35 kV Açık Hava Bileşik Trafonun Ölçüm Anomalilerinin Analizi ve İlgilenmesi

1. Giriş

Birleştirilmiş transformatörlerde PT yanması ve birincil taraftaki sigorta erimesi olaylarının sık oluşması, enerji ölçümünün doğru olmamasına neden olur ve elektrik şebekesinin güvenli işletimini ciddi şekilde tehdit eder. Bu makale, 35 kV birleştirilmiş transformatördeki tekrarlanan PT hasarı ve sigorta erimesi sorunlarına odaklanmaktadır, arızanın nedenlerini araştırır, çözümler önerir ve düzelme katsayıları yoluyla yanlış olan enerji miktarını geri alır. Bu, etkili bir şekilde şebeke kayıplarını azaltır ve hizmet risklerini hafifletir.

1.1 Birleştirilmiş Transformatörler Hakkında Bilgi

Elektrik sisteminde, birleştirilmiş transformatörler ölçüm ve koruma cihazlarının temel bileşenleridir. Gerilim transformatörleri (PT) ve akım transformatörlerinden oluşan bu cihazlar, birincil ve ikincil bobinler arasındaki sarım farkını kullanarak büyük birincil akımları ve yüksek gerilimleri, ikincil aletler ve röle koruması için uygun küçük akımlara ve gerilimlere dönüştürür. Ayrıca, birincil ve ikincil taraflar arasında elektriksel izolasyon sağlayarak, ikincil taraftaki personelin ve ekipmanların güvenliğini garanti altına alır.

2. Birleştirilmiş Transformatör Arızalarının Tehlikeleri

Elektrik sisteminde birleştirilmiş transformatörün PT'si, yüksek gerilim sinyallerini ölçüm/koruma cihazları için düşük gerilim sinyallere dönüştürme görevini üstlenir. PT hasar görüp veya yüksek gerilim sigortası eridiğinde, tehlikeler şu şekildedir:

• Ölçüm Doğruluğunun Bozulması : PT hasarı ve sigorta erimesi, elektrik enerjisi ölçüm sisteminde hatalara neden olabilir, ölçüm doğruluğunu etkileyerek güç sağlayıcı kurumlar ve kullanıcılar arasında anlaşmazlıklara yol açar.

• Ekipman Başarısızlık Oranının Artışı : PT hasarı, sistem geriliminin dengesizleşmesine (çok yüksek/çok düşük) neden olabilir, sistem istikrarını bozabilir; transformatör arızaları ayrıca koruma cihazlarının anormal çalışmasına neden olabilir, diğer ekipmanların başarısızlık riskini artırır.

• Kişisel Güvenlik Tehlikeleri : Birleştirilmiş transformatörler yüksek gerilim ekipmanıdır. Hasar, yalıtım çöküşüne ve sızıntıya neden olabilir, operasyon ve bakım personelinin kişisel güvenliğini tehdit eder.

3. Birleştirilmiş Transformatörlerde Aşırı Gerilim Arızalarının Nedenleri

Gerçek işletim sırasında, birleştirilmiş transformatörler genellikle yüksek gerilim sigorta erimesi ve PT yanması yaşar. Ana nedenler şunlardır:

• Ferromanyetik Rezonans Aşırı Gerilimi : Ferromanyetik bileşenler, nominal gerilim altında doğrusaldır. Arızalar sırasında, manyetik devre doyurulur ve endüktans doğrusal olmayan bir biçimde değişir. Sistem kapasitesiyle bir titreşim döngüsü oluşturarak sürekli ferromanyetik rezonansı tetikler. Aşırı gerilim, PT yüksek gerilim sigortalarının sık erimesine ve şebeke güvenliğine tehdit oluşturmaya neden olur.

• Aşırı İkincil Yük : Aşırı ikincil yük, transformatörün çok fazla ısı üretmesine ve soğuması zorlaşmasına neden olur. İç bobin sıcaklığı çok yüksek olursa, sonunda PT yanar.

• Birincil - İkincil Taraftaki Kısa Devre : PT'nin birincil/ikincil tarafındaki kısa devre, büyük akımlar üretir, yüksek gerilim sigortasının erimesine ve ekipmanın yanmasına neden olur.

• Anahtarlameli Aşırı Gerilim : Yanlış işlemler aşırı gerilim oluşturur, PT yüksek gerilim sigortasının erimesine neden olur.

• Yıldırım Aşırı Gerilimi : Doğrudan/indüktif yıldırım aşırı gerilimi, bobin yalıtımını bozar, ekipmanı hasarlandırır.

