Аналіз та вирішення аномалій вимірювання 35 кВ зовнішнього комбінованого перетворювача

1. Вступ

Часті випадки перегоряння PT та плавлення первинних запалювачів у комбінованих трансформаторах призводять до неточного вимірювання електроенергії і серйозно загрожують безпечній роботі електромережі. Ця стаття зосереджується на повторюваних пошкодженнях PT та проблемах з плавленням запалювачів у 35 кВ комбінованому трансформаторі, досліджує причини виникнення аварій, пропонує рішення та відновлює неправильну кількість електроенергії за допомогою корекційних коефіцієнтів. Це ефективно зменшує втрати мережі та знижує ризики обслуговування.

1.1 Вступ до комбінованих трансформаторів

У електроенергетичній системі комбіновані трансформатори є ключовими компонентами вимірювальних та захисних пристроїв. Складаються з напругових трансформаторів (PT) та струмових трансформаторів, вони використовують різницю обмоток між первинними та вторинними обмотками для перетворення великих первинних струмів та високих напруг на невеликі струми та напруги, придатні для вторинних приладів та реле-захисту. Одночасно вони забезпечують електричну ізоляцію між первинною та вториною стороною, щоб гарантувати безпеку персоналу та обладнання на вторинній стороні.

2. Небезпеки аварій комбінованих трансформаторів

Як ключовий вимірювальний пристрій в електроенергетичній системі, PT комбінованого трансформатора відповідає за перетворення високої напруги на низьку напругу для вимірювальних/захисних пристроїв. Коли PT пошкоджено або плавиться високовольтний запалювач, небезпеки такі:

• Погіршення точності вимірювання : Пошкодження PT та плавлення запалювачів можуть спричинити помилки в системі вимірювання електроенергії, що впливає на точність вимірювання та викликає спори між енергетичними підприємствами та споживачами.

• Збільшення частоти аварій обладнання : Пошкодження PT може спричинити нестабільність напруги системи (занадто висока/низька), що порушує стабільність системи; аварії трансформаторів також можуть призводити до ненормальної роботи захисних пристроїв, що збільшує ризик аварій іншого обладнання.

• Небезпеки особистої безпеки : Комбіновані трансформатори є високовольтним обладнанням. Пошкодження може призвести до пробою ізоляції та протікання, що загрожує особистій безпеці персоналу, який проводить обслуговування та ремонт.

3. Причини аварій від перевищень напруги у комбінованих трансформаторах

Під час фактичної роботи комбіновані трансформатори часто стикаються з плавленням високовольтних запалювачів та перегорянням PT. Основні причини включають:

• Перевищення напруги через феромагнітний резонанс : Феромагнітні компоненти є лінійними при номінальній напругі. Під час аварій магнітний контур насичується, і індуктивність змінюється нелінійно. Утворюючи коливальний контур з системною ємністю, це викликає постійний феромагнітний резонанс. Перевищення напруги призводить до частого плавлення/перегоряння високовольтних запалювачів PT, що загрожує безпеці мережі.

• Перевищення вторинного навантаження : Перевищення вторинного навантаження призводить до значного нагріву трансформатора, який важко охолодити. Температура внутрішніх обмоток стає надто високою, що врешті-решт призводить до перегоряння PT.

• Коротке замикання на первинній/вторинній стороні : Коротке замикання на первинній/вторинній стороні PT генерує великі струми, що призводить до плавлення високовольтних запалювачів та перегоряння обладнання.

• Перевищення напруги при переключенні : Неправильне управління викликає перевищення напруги, що призводить до плавлення високовольтних запалювачів PT.

• Перевищення напруги від блискавки : Прямі/індуктивні перевищення напруги від блискавки руйнують ізоляцію обмоток, пошкоджуючи обладнання.

