353 og Zhouri-linje #354 dobbelkrets strømføring). Total linjelengde er ca. 1,5 km. 35 kV-siden er jordet via en bueløpsdempende spole. Målepunktene er satt ved de to 35 kV utgangslinjene fra 110 kV Zhoujiaba-stasjon. Primær kobling vises i figur 1.

4.2 Målepunkter og feiltidslinje

Begge målepunkter bruker 35 kV kombinerte transformatorer, med trefas-tretråds kobling og V/V-kobling for spenningstransformatorer. Av disse:

• 35 kV Zhouri-linje #354 (målepunkt 2): Driftet normalt, ingen feil;

• 35 kV Zhouwan-linje #353 (målepunkt 1): Hyppige feil.

Feiltidslinje:

• 23. august 2021: Første PT-brenning, erstattet med produkter fra Henan Xinyang Hutong Electric Co., Ltd.;

• 4. mars 2022: PT brenner igjen, erstattet med kombinerte transformatorer fra Jiangxi Gandi Electric Co., Ltd.;

• 13. juni 2022: C-fase høy-spenningsfuse smelter, spenningstap;

• 21. september 2022: A-fase høy-spenningsfuse smelter, spenningstap igjen.

4.3 Feilanalyse

Når feilen oppsto, var brukerlasten lett, sekundærkoblingen var normal, og det var ingen kortslutning. Etter testing:

• Linjens jordmotstand er i overensstemmelse, og det hører til et ikke-effektivt jordet system. Jordfeil kan lett forårsake at lynstrøm ikke slipper ut, utløser fusemelting;

• Det var ingen overvoltage under drift og vedlikehold, eliminerte menneskelige faktorer.

Kombinert med feilfenomener og vanlige årsaker, er den hovedårsaken fastsatt som ferromagnetisk resonanseovervoltage, med spesifikke utløsende scenarioer:

• Utløst av jordfeil: Når det oppstår en fasejordfeil på linjen, danner PT-vindingen og linje-jordkapasitansen en parallelkrets, møter betingelsene for ferromagnetisk resonans. En fasejordfeil fører til at spenningen i de to andre fasene øker, jernkjernen saturas raskt, og resonansen fører til at vindingstrømmen øker, smelter høy-spenningsfuse; langvarig overstrøm vil også brenne ut PT-en.

• Utløst av uaktuelt drift: Systemets trefas-belastning er i hovedsak balansert, men under skiveoperasjoner er de tre fasene ikke synkronisert (ikke samtidig lukking/åpning), fører til indrømningsstrøm i spenningstransformatorvindingen og jernkjernesaturasjon, utløser ferromagnetisk resonanseovervoltage.

4.4 Løsninger

Etter å ha analysert feilårsakene, tas følgende tiltak:

• Installer harmonieliminering enheter: Installer 1 sett harmonieliminering enheter på 35 kV bus-side av stasjonen for å dempe gjentakende ferromagnetisk resonans.

• Overvoltagebeskyttelse på sekundær side: Installer overvoltagebeskyttelsesenheter på sekundær side for å motstå overvoltage forårsaket av miljøfaktorer og beskytte transformatorens innendørs isolering.

• Harmonioppdagelse og behandling: Bruk en lokalkalibrert elektrisk energimåler for å oppdage harmonier i sekundær spenning. Hvis det er avvik, press på brukerne for å behandle dem for å sikre overensstemmelse med GB/T 14549 - 1993 "Strømkvalitet - Harmonier i offentlige kraftnett": Total harmonisk deformasjonrate for 35 kV spenning ≤ 3%, oddetalls harmonier ≤ 2,4%, partall harmonier ≤ 1,2%.

Implementasjons effekt: Etter at tiltakene er implementert, fungerer kombinert transformator normalt, uten PT-brenning eller fusemelting feil.

