การวิเคราะห์และการจัดการความผิดปกติของการวัดของหม้อแปลงรวมภายนอก 35 kV

1. บทนำ

การเกิดขึ้นบ่อยของปัญหา PT ไหม้และฟิวส์ด้านหลักละลายในหม้อแปลงรวมทำให้การวัดพลังงานไม่แม่นยำและคุกคามความปลอดภัยในการทำงานของระบบไฟฟ้าอย่างร้ายแรง บทความนี้มุ่งเน้นที่ปัญหาการเสียหายซ้ำๆ ของ PT และการละลายของฟิวส์ในหม้อแปลงรวม 35 kV สำรวจสาเหตุของข้อผิดพลาด เสนอแนวทางแก้ไข และแก้ไขปริมาณพลังงานที่ไม่ถูกต้องผ่านสัมประสิทธิ์การแก้ไข ซึ่งสามารถลดการสูญเสียในระบบไฟฟ้าและลดความเสี่ยงในการบริการได้อย่างมีประสิทธิภาพ

1.1 คำแนะนำเกี่ยวกับหม้อแปลงรวม

ในระบบไฟฟ้า หม้อแปลงรวมเป็นส่วนประกอบสำคัญของอุปกรณ์วัดและป้องกัน ประกอบด้วยหม้อแปลงแรงดัน (PT) และหม้อแปลงกระแส ใช้ความแตกต่างของจำนวนรอบระหว่างขดลวดหลักและขดลวดรองเพื่อแปลงกระแสและความดันสูงจากด้านหลักเป็นกระแสและความดันที่เหมาะสมสำหรับเครื่องมือรองและระบบป้องกัน ในขณะเดียวกัน ยังทำให้เกิดการแยกทางไฟฟ้าระหว่างด้านหลักและด้านรองเพื่อรับประกันความปลอดภัยของบุคลากรและอุปกรณ์บนด้านรอง

2. อันตรายจากการชำรุดของหม้อแปลงรวม

ในฐานะอุปกรณ์วัดพลังงานหลักในระบบไฟฟ้า PT ของหม้อแปลงรวมมีหน้าที่แปลงสัญญาณแรงดันสูงเป็นสัญญาณแรงดันต่ำสำหรับอุปกรณ์วัด/ป้องกัน เมื่อ PT ชำรุดหรือฟิวส์แรงดันสูงละลาย ผลกระทบที่ตามมาคือ:

• ความแม่นยำในการวัดลดลง : การชำรุดของ PT และการละลายของฟิวส์ทำให้เกิดข้อผิดพลาดในระบบวัดพลังงาน กระทบต่อความแม่นยำในการวัดและทำให้เกิดข้อพิพาทระหว่างบริษัทจำหน่ายไฟฟ้ากับผู้ใช้

• อัตราการชำรุดของอุปกรณ์เพิ่มขึ้น : การชำรุดของ PT อาจทำให้เกิดความไม่สมดุลของแรงดันในระบบ (สูงเกิน/ต่ำเกิน) ทำให้ระบบไม่เสถียร การชำรุดของหม้อแปลงยังอาจทำให้อุปกรณ์ป้องกันทำงานผิดปกติ ทำให้ความเสี่ยงของการชำรุดของอุปกรณ์อื่นๆ เพิ่มขึ้น

• อันตรายต่อความปลอดภัยส่วนบุคคล : หม้อแปลงรวมเป็นอุปกรณ์แรงดันสูง การชำรุดอาจทำให้เกิดการทะลุของฉนวนและรั่วไหล คุกคามความปลอดภัยของบุคลากรในการปฏิบัติงานและการบำรุงรักษา

3. สาเหตุของการเกิดแรงดันเกินในหม้อแปลงรวม

ในการดำเนินงานจริง หม้อแปลงรวมมักประสบปัญหาฟิวส์แรงดันสูงละลายและ PT ไหม้ สาเหตุหลักๆ ได้แก่:

