Analiza i obsługa nietypowych sytuacji pomiarowych w złączonym transformatorze 35 kV na zewnątrz

1. Wprowadzenie

Częste występowanie przepalania PT i topnienia bezpieczników po stronie pierwotnej w złączonych transformatorach prowadzi do niepoprawnych pomiarów energii elektrycznej i poważnie zagroża bezpieczeństwem pracy sieci elektroenergetycznej. Niniejszy artykuł koncentruje się na powtarzającym się uszkodzeniu PT i topnieniu bezpieczników w złączonym transformatorze o napięciu 35 kV, bada przyczyny awarii, proponuje rozwiązania oraz odzyskuje niepoprawną ilość energii poprzez współczynniki korekcyjne. To efektywnie zmniejsza straty w sieci i łagodzi ryzyko usługowe.

1.1 Wprowadzenie do złączonych transformatorów

W systemie energetycznym złączone transformatory są kluczowymi elementami urządzeń pomiarowych i ochronnych. Składają się z transformatorów napięcia (PT) i prądu, wykorzystują różnicę liczby zwojów między stroną pierwotną a wtórną, aby przekształcać duże prądy i wysokie napięcia strony pierwotnej w małe prądy i napięcia odpowiednie dla przyrządów wtórnych i ochrony przekaźnikowej. Tym samym osiągają izolację elektryczną między stroną pierwotną a wtórną, zapewniając bezpieczeństwo personelu i sprzętu na stronie wtórnej.

2. Zagrożenia wynikające z awarii złączonych transformatorów

Jako kluczowe urządzenie pomiarowe w systemie energetycznym, PT złączonych transformatorów odpowiada za konwersję sygnałów o wysokim napięciu na sygnały o niskim napięciu dla urządzeń pomiarowych/ochronnych. Gdy PT ulega uszkodzeniu lub topi się bezpiecznik wysokiego napięcia, zagrożenia są następujące:

• Zmniejszona dokładność pomiaru : Uszkodzenie PT i topnienie bezpiecznika mogą powodować błędy w systemie pomiaru energii elektrycznej, wpływając na dokładność pomiaru i wywołując spory między przedsiębiorstwami dostarczającymi energię a użytkownikami.

• Zwiększone ryzyko awarii sprzętu : Uszkodzenie PT może powodować nierównowagę napięcia w systemie (zbyt wysokie/zbyt niskie), zakłócając stabilność systemu; awarie transformatorów mogą również prowadzić do anomalii w działaniu urządzeń ochronnych, zwiększając ryzyko awarii innych urządzeń.

• Ryzyko bezpieczeństwa osobistego : Złączone transformatory to urządzenia wysokiego napięcia. Uszkodzenie może prowadzić do przebicia izolacji i przecieków, grożąc bezpieczeństwem personelu obsługi i konserwacji.

3. Przyczyny awarii nadnapięcia w złączonych transformatorach

Podczas rzeczywistej eksploatacji złączone transformatory często doświadczają topnienia bezpieczników wysokiego napięcia i przepalania PT. Główne przyczyny obejmują:

• Nadnapięcie rezonansowe ferromagnetyczne : Komponenty ferromagnetyczne są liniowe pod napięciem nominalnym. Podczas awarii obwód magnetyczny nasycany jest, a indukcyjność zmienia się nieliniowo. Tworząc pętlę oscylacyjną z pojemnością systemu, powoduje ciągły rezonans ferromagnetyczny. Nadnapięcie powoduje częste topnienie/przepalanie bezpieczników wysokiego napięcia PT, grożąc bezpieczeństwem sieci.

• Zbyt duża obciążenie strony wtórnej : Zbyt duże obciążenie strony wtórnej powoduje, że transformator generuje dużo ciepła z trudnościami w oddawaniu go. Temperatura wirówek wewnętrznych wzrasta zbyt wysoko, co ostatecznie prowadzi do przepalenia PT.

• Krotkie połączenie strony pierwotnej/wtórnej : Krotkie połączenia na stronie pierwotnej/wtórnej PT generują duże prądy, powodując topnienie bezpieczników wysokiego napięcia i przepalenie sprzętu.

• Nadnapięcie spowodowane przełączaniem : Nieprawidłowe operacje generują nadnapięcia, powodując topnienie bezpieczników wysokiego napięcia PT.

• Nadnapięcie spowodowane piorunem : Bezpośrednie/indukcyjne nadnapięcia piorunowe powodują przebicie izolacji wirówek, uszkadzając sprzęt.