4.5 Beregning av elektrisitetsmengde for avstemming

Nøyaktigheten i elektrisk energimåling er relatert til begge parter i strømforsyning og forbruk. Feil krever avstemning av elektrisitetsmengde. Denne artikkelen tar tredje feil som eksempel og bruker metoden for korreksjonskoeffisient for beregning:

Prinsipp: Sammenlign aktiv effekt under riktig måling og feilaktig måling for å få korreksjonskoeffisienten k, og beregn deretter avstemmingen av elektrisitetsmengde \(\Delta W\). Anta at trefasbelastningen er balansert, formelen for korreksjonskoeffisienten k er:

(1) Tolkning av korreksjonskoeffisient k

Når k > 1, er aktiv effekt under riktig måling større enn under feilaktig måling. Energimåler underregistrerer elektrisitetsmengde under feilen, og kunden skal gjøre opp elektrisitetsmengden. Når k = 1, måler energimåler riktig. Når 0 < k < 1, overregistrerer energimåler elektrisitetsmengde, og elektrisitetsmengden skal refunderes til kunden. Når k < 0, reverserer energimåler, og kunden skal gjøre opp elektrisitetsmengden.

(2) Brukerrelaterte måleparametre

Brukerens mottakskapasitet er 2500 kVA, og målemetoden er høyforsyning høymåling (målt av en høy-spennings kombinert måleboks). Spenningforholdet er 35000 V/100 V, og strømforholdet er 50 A/5 A. Den totale målemultiplikatoren er 3500. Energimåler kapasiteten er 3&times;100 V/3&times;1.5 - 6 A, med nøyaktighet 0.5S.

Brukerens tredje feil oppsto den 13. juni 2022, med fase C som mistet spenning. Strømmen ble gjenopprettet rundt kl. 8.00 den 4. august 2022. Tidsbasert prissetting har vært implementert siden 1. juli 2022. Innsamlede data som systemspenning, effekt og effektfaktor vises i tabell 1.

Beregning av avstemming av elektrisitetsmengde for første fase

Som kan sees i tabell 1, under perioden fra 13. juni 2022 til 30. juni 2022, er fase A spenningen normal, gjennomsnittlig effektfaktor er 0.82, og elementvinkel er 34&deg;(L). Da er effektfaktorvinkelen &phi;=4&deg;(L).Antar at belastningen er balansert, er korreksjonskoeffisienten:

Beregningen av avstemming av elektrisitetsmengde er som følger:

Fra Formel (2) og Formel (3) kan man se at k > 1, betyr dette at elektrisitetsmengden er undermålt, og en ekstra elektrisitetsmengde på 15 134 kWh skal hentes inn.(2) Beregning av avstemming av elektrisitetsmengde for andre fase.Under perioden fra 1. juli 2022 til 4. august 2022, er fase A spenningen normal, gjennomsnittlig effektfaktor er 0.87, og elementvinkel er 29&deg;(L). Da er effektfaktorvinkelen &phi;=0&deg;.Antar at belastningen er balansert, er korreksjonskoeffisienten:

Beregningen av avstemming av elektrisitetsmengde er som følger:

Fra Formel (4) og Formel (5) kan man se at k > 1, betyr dette at elektrisitetsmengden er undermålt, og en ekstra elektrisitetsmengde på 51 996 kWh skal hentes inn.Total avstemming av elektrisitetsmengde som skal hentes inn:

5. Konklusjon

I faktisk drift, brenner kombinerte transformatorer ofte ut og høy-spenningsfuse smelter, truer alvorlig kraftnets sikkerhet. Vanligvis skyldes slike problemer resonanseovervoltage, sammen med uaktuelt utstyrdesign/valg og parametermisstemmer.

Ved feilanalyse: Først sjekk for transformatordefekter og verifiser høy-spenningsfusekapasitet. Deretter installer passende primær harmonieliminering enheter for å håndtere resonanseovervoltage. Etter et uhell, reager raskt og håndter riktig for å unngå eskalering og sosiale konsekvenser. Til slutt, lære av erfaring, forbedre feilhåndteringsevner, og sikre kraftnets sikkerhet.