Analiza i rešavanje anomalija merenja 35 kV spoljne kombinovane transformatorne stanice

1. Uvod

Često se javljanje opeklinja PT i taloženja primarnih prekidača u kombinovanim transformatorima dovodi do nepravilnog merenja energije i ozbiljno ugrožava sigurnu radnju mreže. Ovaj rad fokusira na ponavljajuće oštećenje PT i taloženje prekidača kod 35 kV kombinovanog transformatora, istražuje uzroke grešaka, predlaže rešenja i ispravlja netočnu količinu električne energije putem korekcionih koeficijenata. Time se efikasno smanjuju gubitci u mreži i umanjuju rizici usluge.

1.1 Uvod u kombinovane transformatore

U elektroenergetske sistemu, kombinovani transformatori su ključni komponenti za merenje i zaštitu. Sastoje se od naponskih transformatora (PT) i strujnih transformatora, koriste razliku zavojnica između primarne i sekundarne bobine kako bi pretvorili velike primarne struje i visoke napon na male struje i napon koji su prikladni za sekundarne instrumente i relé zaštitu. Takođe, ostvaruju električnu izolaciju između primarne i sekundarne strane kako bi se osigurala sigurnost ljudi i opreme na sekundarnoj strani.

2. Opasnosti grešaka kombinovanih transformatora

Kao ključni uređaj za merenje snage u elektroenergetskom sistemu, PT kombinovanog transformatora je odgovoran za pretvaranje visokih naponih signala u niske naponske signale za uređaje za merenje/zaštitu. Kada je PT oštećen ili se visokonaponski prekidnik stopio, opasnosti su sledeće:

• Oslobađanje točnosti merenja : Oštećenje PT i taloženje prekidnika mogu dovesti do grešaka u sistemu merenja električne energije, što utiče na točnost merenja i pokreće spore između preduzeća za snabdevanje strujom i korisnika.

• Povećana stopa otkaza opreme : Oštećenje PT može dovesti do nesimetrije sistema napon (previsok/prenizak), što narušava stabilnost sistema; greške transformatora mogu takođe dovesti do anormalnog funkcionisanja uređaja za zaštitu, povećavajući rizik od otkaza druge opreme.

• Opasnosti lične sigurnosti : Kombinovani transformatori su visokonaponska oprema. Oštećenje može dovesti do propadanja izolacije i curenja, što ugrožava ličnu sigurnost osoba za održavanje i eksploataciju.

3. Uzroci grešaka prekomernog napon u kombinovanim transformatorima

Tokom stvarne eksploatacije, kombinovani transformatori često iskušavaju taloženje visokonaponskih prekidnika i oštećenje PT. Glavni uzroci uključuju:

• Feromagnetska rezonantna prekomerna napona : Feromagnetski komponenti su linearni pod nominalnim naponom. Tokom grešaka, magnetni krug saturira, a induktivnost se menja nelinearno. Formiranjem oscilacionog kruga sa kapacitetom sistema, aktivira se kontinuirana feromagnetska rezonanca. Prekomerna napona dovodi do čestog taloženja/opeklinja visokonaponskih prekidnika PT, što ugrožava bezbednost mreže.

• Prekomerno opterećenje na sekundarnoj strani : Prekomerno opterećenje na sekundarnoj strani dovodi do generisanja velike topline sa teškoćama hlađenja. Unutrašnja temperatura vijaka se previše povišava, na kraju dovodeći do oštećenja PT.

• Kratko spojenje na primarnoj/sekundarnoj strani : Kratko spojenje na primarnoj/sekundarnoj strani PT generiše velike struje, dovodeći do taloženja visokonaponskih prekidnika i oštećenja opreme.

• Prekomerna napona prilikom prebacivanja : Nepravilna operacija generiše prekomernu napona, dovodeći do taloženja visokonaponskih prekidnika PT.

• Prekomerna napona od munje : Direktna/induktivna prekomerna napona munje dovodi do propadanja izolacije vijaka, oštećujući opremu.