• แรงดันเกินจากการสั่นสะเทือนเฟอร์โรแมกนิติก : ส่วนประกอบเฟอร์โรแมกนิติกเป็นเชิงเส้นภายใต้แรงดันกำหนด เมื่อเกิดข้อผิดพลาด วงจรแม่เหล็กอิ่มตัวและอินดักแทนซ์เปลี่ยนแปลงแบบไม่เชิงเส้น สร้างวงจรสั่นสะเทือนร่วมกับความจุของระบบ ทำให้เกิดการสั่นสะเทือนเฟอร์โรแมกนิติกอย่างต่อเนื่อง แรงดันเกินทำให้ฟิวส์แรงดันสูงของ PT ละลายและไหม้บ่อยครั้ง คุกคามความปลอดภัยของระบบ

• โหลดด้านรองมากเกินไป : โหลดด้านรองมากเกินไปทำให้หม้อแปลงผลิตความร้อนสูงและระบายความร้อนยาก ทำให้อุณหภูมิภายในขดลวดสูงเกินไป จนทำให้ PT ไหม้

• วงจรป้อนกลับระหว่างด้านหลักและด้านรอง : การป้อนกลับวงจรระหว่างด้านหลักและด้านรองของ PT ทำให้เกิดกระแสสูง ทำให้ฟิวส์แรงดันสูงละลายและอุปกรณ์ไหม้

• แรงดันเกินจากการสลับสวิตช์ : การดำเนินการที่ไม่เหมาะสมทำให้เกิดแรงดันเกิน ทำให้ฟิวส์แรงดันสูงของ PT ละลาย

• แรงดันเกินจากฟ้าผ่า : แรงดันเกินจากการฟ้าผ่าโดยตรงหรือเหนี่ยวนำทำให้ฉนวนขดลวดแตก ทำลายอุปกรณ์

4. การวิเคราะห์กรณีศึกษา
4.1 ข้อมูลพื้นฐานของผู้ใช้งาน

เมื่อวันที่ 23 สิงหาคม 2021 พบปัญหา PT ไหม้ในหม้อแปลงรวมของผู้ใช้งาน 35 kV ทำให้การวัดพลังงานไม่แม่นยำ ในปีก่อนหน้านี้ หม้อแปลงรวมนี้เคยประสบปัญหา 3 ครั้ง ก่อนเดือนมกราคม 2021 ผู้ใช้งานได้รับไฟฟ้าจากสถานีไฟฟ้า Shazi Substation 35 kV ด้วยการวัดที่ปกติ หลังจากสิงหาคม 2021 การจ่ายไฟฟ้าเปลี่ยนเป็นสายออก 35 kV ของสถานีไฟฟ้า Zhoujiaba Substation 110 kV (Zhouwan Line #353 และ Zhouri Line #354 จ่ายไฟฟ้าสองวงจร) ความยาวสายประมาณ 1.5 กม. ด้าน 35 kV ต่อพื้นผ่านคอยล์กำจัดอาร์ก จุดวัดตั้งอยู่ที่สายออก 35 kV สองวงจรของสถานีไฟฟ้า Zhoujiaba Substation 110 kV วงจรหลักแสดงในรูปที่ 1

4.2 จุดวัดและการดำเนินการตามเวลา

ทั้งสองจุดวัดใช้หม้อแปลงรวม 35 kV พร้อมการเชื่อมต่อสามเฟสสามสายและ V/V สำหรับหม้อแปลงแรงดัน โดยมีรายละเอียดดังนี้:

• สาย Zhouri Line 35 kV #354 (จุดวัดที่ 2): ทำงานปกติ ไม่มีปัญหา;

• สาย Zhouwan Line 35 kV #353 (จุดวัดที่ 1): มีปัญหาบ่อย

การดำเนินการตามเวลา:

• วันที่ 23 สิงหาคม 2021: PT ไหม้ครั้งแรก ทดแทนด้วยผลิตภัณฑ์จากบริษัท Henan Xinyang Hutong Electric Co., Ltd.;

