Analys och hantering av mätavvikelse för 35 kV utomhus kombinerad transformator

1. Introduktion

Frekventa fall av PT-utmattningsbränning och huvudsidans säkringsmeltning i kombinerade transformatorer leder till felaktig energimätning och hotar allvarligt det säkra driftsättet av elnätet. Denna artikel fokuserar på de upprepade PT-skadorna och säkringsmeltningen av en 35 kV kombinerad transformator, undersöker orsakerna till felet, föreslår lösningar och återställer den felaktiga elektricitetsmängden genom korrekturfaktorer. Detta minskar effektivt nätets förluster och mildrar service risker.

1.1 Introduktion till kombinerade transformatorer

I elkraftsystemet är kombinerade transformatorer viktiga komponenter i mät- och skyddsanordningar. Sådana består av spänningsomvandlare (PT) och strömtransformatorer, som använder varvskillnaden mellan primär- och sekundärspolar för att omvandla stora primära strömmar och höga spänningar till små strömmar och spänningar lämpliga för sekundära instrument och reläskydd. Samtidigt uppnår de elektrisk isolering mellan primär- och sekundärsidan för att säkerställa säkerheten för personal och utrustning på sekundärsidan.

2. Faror med fel i kombinerade transformatorer

Som ett kärnmätsystem i elkraftsystemet ansvarar PT i en kombinerad transformator för att konvertera högspänningsignaler till lågspänningsignaler för mät- / skyddsanordningar. När PT skadas eller högspänningsfusen smälter, är farorna följande:

• Förvärrad mätningens noggrannhet : PT-skada och fusmältning kan orsaka fel i systemet för elektricitetsmätning, vilket påverkar mätningens noggrannhet och utlöser tvister mellan elkraftföretag och användare.

• Ökad utrustningsfelfrekvens : PT-skada kan orsaka systemets spänningsobalans (för hög/för låg), vilket stör systemets stabilitетet; transformerfel kan också orsaka oregelbunden drift av skyddsanordningar, vilket ökar risken för andra utrustningsfel.

• Personliga säkerhetsrisker : Kombinerade transformatorer är högspänningsutrustning. Skador kan leda till isoleringsgenombrott och läckage, vilket hotar personlig säkerheten för drift- och underhållspersonal.

3. Orsaker till överspänningsskador i kombinerade transformatorer

Under faktisk drift upplever kombinerade transformatorer ofta högspänningsfusmältning och PT-utmattningsbränning. De huvudsakliga orsakerna inkluderar:

• Ferromagnetisk resonansöverspänning : Ferromagnetiska komponenter är linjära vid nominalspänning. Vid fel sättas magnetvägen in i mättnad, och induktansen ändras icke-linjärt. Genom att bilda en oscillerande slinga med systemets kapacitans utlöses kontinuerlig ferromagnetisk resonans. Överspänningen orsakar frekventa fusing/burning av PT-högspänningsfusen, vilket hotar nätets säkerhet.

• Överdriven sekundärlast : Överdriven sekundärlast orsakar att transformatorn genererar mycket värme med svår värmeavledning. Den interna virveltemperaturen stiger för högt, vilket slutligen bränner ut PT:n.

• Kortslutning på primär-/sekundärsida : Kortslutning på PT:s primär/sekundärsida genererar stora strömmar, vilket orsakar högspänningsfusmältning och utrustningsbränning.

• Switchingsoverspänning : Oegentlig drift genererar överspänning, vilket gör att PT-högspänningsfusen smälter.

• Blixtöverspänning : Direkt/induktiv blixtöverspänning bryter ner virvelisoleringen, vilket skadar utrustningen.