4. Analiza slučaja
4.1 Osnovne informacije o korisniku

Dana 23. avgusta 2021. dogodila se greška oštećenja PT faze A u kombinovanom transformatoru 35 kV korisnika, što je dovelo do nepravilnog merenja energije. Godinu dana ranije, ovaj kombinovani transformator je iskusio 3 greške. Do januara 2021. godine, korisnik je snabdevan strujom od 35 kV podstacione Shazi sa normalnim merenjem. Nakon avgusta 2021. godine, snabdevanje strujom je promenjeno na 35 kV izlaznu liniju 110 kV podstacione Zhoujiaba (dvostruka oprema linija #353 Zhouwan i linija #354 Zhouri). Ukupna dužina linije iznosi oko 1,5 km. Strana 35 kV je zazemljena preko zagasača lukova. Tačke merenja su postavljene na dve 35 kV izlazne linije 110 kV podstacione Zhoujiaba. Primarna vezna shema prikazana je na slici 1.

4.2 Tačke merenja i vremenska linija grešaka

Obje tačke merenja koriste 35 kV kombinovane transformatore, sa trofaznim vezivanjem tri žice i V/V vezivanjem naponskih transformatora. Između njih:

• 35 kV linija Zhouri #354 (tačka merenja 2): Funkcioniše normalno, bez grešaka;

• 35 kV linija Zhouwan #353 (tačka merenja 1): Česte greške.

Vremenska linija grešaka:

• 23. avgust 2021: Prvo oštećenje PT, zamenjeno proizvodima kompanije Henan Xinyang Hutong Electric Co., Ltd.;

• 4. mart 2022: PT se oštetio ponovo, zamenjen kombinovanim transformatorima kompanije Jiangxi Gandi Electric Co., Ltd.;

• 13. juni 2022: Visokonaponski prekidnik faze C se stopio, gubitak napona;

• 21. septembar 2022: Visokonaponski prekidnik faze A se stopio, ponovno gubitak napona.

4.3 Analiza grešaka

Kada se dogodila greška, opterećenje korisnika bilo je malo, sekundarna vezana šema bila je normalna, a ne bilo je kratkog spojenja. Nakon testiranja:

• Otpornost zazemljenja linije bila je u skladu, a pripada neefektivnom zazemljenom sistemu. Greške zazemljenja mogu lako dovesti do toga da struja munje ne može da se otpusti, dovodeći do taloženja prekidnika;

• Nije bilo prekomernog napon tokom održavanja, eliminisući ljudski faktor.

U kombinaciji sa fenomenima grešaka i običnim uzrocima, glavni uzrok se određuje kao feromagnetska rezonantna prekomerna napona, sa specifičnim scenarijima aktivacije:

• Aktivirano greškom zazemljenja: Kada se pojedinačno zazemljenje desi na liniji, vijak PT i kapacitet linije prema tlu formiraju paralelni krug, zadovoljavajući uslove za feromagnetsku rezonancu. Pojedinačno zazemljenje dovodi do porasta napona na drugim dvema fazama, željezo se brzo saturira, a rezonanca dovodi do porasta struje vijaka, dovodeći do taloženja visokonaponskog prekidnika; dugotrajna prekomerna struja takođe dovodi do oštećenja PT.

• Aktivirano nepravilnom operacijom: Trofazno opterećenje sistema je uglavnom uravnoteženo, ali tokom operacija prebacivanja, faze nisu sinkronizovane (zatvaranje/otvaranje nije istovremeno), dovodeći do ulazne struje u vijaku i željezu naponskog transformatora, dovodeći do saturacije željeza, aktivirajući feromagnetsku rezonantnu prekomernu napona.

4.4 Rešenja

Nakon analize uzroka grešaka, preuzete su sledeće mere:

• Instalacija uređaja za eliminaciju harmonika: Instalirati 1 set uređaja za eliminaciju harmonika na 35 kV bus strani podstacije kako bi se supresiralo ponavljanje feromagnetske rezonance.

• Zaštita od prekomerne napona na sekundarnoj strani: Instalirati uređaje za zaštitu od prekomerne napona na sekundarnoj strani kako bi se otupila prekomerna napona uzrokovana okruženjskim faktorima i zaštitila unutrašnja izolacija transformatora.

• Detekcija i lečenje harmonika: Koristiti kalibratorski uređaj za merenje električne energije na mestu kako bi se detektovali harmonici u sekundarnom naponu. Ako postoje anomalije, potjerati korisnike da ih leče kako bi se osigurala usklađenost sa GB/T 14549 - 1993 "Kvaliteta struje - Harmonici u javnim električnim mrežama": Ukupna stopa distorzije harmonika 35 kV napon ≤ 3%, neparni redni harmonici ≤ 2,4%, parni redni harmonici ≤ 1,2%.

Efekat implementacije: Nakon implementacije mera, kombinovani transformator funkcioniše normalno, bez oštećenja PT ili taloženja prekidnika.

