Pagsusuri at Pamamahala ng Anomalya sa Pagsukat ng 35 kV Outdoor Combined Transformer

1. Pagpapakilala

Ang madalas na pagkawala ng PT at pagputol ng primary-side fuse sa mga combined transformers ay nagdudulot ng hindi tama ang pagsukat ng enerhiya at malubhang banta sa ligtas na operasyon ng grid ng kuryente. Ang papel na ito ay nakatuon sa paulit-ulit na pinsala sa PT at pagputol ng fuse ng isang 35 kV combined transformer, iminumungkahing solusyon, at pagbabawi ng maling bilang ng enerhiya sa pamamagitan ng correction coefficients. Ito ay epektibong nagsasabatas ng maliit na pagkawala ng grid at nagbabawas ng mga panganib sa serbisyo.

1.1 Pagpapakilala sa Combined Transformers

Sa sistema ng kuryente, ang combined transformers ay pangunahing bahagi ng mga device para sa pagsukat at proteksyon. Binubuo ito ng voltage transformers (PT) at current transformers, na gumagamit ng pagkakaiba ng bilang ng coils sa primary at secondary side upang i-convert ang malaking current at mataas na voltaje sa primary side sa mas maliit na current at voltaje na angkop para sa mga secondary instrument at relay protection. Samantala, ito ay nagpapatupad ng electrical isolation sa pagitan ng primary at secondary side upang matiyak ang seguridad ng mga tao at equipment sa secondary side.

2. Mga Panganib ng Mga Fault sa Combined Transformer

Bilang pangunahing device para sa pagsukat ng kuryente sa sistema ng kuryente, ang PT ng combined transformer ay responsable sa pag-convert ng high-voltage signals sa low-voltage signals para sa mga device ng pagsukat/proteksyon. Kapag ang PT ay nasira o ang high-voltage fuse ay naputol, ang mga panganib ay sumusunod:

• Impaired Metering Accuracy : Ang pinsala sa PT at pagputol ng fuse ay maaaring magresulta sa mga error sa electric energy metering system, na nakakaapekto sa accuracy ng pagsukat at nagdudulot ng mga talo sa pagitan ng power supply enterprises at mga user.

• Increased Equipment Failure Rate : Ang pinsala sa PT maaaring magresulta sa imbalance ng system voltage (too high/too low), na nagdudulot ng hindi stabil na sistema; ang mga fault sa transformer ay maaari ring sanhi ng abnormal na operasyon ng mga device ng proteksyon, na nagdudulot ng pagtaas ng panganib ng failure ng iba pang equipment.

• Personal Safety Hazards : Ang combined transformers ay high-voltage equipment. Ang pinsala dito maaaring magresulta sa insulation breakdown at leakage, na nagbubuwisit sa personal safety ng mga taong gumagawa ng operasyon at maintenance.

3. Mga Sanhi ng Overvoltage Faults sa Combined Transformers

Sa aktwal na operasyon, ang mga combined transformers madalas na may mga pagputol ng high-voltage fuse at pagkawala ng PT. Ang pangunahing mga sanhi ay kasama:

• Ferromagnetic Resonance Overvoltage : Ang ferromagnetic components ay linear sa ilalim ng rated voltage. Sa panahon ng mga fault, ang magnetic circuit ay natutugunan, at ang inductance ay nagbabago nang non-linear. Nagtataglay ito ng oscillation loop kasama ang system capacitance, na nagtutrigger ng patuloy na ferromagnetic resonance. Ang overvoltage ay nagdudulot ng madalas na pagputol/pagkawala ng high-voltage fuses ng PT, na nagbabanta sa ligtas na operasyon ng grid.

• Excessive Secondary Load : Ang excessive secondary load ay nagdudulot ng sobrang init sa transformer na may mahirap na heat dissipation. Ang temperatura ng internal winding ay tumataas nang sobra, na sa huli ay nagdudulot ng pagkawala ng PT.

• Primary-Secondary Side Short Circuit : Ang short circuits sa primary/secondary side ng PT ay nagdudulot ng malaking current, na nagdudulot ng pagputol ng high-voltage fuse at pagkawala ng equipment.

• Switching Overvoltage : Ang hindi tamang operasyon ay nagdudulot ng overvoltage, na nagdudulot ng pagputol ng high-voltage fuse ng PT.

• Lightning Overvoltage : Ang direct/inductive lightning overvoltage ay nagdudulot ng pagkawala ng winding insulation, na nagdudulot ng pinsala sa equipment.

