Анализ и устранение аномалий учета 35 кВ наружного комбинированного трансформатора

1. Введение

Частые случаи перегорания PT и плавления предохранителей на первичной стороне в комбинированных трансформаторах приводят к неточному измерению энергии и серьезно угрожают безопасной работе электросети. В данной статье рассматриваются повторяющиеся повреждения PT и плавление предохранителей в 35-киловольтовом комбинированном трансформаторе, исследуются причины неисправностей, предлагаются решения и восстанавливаются неверные показатели энергии с помощью коэффициентов коррекции. Это эффективно снижает потери в сети и уменьшает риски обслуживания.

1.1 Введение в комбинированные трансформаторы

В энергетической системе комбинированные трансформаторы являются ключевыми компонентами устройств измерения и защиты. Они состоят из напряженческих трансформаторов (PT) и токовых трансформаторов, которые используют разницу числа витков между первичными и вторичными обмотками для преобразования больших токов и высоких напряжений на первичной стороне в малые токи и напряжения, подходящие для вторичных приборов и релейной защиты. При этом они обеспечивают электрическую изоляцию между первичной и вторичной сторонами, гарантируя безопасность персонала и оборудования на вторичной стороне.

2. Опасности неисправностей комбинированных трансформаторов

Как основное устройство измерения мощности в энергетической системе, PT комбинированного трансформатора отвечает за преобразование высоковольтных сигналов в низковольтные сигналы для устройств измерения/защиты. Когда PT поврежден или плавится высоковольтный предохранитель, возникают следующие опасности:

• Повреждение точности измерения : Повреждение PT и плавление предохранителя могут вызвать ошибки в системе измерения электроэнергии, влияя на точность измерения и вызывая споры между энергоснабжающими предприятиями и пользователями.

• Увеличение частоты отказов оборудования : Повреждение PT может вызвать дисбаланс напряжения в системе (слишком высокое/слишком низкое), нарушая стабильность системы; отказы трансформаторов также могут вызвать аномальную работу устройств защиты, увеличивая риск отказа других устройств.

• Опасности для личной безопасности : Комбинированные трансформаторы являются высоковольтным оборудованием. Повреждение может привести к пробою изоляции и утечке, угрожая личной безопасности операционного и технического персонала.

3. Причины перенапряжений в комбинированных трансформаторах

Во время фактической эксплуатации комбинированные трансформаторы часто сталкиваются с плавлением высоковольтных предохранителей и перегоранием PT. Основные причины включают:

• Перенапряжение ферромагнитного резонанса : Ферромагнитные компоненты линейны при номинальном напряжении. При неисправностях магнитная цепь насыщается, и индуктивность изменяется нелинейно. Образуя колебательный контур с емкостью системы, это вызывает непрерывный ферромагнитный резонанс. Перенапряжение вызывает частое плавление/перегорание высоковольтных предохранителей PT, угрожая безопасности сети.

• Превышение нагрузки на вторичной стороне : Превышение нагрузки на вторичной стороне вызывает значительное выделение тепла в трансформаторе с трудностью его рассеивания. Температура внутренних обмоток становится слишком высокой, в конечном итоге приводя к перегоранию PT.

• Короткое замыкание на первичной/вторичной стороне : Короткие замыкания на первичной/вторичной стороне PT генерируют большие токи, вызывая плавление высоковольтных предохранителей и перегорание оборудования.

• Перенапряжение при переключении : Неправильные операции вызывают перенапряжение, вызывая плавление высоковольтных предохранителей PT.

• Перенапряжение от молнии : Прямое/индуктивное перенапряжение от молнии вызывает пробой изоляции обмоток, повреждая оборудование.