4.5 Izračunavanje usklađivanja količine električne energije

Tačnost merenja električne energije je vezana za ekonomske interese obe strane, snabdevatelja i potrošača. Greške zahtevaju usklađivanje količine električne energije. Ovaj rad uzima treću grešku kao primer i koristi metodu korekcionog koeficijenta za izračunavanje:

Princip: Uporediti aktivnu snagu tokom ispravnog i neispravnog merenja kako bi se dobila korekciona koeficijent k, a zatim izračunati količinu električne energije za usklađivanje \(\Delta W\). Pretpostavljajući ravnotežu trofaznog opterećenja, formula za korekcioni koeficijent k jeste:

(1) Tumačenje korekcionog koeficijenta k

Kada k > 1, aktivna snaga tokom ispravnog merenja je veća od one tokom neispravnog merenja. Merilac energije registruje manju količinu električne energije tokom greške, a korisnik treba da nadoknadi količinu električne energije. Kada k = 1, merilac energije meri ispravno. Kada 0 < k < 1, merilac energije registruje veću količinu električne energije, i količina električne energije treba da se vrati korisniku. Kada k < 0, merilac energije radi obrnutog smisla, i korisnik treba da nadoknadi količinu električne energije.

(2) Parametri merenja vezani za korisnika

Primarni kapacitet korisnika je 2500 kVA, a metoda merenja je visoko snabdevanje i visoko merenje (merenje putem visokonaponske kombinovane merne kutije). Odnos napona je 35000 V/100 V, a odnos struje je 50 A/5 A. Kompleksni merni multiplikator je 3500. Kapacitet merilca energije je 3&times;100 V/3&times;1.5 - 6 A, sa tačnošću 0.5S.

Treća greška korisnika desila se 13. juna 2022. godine, sa gubitkom napona faze C. Snabdevanje strujom je obnovljeno oko 8:00 4. avgusta 2022. godine. Cenovnici po vremenskim intervalima su implementirani od 1. jula 2022. godine. Podaci kao što su sistemski napon, snaga i faktor snage prikazani su u Tabeli 1.

Izračunavanje količine električne energije za usklađivanje u prvom periodu

Kao što se može videti iz Tabele 1, tokom perioda od 13. juna 2022. do 30. juna 2022. godine, napon faze A je normalan, prosečni faktor snage je 0,82, a ugao elementa je 34&deg;(L). Tada je ugao faktora snage &phi;=4&deg;(L). Pretpostavljajući ravnotežu opterećenja, korekcioni koeficijent je:

Izračunavanje količine električne energije za usklađivanje je sledeće:

Iz Formule (2) i Formule (3) se može videti da je k > 1, što znači da je količina električne energije merena manje, i treba da se nadoknadi dodatna količina električne energije od 15.134 kWh.(2) Izračunavanje količine električne energije za usklađivanje u drugom periodu.Tokom perioda od 1. jula 2022. do 4. avgusta 2022. godine, napon faze A je normalan, prosečni faktor snage je 0,87, a ugao elementa je 29&deg;(L). Tada je ugao faktora snage &phi;=0&deg;. Pretpostavljajući ravnotežu opterećenja, korekcioni koeficijent je:

Izračunavanje količine električne energije za usklađivanje je sledeće:

Iz Formule (4) i Formule (5) se može videti da je k > 1, što znači da je količina električne energije merena manje, i treba da se nadoknadi dodatna količina električne energije od 51.996 kWh.Ukupna količina električne energije za usklađivanje:

5. Zaključak

U stvarnoj eksploataciji, kombinovani transformatori često doživljavaju oštećenja i taloženje visokonaponskih prekidnika, što ozbiljno ugrožava sigurnost mreže. Obično, takvi problemi nastaju zbog rezonantne prekomerne napona, zajedno sa nepravilnim dizajnom/izborom opreme i neusklađenim parametrima.

Pri analizi grešaka: Prvo, proveriti defekte transformatora i verifikovati kapacitet visokonaponskih prekidnika. Zatim, instalirati prave uređaje za eliminaciju harmonika na primarnoj strani kako bi se suzbila rezonantna prekomerna napona. Nakon nesreće, odgovarati brzo i ispravno kako bi se sprečilo eskaliranje i društveni uticaj. Konačno, učiti iz iskustva, poboljšavati veštine u rešavanju grešaka i osiguravati sigurnost mreže.