4. Case Analysis
4.1 Basic User Information

Noong Agosto 23, 2021, isang A-phase PT burnout fault ang nangyari sa combined transformer ng isang 35 kV user, na nagresulta sa hindi tama ang pagsukat ng enerhiya. Sa nakaraang taon, ang combined transformer na ito ay may 3 faults. Bago Enero 2021, ang user ay pinagbibigyan ng 35 kV Shazi Substation na may normal na pagsukat. Matapos Agosto 2021, ang power supply ay binago sa 35 kV outgoing line ng 110 kV Zhoujiaba Substation (Zhouwan Line #353 at Zhouri Line #354 dual-circuit power supply). Ang kabuuang haba ng linya ay humigit-kumulang 1.5 km. Ang 35 kV side ay grounded sa pamamagitan ng arc-suppression coil. Ang mga metering points ay naitatag sa 2-circuit 35 kV outgoing lines ng 110 kV Zhoujiaba Substation. Ang primary wiring ay ipinapakita sa Figure 1.

4.2 Metering Points at Fault Timeline

Ang parehong metering points ay gumagamit ng 35 kV combined transformers, na may three-phase three-wire connection at V/V connection para sa voltage transformers. Kabilang dito:

• 35 kV Zhouri Line #354 (Metering Point 2): Operates normally, no faults;

• 35 kV Zhouwan Line #353 (Metering Point 1): Frequent faults.

Fault Timeline:

• Agosto 23, 2021: Unang PT burnout, pinalitan ng produkto mula sa Henan Xinyang Hutong Electric Co., Ltd.;

• Marso 4, 2022: PT burns out muli, pinalitan ng combined transformers mula sa Jiangxi Gandi Electric Co., Ltd.;

• Hunyo 13, 2022: C-phase high-voltage fuse melts, voltage loss;

• Setyembre 21, 2022: A-phase high-voltage fuse melts, voltage loss muli.

4.3 Fault Analysis

Kapag nangyari ang fault, ang user load ay light, ang secondary wiring ay normal, at walang short circuit. Matapos ang testing:

• Ang line grounding resistance ay compliant, at ito ay kabilang sa non-effective grounding system. Ang mga grounding faults ay maaaring madali na sanhi ng lightning current na hindi ma-discharge, nagdudulot ng pagputol ng fuse;

• Walang overvoltage sa operation at maintenance, na nag-eeliminate ng human factors.

Kombinado ang mga fault phenomena at common causes, ang pangunahing sanhi ay itinalaga na ferromagnetic resonance overvoltage, na may tiyak na triggering scenarios:

• Triggered by Grounding Faults: Kapag may single-phase grounding sa linya, ang PT winding at ang line-to-ground capacitance ay nagtataglay ng parallel circuit, na sumasakto sa kondisyon para sa ferromagnetic resonance. Ang single-phase grounding ay nagdudulot ng pagtaas ng voltage ng iba pang dalawang phases, ang iron core ay mabilis na natutugunan, at ang resonance ay nagdudulot ng pagtaas ng winding current, na nagdudulot ng pagputol ng high-voltage fuse; ang long-term overcurrent ay maaari ring sanhi ng pagkawala ng PT.

• Triggered by Improper Operation: Ang three-phase load ng sistema ay halos balanced, ngunit sa panahon ng switching operations, ang tatlong phases ay hindi synchronized (closing/opening not simultaneous), na nagdudulot ng inrush current sa voltage transformer winding at iron core saturation, na nagtutrigger ng ferromagnetic resonance overvoltage.

4.4 Solutions

Matapos ang analisis ng mga sanhi ng fault, ang mga sumusunod na hakbang ay ginawa:

• Install Harmonic Elimination Devices: Install 1 set of harmonic elimination devices sa 35 kV bus side ng substation upang supilin ang recurrence ng ferromagnetic resonance.

• Overvoltage Protection on Secondary Side: Install overvoltage protection devices sa secondary side upang labanan ang overvoltage na dulot ng environmental factors at protektahan ang internal insulation ng transformer.

• Harmonic Detection and Treatment: Gamitin ang on-site electric energy meter calibrator upang detektohin ang harmonics sa secondary voltage. Kung may anomalya, urgiin ang mga user na gamutin ito upang matiyak ang compliance sa GB/T 14549-1993 "Power Quality - Harmonics in Public Power Grids": Total harmonic distortion rate ng 35 kV voltage ≤ 3%, odd-order harmonics ≤ 2.4%, even-order harmonics ≤ 1.2%.