4. Аналіз випадку
4.1 Базова інформація про користувача

23 серпня 2021 року в комбінованому трансформаторі користувача з напругою 35 кВ сталася аварія з перегорянням PT фази A, що призвело до неточного вимірювання електроенергії. У минулому році цей комбінований трансформатор мав 3 аварії. До січня 2021 року користувач отримував живлення від підстанції Шаці з напругою 35 кВ з нормальним вимірюванням. Після серпня 2021 року живлення змінилося на вихідну лінію 35 кВ підстанції Чжоуджіба з напругою 110 кВ (двоколісне живлення лініями Чжоуван №353 та Чжоури №354). Загальна довжина лінії становить близько 1,5 км. Сторона 35 кВ заземлена через дуговий гаситель. Точки вимірювання розташовані на двох вихідних лініях 35 кВ підстанції Чжоуджіба з напругою 110 кВ. Первісна схема показана на рисунку 1.

4.2 Точки вимірювання та хронологія аварій

Обидві точки вимірювання використовують комбіновані трансформатори 35 кВ, з трьохфазним трипровідним з'єднанням та V/V з'єднанням для напругових трансформаторів. Серед них:

• Лінія Чжоури 35 кВ №354 (Точка вимірювання 2): Робить нормально, немає аварій;

• Лінія Чжоуван 35 кВ №353 (Точка вимірювання 1): Часті аварії.

Хронологія аварій:

• 23 серпня 2021 року: Перше перегоряння PT, замінено продуктами від Henan Xinyang Hutong Electric Co., Ltd.;

• 4 березня 2022 року: PT знову перегоріло, замінено комбінованими трансформаторами від Jiangxi Gandi Electric Co., Ltd.;

• 13 червня 2022 року: Плавлення високовольтного запалювача фази C, втрата напруги;

• 21 вересня 2022 року: Плавлення високовольтного запалювача фази A, знову втрата напруги.

4.3 Аналіз аварій

Під час аварії навантаження користувача було невеликим, вторинне з'єднання було нормальним, і не було короткого замикання. Після тестування:

• Опір заземлення лінії відповідає вимогам, і це належить до неефективної системи заземлення. Автоматичні відмови можуть легко призводити до невідпуску блискавкового струму, що викликає плавлення запалювачів;

• Не було перевищень напруги під час експлуатації та обслуговування, що виключає людський фактор.

З поєднанням явищ аварій та типових причин, основною причиною визначено феромагнітний резонансний перевищений напруг, з конкретними сценаріями запуску:

• Запущений одиночним заземленням: Коли відбувається одиночне заземлення на лінії, обмотка PT та ємність лінії до землі формують паралельний контур, що задовольняє умови для феромагнітного резонансу. Одиночне заземлення призводить до зростання напруги на інших двох фазах, ядро швидко насичується, і резонанс викликає стрімкий приріст струму обмотки, що призводить до плавлення високовольтного запалювача; тривала перенапруга також призведе до перегоряння PT.

• Запущений неправильним управлінням: Трьохфазне навантаження системи в основному збалансоване, але під час операцій переключення, три фази не синхронізовані (включення/виключення не одночасні), що викликає вхідний струм в обмотках напругового трансформатора та насичення ядра, що запускає феромагнітний резонансний перевищений напруг.

4.4 Рішення

Після аналізу причин аварій, прийнято наступні заходи:

• Встановлення пристроїв елімінації гармонік: Встановити 1 набір пристроїв елімінації гармонік на стороні шини 35 кВ підстанції, щоб придушити повторення феромагнітного резонансу.

• Захист від перевищень напруги на вторинній стороні: Встановити пристрої захисту від перевищень напруги на вторинній стороні, щоб протистояти перевищенню напруги, спричиненому екологічними факторами, та захистити внутрішню ізоляцію трансформатора.

• Детекція та ліквідація гармонік: Використовувати на місці калібратор електроенергії для детекції гармонік вторинної напруги. Якщо є відхилення, залучити користувачів до ліквідації, щоб забезпечити відповідність стандарту GB/T 14549-1993 "Якість електроенергії - Гармоніки в публічних електроенергетичних мережах": загальний коефіцієнт деструкції гармонік напруги 35 кВ ≤ 3%, непарні гармоніки ≤ 2,4%, парні гармоніки ≤ 1,2%.

