Analiza in obdelava nezgodnosti merjenja zunanjega kombiniranega transformatorja na 35 kV

1. Uvod

Pogosta pojava izgoritve PT in taljenja primarnih vodilnih preplavnikov v kombiniranih transformatorjih vodi do netočnega merjenja energije in hudo ogroža varno delovanje električne mreže. Ta članek se osredotoča na ponavljajoče škodljive pojave pri 35 kV kombiniranem transformatorju, raziskuje vzroke za napake, predlaga rešitve in popravlja napačno merjeno količino energije z uporabo popravnih koeficientov. S tem učinkovito zmanjša izgube v mreži in zmanjša tveganja storitev.

1.1 Uvod v kombinirane transformatorje

V električni sistemi so kombinirani transformatorji ključni komponente za merjenje in zaščito. Sestavljeni iz napetostnih transformatorjev (PT) in tokovnih transformatorjev, uporabljajo razliko v številu zavojev med primarnimi in sekundarnimi zavoji, da pretvorijo velike primarne tokove in visoke napetosti v majhne toke in napetosti, primerne za sekundarne instrumente in relejsko zaščito. Hkrati dosežejo električno ločenost med primarno in sekundarno stranjo, da zagotovijo varnost osebja in opreme na sekundarni strani.

2. Tveganja zaradi napak kombiniranih transformatorjev

Kot ključni element za merjenje energije v električni sistemu je PT kombiniranega transformatorja odgovoren za pretvorbo visokonapetostnih signalov v nizkonapetostne signale za naprave za merjenje/zaščito. Ko je PT poškoden ali je visokonapetostni preplavnik istal, so tveganja naslednja:

• Zmanjšana točnost merjenja : Poškodba PT in istanje preplavnika lahko povzročita napake v sistemu merjenja električne energije, kar vpliva na točnost merjenja in sproži spore med podjetji za oskrbo z energijo in uporabniki.

• Povečana stopnja odpadkov opreme : Poškodba PT lahko povzroči neravnotežje napetosti v sistemu (previsoka/prenizka), ki moti stabilnost sistema; napake transformatorjev lahko tudi povzročijo nepravilno delovanje naprav za zaščito, kar poveča tveganje odpadkov druge opreme.

• Varnostna tveganja za osebje : Kombinirani transformatorji so visokonapetostna oprema. Poškodba lahko vodi do propada izolacije in iztekanja, kar ogroža varnost osebja, ki opravlja vzdrževanje in popravilo.

3. Vzroki za previsokonapetostne napake v kombiniranih transformatorjih

Med dejanskim delovanjem kombiniranih transformatorjev pogosto pride do istanja visokonapetostnih preplavnikov in izgoritve PT. Glavni vzroki vključujejo:

• Feromagnetna resonančna previsoka napetost : Feromagnetne komponente so linearno ob nominalni napetosti. Pri napakah se magnetni krug nasiči, in induktivnost se spreminja nelinearno. Oblikujejo oscilacijsko zanko z kapacitancami sistema, kar sproži zvezno feromagnetno resonanco. Previsoka napetost povzroča pogosto istanje/izgoritev visokonapetostnih preplavnikov PT, kar ogroža varnost mreže.

• Prevelika sekundarna obremenitev : Prevelika sekundarna obremenitev povzroči, da transformator proizvaja veliko toplota, ki je težko disipa. Notranja temperatura zavojev postane previsoka, kar končno povzroči izgoritev PT.

• Kratki skok na primarni/sekundarni strani : Kratki skok na primarni ali sekundarni strani PT povzroči velike tokove, ki iztale visokonapetostne preplavnike in opremo.

• Preklapljanje previsoke napetosti : Nepravilno delovanje povzroči previsoko napetost, ki iztali visokonapetostne preplavnike PT.

• Previsoka napetost zaradi močnega grma : Direktni ali induktivni previsoki napeti močnega grma preobremenijo izolacijo zavojnic, kar poškoduje opremo.