Implementation Effect: Matapos ang pag-implement ng mga hakbang, ang combined transformer ay normal na nag-ooperate, walang PT burnout o fuse melting faults.

4.5 Electricity Quantity Reconciliation Calculation

Ang accuracy ng electric energy metering ay may kaugnayan sa economic interests ng parehong power supply at consumption parties. Ang mga fault ay nangangailangan ng electricity quantity reconciliation. Ang papel na ito ay kinuha ang ikatlong fault bilang halimbawa at ginamit ang correction coefficient method para sa calculation:

Principle: I-compare ang active power sa panahon ng tama at maling pagsukat upang makakuha ng correction coefficient k, at pagkatapos ay i-calculate ang reconciliation electricity quantity ΔW. Assuming three-phase load balance, ang formula para sa correction coefficient k ay:

(1) Interpretation of Correction Coefficient k

Kapag k > 1, ang active power sa panahon ng tama na pagsukat ay mas malaki kaysa sa maling pagsukat. Ang energy meter ay under-registers electricity sa panahon ng fault, at ang customer ay dapat magbayad ng additional electricity quantity. Kapag k = 1, ang energy meter ay tama ang pagsukat. Kapag 0 < k < 1, ang energy meter ay over-registers electricity, at ang electricity quantity ay dapat ibalik sa customer. Kapag k < 0, ang energy meter ay reverse, at ang customer ay dapat magbayad ng additional electricity quantity.

(2) User-related Metering Parameters

Ang receiving capacity ng user ay 2500 kVA, at ang metering method ay high-supply high-metering (metered by a high-voltage combined metering box). Ang voltage ratio ay 35000 V/100 V, at ang current ratio ay 50 A/5 A. Ang comprehensive metering multiplier ay 3500. Ang energy meter capacity ay 3×100 V/3×1.5-6 A, na may accuracy ng 0.5S.

Ang ikatlong fault ng user ay nangyari noong Hunyo 13, 2022, na may phase C losing voltage. Ang power ay na-restore sa paligid ng 8:00 AM noong Agosto 4, 2022. Ang time-of-use electricity pricing ay na-implement simula noong Hulyo 1, 2022. Ang collected data tulad ng system voltage, power, at power factor ay ipinapakita sa Table 1.

Calculation of Reconciliation Electricity Quantity for the First Stage

Talakay sa Table 1, sa panahon mula Hunyo 13, 2022 hanggang Hunyo 30, 2022, ang voltage ng phase A ay normal, ang average power factor ay 0.82, at ang element angle ay 34°(L). Ang power factor angle φ=4°(L).Assuming na ang load ay balanced, ang correction coefficient ay:

Ang calculation ng reconciliation electricity quantity ay sumusunod:

Mula sa Formula (2) at Formula (3), makikita na k > 1, na nangangahulugan na ang electricity ay under-measured, at dapat ibalik ang additional electricity quantity na 15,134 kWh.(2) Calculation of Reconciliation Electricity Quantity for the Second Stage.During the period from July 1, 2022 to August 4, 2022, the voltage of phase A is normal, the average power factor is 0.87, and the element angle is 29°(L). Then the power factor angle φ=0°.Assuming that the load is balanced, the correction coefficient is:

The calculation of the reconciliation electricity quantity is as follows:

From Formula (4) and Formula (5), it can be seen that k > 1, meaning the electricity is under-measured, and an additional electricity quantity of 51,996 kWh should be recovered.Total reconciliation electricity quantity to be recovered:

5. Conclusion

Sa aktwal na operasyon, ang mga combined transformers madalas na nasusunog at ang high-voltage fuses ay napuputol, na nagdudulot ng malubhang panganib sa ligtas na operasyon ng grid. Karaniwang, ang mga isyu na ito ay resulta ng resonance overvoltage, kasama ang hindi tamang disenyo/pili ng equipment at mismatch ng parameters.

Kapag nagsasagawa ng analisis ng mga fault: Una, suriin ang mga defect sa transformer at i-verify ang capacity ng high-voltage fuse. Pangalawa, install ang tamang primary harmonic elimination devices upang labanan ang resonance overvoltage. Matapos ang isang accident, tugunan agad at i-handle nang tama upang maiwasan ang escalation at social impacts. Sa wakas, matuto mula sa karanasan, i-improve ang mga kasanayan sa pag-handle ng fault, at matiyak ang ligtas na operasyon ng grid.