Ефект реалізації: Після впровадження заходів, комбінований трансформатор працює нормально, без перегоряння PT або плавлення запалювачів.

4.5 Обчислення відновлення кількості електроенергії

Точність вимірювання електроенергії пов'язана з економічними інтересами як постачальників, так і споживачів електроенергії. Аварії вимагають відновлення кількості електроенергії. Ця стаття розглядає третю аварію як приклад і використовує метод корекційного коефіцієнта для обчислення:

Принцип: Порівняти активну потужність під час правильного та неправильного вимірювання, щоб отримати корекційний коефіцієнт k, а потім обчислити відновлену кількість електроенергії ΔW. Припустимо, що навантаження трьох фаз збалансоване, формула для корекційного коефіцієнту k є:

(1) Інтерпретація корекційного коефіцієнту k

Коли k > 1, активна потужність під час правильного вимірювання більша, ніж під час неправильного вимірювання. Енергетичний лічильник недооцінює електроенергію під час аварії, і користувач має відновити кількість електроенергії. Коли k = 1, енергетичний лічильник вимірює правильно. Коли 0 < k < 1, енергетичний лічильник переоцінює електроенергію, і кількість електроенергії має бути повернена користувачеві. Коли k < 0, енергетичний лічильник рухається в зворотньому напрямку, і користувач має відновити кількість електроенергії.

(2) Параметри вимірювання, пов'язані з користувачем

Приймальна потужність користувача становить 2500 кВА, а метод вимірювання - високе живлення, високе вимірювання (вимірювання за допомогою комбінованого вимірювального ящика високого напруги). Співвідношення напруги становить 35000 В/100 В, а струму - 50 А/5 А. Комплексний множник вимірювання становить 3500. Потужність енергетичного лічильника становить 3×100 В/3×1,5-6 А, з точністю 0,5S.

Третя аварія користувача сталася 13 червня 2022 року, коли втрата напруги фази C. Живлення було відновлено близько 8:00 4 серпня 2022 року. Часова тарифікація електроенергії була введена з 1 липня 2022 року. Зібрані дані, такі як системна напруга, потужність та коефіцієнт потужності, наведені у таблиці 1.

Обчислення відновленої кількості електроенергії для першого етапу

Як видно з таблиці 1, за період з 13 червня 2022 року по 30 червня 2022 року, напруга фази A нормальна, середній коефіцієнт потужності становить 0,82, а кут елемента становить 34°(L). Тоді кут коефіцієнта потужності φ=4°(L). Припустимо, що навантаження збалансоване, корекційний коефіцієнт становить:

Обчислення відновленої кількості електроенергії таке:

З формули (2) та формули (3) видно, що k > 1, що означає, що електроенергія недооцінюється, і треба відновити додаткову кількість електроенергії 15 134 кВт·год.(2) Обчислення відновленої кількості електроенергії для другого етапу. За період з 1 липня 2022 року по 4 серпня 2022 року, напруга фази A нормальна, середній коефіцієнт потужності становить 0,87, а кут елемента становить 29°(L). Тоді кут коефіцієнта потужності φ=0°. Припустимо, що навантаження збалансоване, корекційний коефіцієнт становить:

Обчислення відновленої кількості електроенергії таке:

З формули (4) та формули (5) видно, що k > 1, що означає, що електроенергія недооцінюється, і треба відновити додаткову кількість електроенергії 51 996 кВт·год.Загальна відновлена кількість електроенергії, яка має бути відновлена:

5. Висновок

У процесі експлуатації комбіновані трансформатори часто перегорають, а високовольтні запалювачі плавляться, що серйозно загрожує безпеці мережі. Зазвичай, такі проблеми виникають через резонансні перевищення напруги, а також неправильний вибір/дизайн обладнання та невідповідність параметрів.

При аналізі аварій: спочатку перевірити дефекти трансформатора та перевірити ємність високовольтних запалювачів. Друге, встановити правильні пристрої еліміна