4. Fallanalys
4.1 Grundläggande användarinformation

Den 23 augusti 2021 inträffade en A-fas PT-utmattningsbränning i en kombinerad transformator för en 35 kV-användare, vilket ledde till felaktig energimätning. Under det föregående året hade denna kombinerade transformator upplevt 3 fel. Innan januari 2021 var användaren ansluten till 35 kV Shazi-stationen med normal mätning. Efter augusti 2021 ändrades strömförsörjningen till 35 kV utgångslinjen från 110 kV Zhoujiaba-stationen (Zhouwan-linje #353 och Zhouri-linje #354 dubbelcirkuitsströmförsörjning). Den totala linjelängden är ca 1,5 km. 35 kV-sidan är jordad via en båglösningsbobin. Mätplatserna är inställda vid de 2-cirkuits 35 kV utgångslinjerna från 110 kV Zhoujiaba-stationen. Primära kopplingar visas i figur 1.

4.2 Mätplatser och fel tidslinje

Båda mätplatserna använder 35 kV kombinerade transformatorer, med trefas-tretrådskoppling och V/V-koppling för spänningsomvandlare. Av dessa:

• 35 kV Zhouri-linje #354 (Mätplats 2): Driftar normalt, inga fel;

• 35 kV Zhouwan-linje #353 (Mätplats 1): Frekventa fel.

Fel tidslinje:

• 23 augusti 2021: Första PT-utmattningsbränning, ersatt med produkter från Henan Xinyang Hutong Electric Co., Ltd.;

• 4 mars 2022: PT brinner igen, ersatt med kombinerade transformatorer från Jiangxi Gandi Electric Co., Ltd.;

• 13 juni 2022: C-fas högspänningsfus smälter, spänningsförlust;

• 21 september 2022: A-fas högspänningsfus smälter, spänningsförlust igen.

4.3 Felanalys

När felet inträffade var användarlaster lätt, sekundärkopplingen normal, och det fanns inget kortslut. Efter testning:

• Linjens jordningsmotstånd är i enlighet, och det tillhör ett ineffektivt jordningssystem. Jordningsfel kan enkelt orsaka att blixtströmmar inte avleds, vilket utlöser fusmältning;

• Det fanns ingen överspänning under drift och underhåll, vilket eliminerar mänskliga faktorer.

Tillsammans med felfenomen och vanliga orsaker fastställs den huvudsakliga orsaken till ferromagnetisk resonansöverspänning, med specifika utlösande scenarier:

• Utlöst av jordningsfel: När ett enfasjordningsfel inträffar på linjen bildar PT-virveln och linjens jordkapacitans en parallellkrets, vilket uppfyller villkoren för ferromagnetisk resonans. Enfasjordningsfel gör att spänningen i de andra två faserna stiger, järnkärnan mättnads snabbt, och resonans gör att virvelströmmen ökar, vilket smälter högspänningsfusen; långvarig överströmning kommer också att bränna ut PT:n.

• Utlöst av oegentlig drift: Systemets trefaslast är i stort sett balanserad, men under switchingoperationer är de tre faserna inte synkroniserade (icke-samtidigt stängning/öppning), vilket orsakar inrushingström i spänningsomvandlarens virvel och järnkärnas mättnad, vilket utlöser ferromagnetisk resonansöverspänning.

4.4 Lösningar

Efter analys av fels orsaker vidtas följande åtgärder:

• Installera harmoniseringselement: Installera 1 uppsättning harmoniseringselement på 35 kV busssidan av stationen för att undertrycka återkommande ferromagnetisk resonans.

• Överspänningskydd på sekundärsidan: Installera överspänningskydd på sekundärsidan för att motstå överspänning orsakad av miljöfaktorer och skydda transformatorns interna isolering.

• Harmoniskt mätning och behandling: Använd en platsbaserad elektricitetsmätarkalibrerare för att mäta harmoniska i sekundärespänningen. Om det finns avvikelser, uppmana användarna att behandla dem för att säkerställa överensstämmelse med GB/T 14549 - 1993 "Elkvalitet - Harmoniska i offentliga elkraftnät": Total harmonisk distorsionsgrad för 35 kV-spänning ≤ 3%, udda ordning harmoniska ≤ 2,4%, jämn ordning harmoniska ≤ 1,2%.

Implementeringseffekt: Efter att åtgärderna har implementerats fungerar kombinerade transformatorer normalt, utan PT-utmattningsbränning eller fusmältning fel.