4. Анализ случая
4.1 Базовая информация о пользователе

23 августа 2021 года произошла неисправность PT по фазе A в комбинированном трансформаторе 35-киловольтового пользователя, что привело к неточному измерению энергии. В предыдущем году этот комбинированный трансформатор испытал 3 неисправности. До января 2021 года пользователь был подключен к 35-киловольтовой подстанции Шацзы с нормальным измерением. После августа 2021 года подача электроэнергии была изменена на 35-киловольтовую линию 110-киловольтовой подстанции Чжоуцзяба (двухцепная линия питания #353 Чжоуван и #354 Чжоури). Общая длина линии составляет около 1,5 км. Сеть 35 кВ заземлена через реактор погашения дуг. Точки измерения установлены на двухцепных 35-киловольтовых линиях 110-киловольтовой подстанции Чжоуцзяба. Первичная схема показана на рисунке 1.

4.2 Точки измерения и хронология неисправностей

Обе точки измерения используют 35-киловольтовые комбинированные трансформаторы с трехфазной трехпроводной связью и V/V-соединением для напряженческих трансформаторов. Среди них:

• Линия 35 кВ #354 Чжоури (точка измерения 2): работает нормально, без неисправностей;

• Линия 35 кВ #353 Чжоуван (точка измерения 1): частые неисправности.

Хронология неисправностей:

• 23 августа 2021 года: первый случай перегорания PT, заменен продуктом компании Henan Xinyang Hutong Electric Co., Ltd.;

• 4 марта 2022 года: PT перегорает снова, заменен комбинированным трансформатором компании Jiangxi Gandi Electric Co., Ltd.;

• 13 июня 2022 года: плавление высоковольтного предохранителя по фазе C, потеря напряжения;

• 21 сентября 2022 года: плавление высоковольтного предохранителя по фазе A, повторная потеря напряжения.

4.3 Анализ неисправности

При возникновении неисправности нагрузка пользователя была небольшой, вторичная проводка была нормальной, и короткого замыкания не было. После проверки:

• Сопротивление заземления линии соответствует нормам, и система является неэффективно заземленной. Заземляющие неисправности могут легко вызвать невозможность разрядки молнии, вызывая плавление предохранителей;

• Нет перенапряжения в процессе эксплуатации и обслуживания, исключены человеческие факторы.

С учетом явлений неисправности и общих причин, основной причиной определено перенапряжение ферромагнитного резонанса, с конкретными сценариями запуска:

• Запуск из-за заземляющих неисправностей: При одиночном заземлении на линии обмотка PT и емкость линии к земле образуют параллельный контур, удовлетворяющий условиям ферромагнитного резонанса. Одиночное заземление вызывает повышение напряжения на двух других фазах, железо насыщается быстро, и резонанс вызывает скачок тока в обмотке, плавя высоковольтный предохранитель; длительный переток также приводит к перегоранию PT.

• Запуск из-за неправильных операций: Трехфазная нагрузка системы в основном сбалансирована, но при переключении три фазы не синхронизированы (не одновременное включение/выключение), вызывая всплеск тока в обмотке и насыщение железа напряженческого трансформатора, запуская перенапряжение ферромагнитного резонанса.

4.4 Решения

После анализа причин неисправности приняты следующие меры:

• Установка устройств подавления гармоник: Установить один комплект устройств подавления гармоник на шине 35 кВ подстанции для подавления повторяющегося ферромагнитного резонанса.

• Защита от перенапряжения на вторичной стороне: Установить устройства защиты от перенапряжения на вторичной стороне для сопротивления перенапряжению, вызванному внешними факторами, и защиты внутренней изоляции трансформатора.

• Детекция и обработка гармоник: Использовать калибратор электрической энергии на месте для детекции гармоник во вторичном напряжении. Если есть аномалии, настоять на их устранении пользователями, чтобы обеспечить соответствие стандарту GB/T 14549-1993 "Качество электроэнергии - Гармоники в общественных сетях": суммарное искажение гармоник напряжения 35 кВ ≤ 3%, нечетные гармоники ≤ 2,4%, четные гармоники ≤ 1,2%.

Результаты реализации: После внедрения мер комбинированный трансформатор работает нормально, без перегорания PT или плавления предохранителей.