4. Analiza przypadków
4.1 Podstawowe informacje o użytkowniku

23 sierpnia 2021 roku doszło do awarii przepalenia PT fazy A w złączonym transformatorze użytkownika z napięciem 35 kV, co spowodowało niepoprawne pomiary energii. W poprzednim roku ten złączony transformator doświadczył 3 awarii. Do stycznia 2021 roku użytkownik był zasilany przez podstację 35 kV Shazi z normalnym pomiarem. Po sierpniu 2021 roku zasilanie zostało zmienione na linię wychodzącą 35 kV z podstacji 110 kV Zhoujiaba (podwójne zasilanie liniami #353 Zhouwan i #354 Zhouri). Całkowita długość linii wynosi około 1,5 km. Strona 35 kV jest zazemiona przez cewkę kompensacyjną. Punkty pomiarowe są ustawione na dwóch liniach wychodzących 35 kV z podstacji 110 kV Zhoujiaba. Pierwsze połączenie pokazane jest na Rysunku 1.

4.2 Punkty pomiarowe i harmonogram awarii

Oba punkty pomiarowe używają złączonych transformatorów 35 kV, z trójfazowym połączeniem trójprzewodowym i połączeniem V/V dla transformatorów napięcia. W tym:

• Linia 35 kV #354 Zhouri (Punkt pomiarowy 2): Funkcjonuje normalnie, bez awarii;

• Linia 35 kV #353 Zhouwan (Punkt pomiarowy 1): Częste awarie.

Harmonogram awarii:

• 23 sierpnia 2021: Pierwsze przepalenie PT, zastąpiono produktami firmy Henan Xinyang Hutong Electric Co., Ltd.;

• 4 marca 2022: PT przepaliło się ponownie, zastąpiono złączonymi transformatorami firmy Jiangxi Gandi Electric Co., Ltd.;

• 13 czerwca 2022: Topnienie bezpiecznika wysokiego napięcia fazy C, utrata napięcia;

• 21 września 2022: Topnienie bezpiecznika wysokiego napięcia fazy A, ponowna utrata napięcia.

4.3 Analiza awarii

Podczas wystąpienia awarii obciążenie użytkownika było niewielkie, połączenie wtórne było prawidłowe, a nie było krótkiego zwarcia. Po przeprowadzeniu testów:

• Odporność gruntu linii jest zgodna, należy do systemu nieefektywnego ziemnego. Awarie ziemne mogą łatwo powodować, że prąd piorunowy nie może ujść, prowadząc do topnienia bezpieczników;

• Nie było nadnapięcia podczas eksploatacji i konserwacji, eliminując czynniki ludzkie.

Połączenie zjawisk awaryjnych i typowych przyczyn, główną przyczyną uznano nadnapięcie rezonansowe ferromagnetyczne, ze specyficznymi scenariuszami wyzwalania:

• Wyzwolone przez awarię ziemną: Gdy wystąpi jednofazowe ziemne, zwoje PT i pojemność linii do ziemi tworzą obwód równoległy, spełniając warunki dla rezonansu ferromagnetycznego. Jednofazowe ziemne powoduje wzrost napięcia w dwóch pozostałych fazach, rdzeń nasycany szybko, a rezonans powoduje gwałtowny wzrost prądu w zwojach, topiąc bezpiecznik wysokiego napięcia; długotrwały nadprąd również przepali PT.

• Wyzwolone przez nieprawidłowe operacje: Trójfazowe obciążenie systemu jest w zasadzie zbilansowane, ale podczas operacji przełączania fazy nie są zsynchronizowane (zamknięcie/otwarcie nie jest jednocześnie), powodując prąd szczytowy w zwoju i nasycenie rdzenia transformatora napięcia, wyzwalając nadnapięcie rezonansowe ferromagnetyczne.

4.4 Rozwiązania

Po analizie przyczyn awarii podjęto następujące działania:

• Instalacja urządzeń eliminujących harmoniczne: Zainstalowano 1 zestaw urządzeń eliminujących harmoniczne na stronie magistrali 35 kV podstacji, aby supresować nawracający rezonans ferromagnetyczny.

• Ochrona nadnapięciowa strony wtórnej: Zainstalowano urządzenia ochrony nadnapięciowej na stronie wtórnej, aby opierać się nadnapięciom spowodowanym czynnikami środowiskowymi i chronić wewnętrzną izolację transformatora.

• Wykrywanie i leczenie harmonicznych: Użyto kalibratora energii elektrycznej na miejscu, aby wykryć harmoniczne w napięciu wtórnym. Jeśli wystąpią anomalie, nalegać na użytkowników, aby je leczyli, aby zapewnić zgodność z normą GB/T 14549 - 1993 "Jakość energii - Harmoniczne w publicznych sieciach energetycznych": stopień zniekształcenia całkowitego harmonicznych napięcia 35 kV ≤ 3%, harmoniczne nieparzyste ≤ 2,4%, harmoniczne parzyste ≤ 1,2%.