4.5 Elektricitetskvantitet avstämning beräkning

Mätningens noggrannhet av elektricitet är relaterad till ekonomiska intressen för både elförsörjnings- och förbrukningsparter. Felen kräver elektricitetskvantitet avstämning. I denna artikel tas det tredje felet som exempel och används korrekturfaktormetoden för beräkning:

Princip: Jämför aktiv effekt under korrekt mätning och felaktig mätning för att få korrekturfaktorn k, och beräkna sedan avstämningselectricitetskvantiteten ΔW. Antagande trefaslastbalans, formeln för korrekturfaktorn k är:

(1) Tolkningskorrekturfaktor k

När \(k > 1\), är aktiv effekt under korrekt mätning större än under felaktig mätning. Strömmätaren underregistrerar elektricitet under felet, och kunden bör komplettera elektricitetskvantiteten. När \(k = 1\), mäter strömmätaren korrekt. När \(0 < k < 1\), överregistrerar strömmätaren elektricitet, och elektricitetskvantiteten bör återbetalas till kunden. När \(k < 0\), vänder strömmätaren, och kunden bör komplettera elektricitetskvantiteten.

(2) Användarrelaterade mätparametrar

Användarens mottagningskapacitet är 2500 kVA, och mätmetoden är högspänningshögspänningsmätning (mätt av en högspänningskombinerad mätbox). Spänningsförhållandet är 35000 V/100 V, och strömförhållandet är 50 A/5 A. Den sammanlagda mätmultiplicatorn är 3500. Strömmätarens kapacitet är \(3 \times 100 V / 3 \times 1,5 - 6 A\), med en noggrannhet på 0,5S.

Användarens tredje fel inträffade den 13 juni 2022, med fas C som förlorade spänning. Strömmen återställdes runt 8:00 den 4 augusti 2022. Tidsprissättning för elektricitet har införts sedan den 1 juli 2022. Insamlade data som systemspänning, effekt och effektfaktor visas i tabell 1.

Beräkning av avstämningselectricitetskvantitet för första etappen

Som syns i tabell 1, under perioden från den 13 juni 2022 till den 30 juni 2022, är fas A's spänning normal, genomsnittlig effektfaktor är 0,82, och elementvinkeln är \(34^\circ(L)\). Sedan är effektfaktorvinkeln φ=4°(L).Antagande att lasten är balanserad, är korrekturfaktorn:

Beräkningen av avstämningselectricitetskvantiteten är följande:

Från Formel (2) och Formel (3) kan man se att \(k > 1\), vilket betyder att elektriciteten är undermätt, och en ytterligare elektricitetskvantitet på 15 134 kWh bör återhämtas.(2) Beräkning av avstämningselectricitetskvantitet för andra etappen.Under perioden från den 1 juli 2022 till den 4 augusti 2022, är fas A's spänning normal, genomsnittlig effektfaktor är 0,87, och elementvinkeln är \(29^\circ(L)\). Sedan är effektfaktorvinkeln φ=0°.Antagande att lasten är balanserad, är korrekturfaktorn:

Beräkningen av avstämningselectricitetskvantiteten är följande:

Från Formel (4) och Formel (5) kan man se att \(k > 1\), vilket betyder att elektriciteten är undermätt, och en ytterligare elektricitetskvantitet på 51 996 kWh bör återhämtas.Total avstämningselectricitetskvantitet som ska återhämtas:

5. Slutsats

Under faktisk drift brinner kombinerade transformatorer ofta ut och högspänningsfusen smälter, vilket allvarligt hotar nätets säkerhet. Vanligtvis orsakas sådana problem av resonansöverspänning, tillsammans med otillräcklig utrustningsdesign/val och parameternismatch.

När man analyserar fel: Först kontrollera för transformatordefekter och verifiera högspänningsfusens kapacitet. Andra, installera lämpliga primära harmoniseringselement för att hantera resonansöverspänning. Efter en olycka, svara snabbt och hantera korrekt för att förhindra eskalering och sociala effekter. Slutligen, dra lärdom av erfarenhet, förbättra felsökning och säkerhet i nätet.