4.5 Расчет корректировки потребления электроэнергии

Точность измерения электроэнергии связана с экономическими интересами как поставщиков, так и потребителей электроэнергии. Неисправности требуют корректировки потребления. В данной статье рассматривается третья неисправность в качестве примера, и используется метод расчета с использованием коэффициента коррекции:

Принцип: Сравнить активную мощность при правильном и неправильном измерении, чтобы получить коэффициент коррекции k, а затем рассчитать корректировку потребления электроэнергии ΔW. Предполагая балансировку трехфазной нагрузки, формула для коэффициента коррекции k имеет вид:

(1) Интерпретация коэффициента коррекции k

Когда k > 1, активная мощность при правильном измерении больше, чем при неправильном. Энергетический счетчик недоучитывает электроэнергию во время неисправности, и клиент должен компенсировать эту электроэнергию. Когда k = 1, энергетический счетчик измеряет правильно. Когда 0 < k < 1, энергетический счетчик переучитывает электроэнергию, и электроэнергия должна быть возвращена клиенту. Когда k < 0, энергетический счетчик работает в обратном направлении, и клиент должен компенсировать электроэнергию.

(2) Параметры измерения, связанные с пользователем

Пользовательская приемная мощность составляет 2500 кВА, и метод измерения - высоковольтное измерение (измерение с помощью высоковольтного комбинированного измерительного ящика). Соотношение напряжений 35000 В/100 В, соотношение токов 50 А/5 А. Общий множитель измерения 3500. Емкость энергетического счетчика 3×100 В/3×1,5-6 А, точность 0,5S.

Третья неисправность пользователя произошла 13 июня 2022 года, с потерей напряжения по фазе C. Электроэнергия была восстановлена около 8:00 4 августа 2022 года. Поскольку с 1 июля 2022 года применяется тариф на электроэнергию по времени использования, собранные данные, такие как системное напряжение, мощность и коэффициент мощности, представлены в таблице 1.

Расчет корректировки потребления электроэнергии для первого этапа

Как видно из таблицы 1, в период с 13 июня 2022 года по 30 июня 2022 года напряжение по фазе A нормальное, средний коэффициент мощности 0,82, угол элемента 34°(L). Тогда угол коэффициента мощности φ=4°(L). Предполагая, что нагрузка сбалансирована, коэффициент коррекции равен:

Расчет корректировки потребления электроэнергии следующий:

Из формул (2) и (3) видно, что k > 1, что означает, что электроэнергия недоучтена, и необходимо восстановить дополнительную электроэнергию в объеме 15 134 кВт·ч.(2) Расчет корректировки потребления электроэнергии для второго этапа. В период с 1 июля 2022 года по 4 августа 2022 года напряжение по фазе A нормальное, средний коэффициент мощности 0,87, угол элемента 29°(L). Тогда угол коэффициента мощности φ=0°. Предполагая, что нагрузка сбалансирована, коэффициент коррекции равен:

Расчет корректировки потребления электроэнергии следующий:

Из формул (4) и (5) видно, что k > 1, что означает, что электроэнергия недоучтена, и необходимо восстановить дополнительную электроэнергию в объеме 51 996 кВт·ч.Общий объем корректировки потребления электроэнергии, который необходимо восстановить:

5. Заключение

В реальной эксплуатации комбинированные трансформаторы часто перегорают, и высоковольтные предохранители плавятся, что серьезно угрожает безопасности сети. Обычно такие проблемы возникают из-за перенапряжения ферромагнитного резонанса, а также из-за неправильного проектирования/выбора оборудования и несоответствия параметров.

При анализе неисправностей: во-первых, проверьте дефекты трансформатора и подтвердите емкость высоковольтных предохранителей. Во-вторых, установите надлежащие устройства подавления гармоник на первичной стороне для борьбы с перенапряжением ферромагнитного резонанса. После аварии оперативно и правильно реагируйте, чтобы предотвратить эскалацию и социальные последствия. Наконец, извлекайте уроки, улучшайте навыки устранения неисправностей и обеспечивайте безопасность сети.