Efekt realizacji: Po wprowadzeniu tych środków, złączony transformator działa normalnie, bez awarii przepalenia PT ani topnienia bezpieczników.

4.5 Obliczenie rekompensaty energii elektrycznej

Dokładność pomiaru energii elektrycznej jest związana z interesami ekonomicznymi zarówno dostawców, jak i odbiorców energii. Awarie wymagają rekompensaty energii. Niniejszy artykuł używa trzeciej awarii jako przykładu i stosuje metodę współczynnika korekcyjnego do obliczeń:

Zasada: Porównaj moc czynną podczas poprawnego i niepoprawnego pomiaru, aby uzyskać współczynnik korekcyjny k, a następnie oblicz rekompensatę energii \(\Delta W\). Zakładając zbilansowane obciążenie trójfazowe, wzór na współczynnik korekcyjny k jest następujący:

(1) Interpretacja współczynnika korekcyjnego k

Gdy k > 1, moc czynna podczas poprawnego pomiaru jest większa niż podczas niepoprawnego pomiaru. Licznik energii niedorejestrowuje energię podczas awarii, a klient powinien uzupełnić ilość energii. Gdy k = 1, licznik mierzy poprawnie. Gdy 0 < k < 1, licznik nadrejestrowuje energię, a ilość energii powinna być zwrócona klientowi. Gdy k < 0, licznik pracuje w odwrotnym kierunku, a klient powinien uzupełnić ilość energii.

(2) Parametry pomiarowe związane z użytkownikiem

Pojemność przyjmowania przez użytkownika wynosi 2500 kVA, a metoda pomiaru to wysokie napięcie z wysokim pomiarem (pomierzony przez skrzynkę złączoną z wysokim napięciem). Stosunek napięcia wynosi 35000 V/100 V, a stosunek prądu wynosi 50 A/5 A. Całkowity współczynnik pomiarowy wynosi 3500. Pojemność licznika energii to 3&times;100 V/3&times;1.5 - 6 A, z dokładnością 0,5S.

Trzecia awaria użytkownika miała miejsce 13 czerwca 2022 roku, z utratą napięcia fazy C. Energia została przywrócona około godziny 8:00 4 sierpnia 2022 roku. Od 1 lipca 2022 roku zaimplementowano tarifowanie energii w zależności od godzin. Zbierane dane, takie jak napięcie systemu, moc i współczynnik mocy, przedstawione są w Tabeli 1.

Obliczenie rekompensaty energii dla pierwszego etapu

Jak widać z Tabeli 1, w okresie od 13 czerwca 2022 do 30 czerwca 2022, napięcie fazy A jest normalne, średnia wartość współczynnika mocy wynosi 0,82, a kąt elementu wynosi 34&deg;(L). Wtedy kąt współczynnika mocy &phi;=4&deg;(L). Zakładając, że obciążenie jest zbilansowane, współczynnik korekcyjny wynosi:

Obliczenie rekompensaty energii jest następujące:

Z Formuły (2) i Formuły (3) można zauważyć, że k > 1, co oznacza, że energia jest niedopomierzona, a dodatkowa ilość energii wynosząca 15 134 kWh powinna zostać odzyskana.(2) Obliczenie rekompensaty energii dla drugiego etapu.W okresie od 1 lipca 2022 do 4 sierpnia 2022, napięcie fazy A jest normalne, średnia wartość współczynnika mocy wynosi 0,87, a kąt elementu wynosi 29&deg;(L). Wtedy kąt współczynnika mocy &phi;=0&deg;. Zakładając, że obciążenie jest zbilansowane, współczynnik korekcyjny wynosi:

Obliczenie rekompensaty energii jest następujące:

Z Formuły (4) i Formuły (5) można zauważyć, że k > 1, co oznacza, że energia jest niedopomierzona, a dodatkowa ilość energii wynosząca 51 996 kWh powinna zostać odzyskana.Całkowita rekompensata energii do odzyskania:

5. Podsumowanie

W rzeczywistej eksploatacji złączone transformatory często przepalają się i topią bezpieczniki wysokiego napięcia, poważnie zagrożając bezpieczeństwem sieci. Zwykle takie problemy wynikają z nadnapięć rezonansowych, a także nieprawidłowego projektowania/wybierania sprzętu i niezgodności parametrów.

Przy analizie awarii: Najpierw sprawdzić defekty transformatora i zweryfikować pojemność bezpieczników wysokiego napięcia. Następnie zainstalować odpowiednie urządzenia eliminujące harmoniczne po stronie pierwotnej, aby radzić sobie z nadnapięciami rezonansowymi. Po wypadku reagować szybko i prawidłowo, aby zapobiec eskalacji i wpływowi społecznemu. Na końcu czerpać wnioski, poprawiać umiejętności rozwiązywania awarii i zapewniać bezpieczeństwo sieci.