• วันที่ 4 มีนาคม 2022: PT ไหม้อีกครั้ง ทดแทนด้วยหม้อแปลงรวมจากบริษัท Jiangxi Gandi Electric Co., Ltd.;

• วันที่ 13 มิถุนายน 2022: ฟิวส์แรงดันสูงเฟส C ละลาย ขาดแรงดัน;

• วันที่ 21 กันยายน 2022: ฟิวส์แรงดันสูงเฟส A ละลาย ขาดแรงดันอีกครั้ง

4.3 การวิเคราะห์ปัญหา

เมื่อเกิดปัญหา โหลดของผู้ใช้งานเบา วงจรด้านรองทำงานปกติ และไม่มีวงจรป้อนกลับ หลังจากทดสอบ:

• ความต้านทานการต่อกราวน์ของสายส่งเป็นไปตามมาตรฐานและอยู่ในระบบการต่อกราวน์ที่ไม่มีประสิทธิภาพ การเกิดปัญหาการต่อกราวน์อาจทำให้กระแสฟ้าผ่าไม่สามารถระบายออกได้ ทำให้ฟิวส์หลอมละลาย;

• ไม่มีแรงดันไฟฟ้าเกินระหว่างการดำเนินงานและการบำรุงรักษา ทำให้ขจัดปัจจัยจากมนุษย์

จากการรวมผลการตรวจพบปัญหาและสาเหตุที่พบบ่อย สาเหตุหลักถูกกำหนดว่าเป็นแรงดันเกินจากการสั่นสะเทือนแม่เหล็ก ซึ่งมีสถานการณ์ที่กระตุ้นดังนี้:

• กระตุ้นโดยปัญหาการต่อกราวน์: เมื่อเกิดการต่อกราวน์เฟสเดียวบนสายส่ง วงจรหม้อแปลงแรงดัน (PT) และความจุระหว่างสายส่งกับกราวน์จะสร้างวงจรขนาน ทำให้เกิดเงื่อนไขสำหรับการสั่นสะเทือนแม่เหล็ก การต่อกราวน์เฟสเดียวทำให้แรงดันของเฟสอื่นๆ เพิ่มขึ้น เหล็กภายในอิ่มตัวอย่างรวดเร็ว และการสั่นสะเทือนทำให้กระแสในวงจรหม้อแปลงแรงดันเพิ่มขึ้น ทำให้ฟิวส์แรงดันสูงหลอมละลาย; กระแสเกินในระยะยาวจะทำให้ PT ไหม้

• กระตุ้นโดยการทำงานที่ไม่เหมาะสม: โหลดสามเฟสของระบบโดยทั่วไปสมดุล แต่ระหว่างการสลับการทำงาน เฟสทั้งสามไม่ทำงานพร้อมกัน (การปิด/เปิดไม่พร้อมกัน) ทำให้เกิดกระแสกระแทกในวงจรหม้อแปลงแรงดันและเหล็กภายในอิ่มตัว กระตุ้นแรงดันเกินจากการสั่นสะเทือนแม่เหล็ก

4.4 วิธีการแก้ไข

หลังจากวิเคราะห์สาเหตุของปัญหา ได้ดำเนินมาตรการต่อไปนี้:

• ติดตั้งอุปกรณ์กำจัดฮาร์โมนิก: ติดตั้งอุปกรณ์กำจัดฮาร์โมนิก 1 ชุด บนฝั่งบัส 35 kV ของสถานีไฟฟ้า เพื่อควบคุมการเกิดการสั่นสะเทือนแม่เหล็กซ้ำ

• การป้องกันแรงดันเกินทางด้านสอง: ติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันแรงดันเกินทางด้านสอง เพื่อรับมือกับแรงดันเกินจากปัจจัยแวดล้อมและปกป้องฉนวนภายในหม้อแปลง