4. Analiza primera
4.1 Osnovne informacije o uporabniku

23. avgusta 2021 je pri 35 kV uporabniku prišlo do izgoritve PT faze A v kombiniranem transformatorju, kar je vodilo do netočnega merjenja energije. V prejšnjem letu je ta kombinirani transformator imel 3 napake. Pred januarjem 2021 je uporabnik dobival energijo od 35 kV podstanice Shazi z normalnim merjenjem. Po avgustu 2021 je bila oskrba z energijo spremenjena na 35 kV izhodno linijo 110 kV podstanice Zhoujiaba (dvostranska oskrba s linijama #353 Zhouwan in #354 Zhouri). Skupna dolžina linije je približno 1,5 km. Stran 35 kV je zazemljena preko arčnega dušilnika. Merilni točki sta postavljena na dveh 35 kV izhodnih linijah 110 kV podstanice Zhoujiaba. Primarni vez je prikazan na Sliki 1.

4.2 Merilni točki in časovni okvir napak

Oba merilna točka uporabljata 35 kV kombinirane transformatorje, z trofaznim trožilnim povezovanjem in V/V povezovanjem za napetostne transformatorje. Med njimi:

• 35 kV linija Zhouri #354 (merilni točka 2): Deluje normalno, brez napak;

• 35 kV linija Zhouwan #353 (merilni točka 1): Pogoste napake.

Časovni okvir napak:

• 23. avgust 2021: Prva izgoritev PT, zamenjan z izdelki Henan Xinyang Hutong Electric Co., Ltd.;

• 4. marec 2022: PT se znova izgori, zamenjan z kombiniranimi transformatorji Jiangxi Gandi Electric Co., Ltd.;

• 13. junij 2022: Iztopi visokonapetostni preplavnik faze C, izguba napetosti;

• 21. september 2022: Iztopi visokonapetostni preplavnik faze A, ponovna izguba napetosti.

4.3 Analiza napak

Ob nastanku napake je bila obremenitev uporabnika majhna, sekundarno povezovanje je bilo normalno, ni bilo kratkih skokov. Po testiranju:

• Upornost zazemljenja linije je v skladu, pripada ne-efektivnemu sistem zazemljenja. Napake zazemljenja lahko lako povzročijo, da močni grm ne izteče, kar sproži istanje preplavnika;

• Nobena previsoka napetost ni bila zaznana med vzdrževanjem in delovanjem, izključena so človeška dejavnika.

Z upoštevanjem pojavov napak in običajnih vzrokov je glavni vzrok določen kot feromagnetna resonančna previsoka napetost, z specifičnimi sprožilnimi situacijami:

• Sprožena z napakami zazemljenja: Ko pride do enofaznega zazemljenja na liniji, PT zavojnica in kapacitancna veznica med linijo in zemljo tvorita vzporedno vez, ki ustrezata pogoju za feromagnetno resonanco. Enofazno zazemljenje povzroči, da se napetosti drugih dveh faz povišajo, železo se hitro nasiči, resonanca povzroči, da tok zavojnice naraste, iztali visokonapetostni preplavnik; dolgoročni previsoki tok lahko tudi izgori PT.

• Sprožena zaradi nepravilnega delovanja: Trofazna obremenitev sistema je v bistvu uravnotežena, vendar pri preklapljanju niso sinhronizirane tri faze (ne hkrati zapirajo/odpirajo), kar povzroči, da se tok zavojnice in železne jedro PT nasičita, sproži feromagnetno resonančno previsoko napetost.

4.4 Rešitve

Po analizi vzrokov za napake so bile sprejete naslednje ukrepe:

• Namestitev naprav za odstranjevanje harmonskih valovanj: Namestitev 1 skupine naprav za odstranjevanje harmonskih valovanj na strani 35 kV busa podstanice, da se ovira ponovno pojavljanje feromagnetne resonance.

• Zaščita pred previsoko napetostjo na sekundarni strani: Namestitev naprav za zaščito pred previsoko napetostjo na sekundarni strani, da se uporabi proti previsokim napetostim, ki jih povzročajo okoljski dejavniki, in zaščiti notranjo izolacijo transformatorja.

• Doniraj