4. Vaka Analizi
4.1 Temel Kullanıcı Bilgileri

23 Ağustos 2021'de, 35 kV bir kullanıcının birleştirilmiş transformatöründe A faz PT yanma arızası oluştu, bu da enerji ölçümünün doğru olmamasına neden oldu. Önceki yıl boyunca, bu birleştirilmiş transformatör 3 kez arızaya uğradı. Ocak 2021'den önce, kullanıcı 35 kV Shazi Alt Istasyonu'ndan normal olarak güç alıyordu. Ağustos 2021'den sonra, güç kaynağı 110 kV Zhoujiaba Alt İstasyonu'nun 35 kV çıkış hatlarına (Zhouwan Hat #353 ve Zhouri Hat #354 çift hatlı güç sağlama) değiştirildi. Toplam hat uzunluğu yaklaşık 1,5 km'dir. 35 kV tarafta yayılım bobini üzerinden yer bağlanmıştır. Ölçüm noktaları, 110 kV Zhoujiaba Alt İstasyonu'nun 2 hatlı 35 kV çıkış hatlarında belirlenmiştir. Birincil bağlantı şeması Şekil 1'de gösterilmiştir.

4.2 Ölçüm Noktaları ve Arıza Zaman Çizelgesi

Her iki ölçüm noktası da 35 kV birleştirilmiş transformatörler kullanır, üç faz üç tel bağlantısı ve gerilim transformatörleri için V/V bağlantısı vardır. Bunlardan:

• 35 kV Zhouri Hat #354 (Ölçüm Noktası 2): Normal çalışıyor, arızası yok;

• 35 kV Zhouwan Hat #353 (Ölçüm Noktası 1): Sık arızalar.

Arıza Zaman Çizelgesi:

• 23 Ağustos 2021: İlk PT yanma, Henan Xinyang Hutong Elektrik Co., Ltd. ürünlerle değiştirildi;

• 4 Mart 2022: PT tekrar yandı, Jiangxi Gandi Elektrik Co., Ltd. birleştirilmiş transformatörleriyle değiştirildi;

• 13 Haziran 2022: C faz yüksek gerilim sigortası eridi, gerilim kaybı;

• 21 Eylül 2022: A faz yüksek gerilim sigortası tekrar eridi, gerilim kaybı.

4.3 Arıza Analizi

Arıza olduğunda, kullanıcı yükü hafifti, ikincil bağlantı normaldi ve kısa devre yoktu. Testlerden sonra:

• Hat topraklama direnci uygun, etkin olmayan bir topraklama sistemine sahiptir. Topraklama arızaları, yıldırım akımının atılmasını engelleyerek sigorta erimesine neden olabilir;

• İşletme ve bakım sırasında aşırı gerilim olmadığı tespit edildi, insan faktörü dışlandı.

Arıza olayları ve yaygın nedenleri göz önünde bulundurulduğunda, ana neden ferromanyetik rezonans aşırı gerilimi olarak belirlendi, spesifik tetikleme senaryoları şunlardır:

• Topraklama Arızaları Tarafından Tetiklenmiş: Hat üzerinde tek faz topraklanması olduğunda, PT bobini ve hat-toprak kapasitesi paralel devre oluşturur, ferromanyetik rezonans koşullarını sağlar. Tek faz topraklanması, diğer iki fazın gerilimini yükseltir, demir çekirdek hızla doyar ve rezonans, bobin akımını artırmaya neden olur, yüksek gerilim sigortasını eritir; uzun süreli aşırı akım ayrıca PT'yi de yakanır.

• Yanlış İşlem Tarafından Tetiklenmiş: Sistemin üç faz yükü temelde dengedir, ancak anahtarlama işlemlerinde, üç faz eş zamanlı değil (kapama/açma aynı anda değil), gerilim transformatör bobini ve demir çekirdeğinde dalga akımı oluşur, demir çekirdeği doyurularak ferromanyetik rezonans aşırı gerilimini tetikler.

4.4 Çözümler

Arıza nedenleri analiz edildikten sonra, aşağıdaki önlemler alınmıştır:

• Aritmatik Eliminasyon Cihazları Kurulumu: Alt istasyonun 35 kV ana hat tarafına 1 set harmonik eliminasyon cihazı kuruldu, ferromanyetik rezonansın tekrarlanmasını baskıladı.

• İkincil Taraftaki Aşırı Gerilim Koruması: İkincil tarafta aşırı gerilim koruma cihazları kuruldu, çevre faktörlerinden kaynaklanan aşırı gerilime karşı transformatörün iç yalıtımını korudu.

• Harmonik Tespit ve Tedavi: İkincil gerilimdeki harmonikleri tespit etmek için alan elektrik enerjisi kalibratörü kullanıldı. Anormallikler varsa, kullanıcıları tedavi etmeye zorladı, GB/T 14549 - 1993 "Kamu Elektrik Ağlarında Harmonikler" standardına uygun olmalarını sağladı: 35 kV gerilim harmonik bozulma oranı ≤ 3%, tek mertebeden harmonikler ≤ 2,4%, çift mertebeden harmonikler ≤ 1,2%.

Uygulama Sonucu: Önlemler uygulandıktan sonra, birleştirilmiş transformatör normal çalıştı, PT yanma veya sigorta erimesi arızası olmadı.