• การตรวจจับและแก้ไขฮาร์โมนิก: ใช้เครื่องสอบเทียบพลังงานไฟฟ้าแบบพกพาในการตรวจจับฮาร์โมนิกในแรงดันทางด้านสอง หากพบความผิดปกติ ควรเร่งให้ผู้ใช้งานทำการแก้ไขเพื่อให้สอดคล้องกับ GB/T 14549 - 1993 "คุณภาพไฟฟ้า - ฮาร์โมนิกในระบบไฟฟ้าสาธารณะ": อัตราการบิดเบือนฮาร์โมนิกรวมของแรงดัน 35 kV ≤ 3%, ฮาร์โมนิกคี่ ≤ 2.4%, ฮาร์โมนิกคู่ ≤ 1.2%

ผลของการดำเนินการ: หลังจากดำเนินมาตรการแล้ว หม้อแปลงผสมทำงานอย่างปกติ ไม่มีปัญหา PT ไหม้หรือฟิวส์หลอมละลาย

4.5 การคำนวณปรับปรุงค่าน้ำหนักไฟฟ้า

ความแม่นยำในการวัดพลังงานไฟฟ้ามีความเกี่ยวข้องกับผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจของทั้งฝ่ายจ่ายและฝ่ายใช้ไฟฟ้า ปัญหาต้องการการปรับปรุงค่าน้ำหนักไฟฟ้า บทความนี้ใช้ตัวอย่างปัญหาที่สามและใช้วิธีการคำนวณด้วยสัมประสิทธิ์การปรับปรุง:

หลักการ: ทำการเปรียบเทียบพลังงานไฟฟ้าระหว่างการวัดที่ถูกต้องและไม่ถูกต้องเพื่อหาสัมประสิทธิ์การปรับปรุง k แล้วคำนวณปริมาณการปรับปรุงค่าน้ำหนักไฟฟ้า \(\Delta W\) โดยสมมติว่าโหลดสามเฟสมีความสมดุล สูตรสำหรับสัมประสิทธิ์การปรับปรุง k คือ:

(1) คำอธิบายสัมประสิทธิ์การปรับปรุง k

เมื่อ k > 1, พลังงานไฟฟ้าระหว่างการวัดที่ถูกต้องมากกว่าระหว่างการวัดที่ไม่ถูกต้อง มิเตอร์พลังงานไฟฟ้าจะบันทึกค่าน้อยกว่าในระหว่างปัญหา ลูกค้าควรชำระค่าน้ำหนักไฟฟ้าเพิ่มเติม เมื่อ k = 1, มิเตอร์พลังงานไฟฟ้าวัดค่าถูกต้อง เมื่อ 0 < k < 1, มิเตอร์พลังงานไฟฟ้าบันทึกค่ามากเกินไป ค่าน้ำหนักไฟฟ้าควรคืนให้ลูกค้า เมื่อ k < 0, มิเตอร์พลังงานไฟฟ้ากลับทิศทาง ลูกค้าควรชำระค่าน้ำหนักไฟฟ้าเพิ่มเติม

(2) ข้อมูลการวัดที่เกี่ยวข้องกับผู้ใช้

ความจุในการรับไฟฟ้าของผู้ใช้คือ 2500 kVA และวิธีการวัดคือการจ่ายไฟฟ้าแรงสูงและการวัดไฟฟ้าแรงสูง (วัดโดยกล่องวัดไฟฟ้าแรงสูงรวม) อัตราส่วนแรงดันคือ 35000 V/100 V และอัตราส่วนกระแสคือ 50 A/5 A ตัวคูณการวัดรวมคือ 3500 ความจุของมิเตอร์พลังงานไฟฟ้าคือ 3&times;100 V/3&times;1.5 - 6 A ความแม่นยำ 0.5S