4.5 Elektrik Miktarı Uyuşma Hesabı

Elektrik enerjisi ölçümünün doğruluğu, hem güç sağlayıcı hem de tüketici taraflarının ekonomik çıkarlarıyla ilgilidir. Arızalar, elektrik miktarı uyuşmasını gerektirir. Bu makale, üçüncü arızayı örnek alarak düzeltme katsayısı yöntemini kullanarak hesaplama yapmaktadır:

İlke: Doğru ve yanlış ölçüm sırasında aktif güç değerlerini karşılaştırarak düzeltme katsayısı k elde edilir, ardından uyuşma elektrik miktarı \(\Delta W\) hesaplanır. Üç faz yük dengesi varsayılır, düzeltme katsayısı k formülü şu şekildedir:

(1) Düzeltme Katsayısı k Yorumu

k > 1 olduğunda, doğru ölçüm sırasında aktif güç yanlış ölçüm sırasındakinden daha büyüktür. Arıza sırasında enerji sayacı, elektrik miktarını az kaydeder ve müşteri elektrik miktarını tamamlamalıdır. k = 1 olduğunda, enerji sayacı doğru ölçüm yapar. 0 < k < 1 olduğunda, enerji sayacı fazla elektrik kaydeder ve müşteriye elektrik miktarı iade edilmelidir. k < 0 olduğunda, enerji sayacı ters çevrilir ve müşteri elektrik miktarını tamamlamalıdır.

(2) Kullanıcı İlgili Ölçüm Parametreleri

Kullanıcının alım kapasitesi 2500 kVA'dır ve ölçüm yöntemi yüksek tedarik yüksek ölçüm (yüksek gerilimli birleştirilmiş ölçüm kutusu ile ölçülür). Gerilim oranı 35000 V/100 V, akım oranı 50 A/5 A'dır. Genel ölçüm çarpanı 3500'tür. Enerji sayacının kapasitesi 3&times;100 V/3&times;1.5 - 6 A, doğruluk sınıfı 0.5S'tır.

Kullanıcının üçüncü arızası 13 Haziran 2022'de, C fazda gerilim kaybı ile meydana geldi. Güç, 4 Ağustos 2022 saat 8:00 civarında geri verildi. 1 Temmuz 2022'den itibaren zaman dilimli elektrik fiyatlandırma uygulanmıştır. Toplanan veriler, sistem gerilimi, güç ve güç faktörü gibi, Tablo 1'de gösterilmiştir.

Birinci Aşama Uyuşma Elektrik Miktarı Hesabı

Tablo 1'den, 13 Haziran 2022 ile 30 Haziran 2022 arasında, A faz gerilimi normal, ortalama güç faktörü 0,82 ve eleman açısı 34&deg;(L). O zaman güç faktörü açısı &phi;=4&deg;(L). Yük dengeli olduğu varsayılırsa, düzeltme katsayısı:

Uyuşma elektrik miktarı hesabı şu şekildedir:

Formül (2) ve Formül (3)'ten, k > 1 olduğu görülmekte, yani elektrik az ölçülmüştür ve 15,134 kWh ek elektrik miktarı toplanmalıdır.(2) İkinci Aşama Uyuşma Elektrik Miktarı Hesabı.1 Temmuz 2022 ile 4 Ağustos 2022 arasında, A faz gerilimi normal, ortalama güç faktörü 0,87 ve eleman açısı 29&deg;(L). O zaman güç faktörü açısı &phi;=0&deg;.Yük dengeli olduğu varsayılırsa, düzeltme katsayısı:

Uyuşma elektrik miktarı hesabı şu şekildedir:

Formül (4) ve Formül (5)'ten, k > 1 olduğu görülmekte, yani elektrik az ölçülmüştür ve 51,996 kWh ek elektrik miktarı toplanmalıdır.Toplam toplanacak uyuşma elektrik miktarı:

5. Sonuç

Gerçek işletimde, birleştirilmiş transformatörler genellikle yanıyor ve yüksek gerilim sigortaları eriyiyor, bu durum şebekeyi ciddi bir şekilde tehdit ediyor. Genellikle, bu tür sorunlar rezonans aşırı geriliminden, yanı sıra ekipmanın yanlış tasarımı/seçimi ve parametre uyuşmazlıklarından kaynaklanır.

Arızaları analiz ederken: Öncelikle, transformatör defektlerini kontrol edin ve yüksek gerilim sigorta kapasitesini doğrulayın. İkinci olarak, rezonans aşırı gerilimine karşı uygun birincil harmonik eliminasyon cihazları kurun. Bir kazadan sonra, hızlı tepki verin ve doğru şekilde işlem yapın, böylece olayın genişlemesini ve sosyal etkilerini önleyin. Son olarak, deneyimlerden öğrenin, arıza çözüm becerilerini geliştirin ve şebeke güvenliğini sağlayın.