ปัญหาครั้งที่สามของผู้ใช้เกิดขึ้นเมื่อวันที่ 13 มิถุนายน 2022 โดยเฟส C สูญเสียแรงดัน ไฟฟ้าถูกฟื้นฟูประมาณเวลา 8:00 น. วันที่ 4 สิงหาคม 2022 ราคาไฟฟ้าตามเวลาได้ถูกนำมาใช้ตั้งแต่วันที่ 1 กรกฎาคม 2022 ข้อมูลที่รวบรวม เช่น แรงดันระบบ พลังงาน และแฟคเตอร์กำลัง แสดงในตาราง 1

การคำนวณปริมาณการปรับปรุงค่าน้ำหนักไฟฟ้าในระยะที่หนึ่ง

จากตารางที่ 1 ระหว่างวันที่ 13 มิถุนายน 2565 ถึง 30 มิถุนายน 2565 แรงดันไฟฟ้าเฟส A ปกติ ค่าปัจจัยกำลังเฉลี่ยเท่ากับ 0.82 และมุมองค์ประกอบคือ 34&deg;(L) แล้วมุมปัจจัยกำลัง &phi;=4&deg;(L) ถ้าสมมติว่าโหลดสมดุล ค่าสัมประสิทธิ์การแก้ไขคือ:

การคำนวณปริมาณพลังงานไฟฟ้าในการปรับปรุงคือดังนี้:

จากสูตร (2) และสูตร (3) สามารถเห็นได้ว่า k > 1 หมายความว่าพลังงานไฟฟ้าถูกวัดต่ำเกินไป และจำเป็นต้องเรียกเก็บพลังงานไฟฟ้าเพิ่มเติม 15,134 kWh(2) การคำนวณปริมาณพลังงานไฟฟ้าในการปรับปรุงสำหรับระยะที่สองระหว่างวันที่ 1 กรกฎาคม 2565 ถึง 4 สิงหาคม 2565 แรงดันไฟฟ้าเฟส A ปกติ ค่าปัจจัยกำลังเฉลี่ยเท่ากับ 0.87 และมุมองค์ประกอบคือ 29&deg;(L) แล้วมุมปัจจัยกำลัง &phi;=0&deg; ถ้าสมมติว่าโหลดสมดุล ค่าสัมประสิทธิ์การแก้ไขคือ:

การคำนวณปริมาณพลังงานไฟฟ้าในการปรับปรุงคือดังนี้:

จากสูตร (4) และสูตร (5) สามารถเห็นได้ว่า k > 1 หมายความว่าพลังงานไฟฟ้าถูกวัดต่ำเกินไป และจำเป็นต้องเรียกเก็บพลังงานไฟฟ้าเพิ่มเติม 51,996 kWh ปริมาณพลังงานไฟฟ้ารวมที่ต้องเรียกเก็บคืน:

5. สรุป

ในทางปฏิบัติ ทรานสฟอร์เมอร์รวมมักจะไหม้และฟิวส์แรงดันสูงระเบิด ซึ่งเป็นอันตรายอย่างมากต่อความปลอดภัยของระบบไฟฟ้า โดยปกติแล้วปัญหานี้เกิดจากแรงดันรีโซแนนซ์ พร้อมกับการออกแบบ/เลือกอุปกรณ์ที่ไม่เหมาะสมและการไม่ตรงกันของพารามิเตอร์

เมื่อวิเคราะห์ข้อผิดพลาด: ประการแรก ตรวจสอบข้อบกพร่องของทรานสฟอร์เมอร์และตรวจสอบความจุของฟิวส์แรงดันสูง ประการที่สอง ติดตั้งอุปกรณ์กำจัดฮาร์โมนิกหลักที่เหมาะสมเพื่อรับมือกับแรงดันรีโซแนนซ์ หลังจากเกิดเหตุ ตอบสนองอย่างรวดเร็วและจัดการอย่างถูกต้องเพื่อป้องกันการขยายตัวและความกระทบต่อสังคม ในที่สุด ศึกษาจากประสบการณ์ ปรับปรุงทักษะในการจัดการข้อผิดพลาด และรับรองความปลอดภัยของระบบไฟฟ้า