Proteção de Backup do Transformador Principal: Funções Chave e Guia de Tratamento de Falhas

Proteção de Reserva do Transformador Principal

O objetivo da proteção de reserva do transformador principal é prevenir correntes excessivas nas bobinas do transformador causadas por falhas externas, servir como proteção de reserva para componentes adjacentes (barramentos ou linhas) e, quando possível, atuar como proteção de reserva para a proteção primária do transformador em caso de falhas internas. A proteção de reserva é usada para isolar falhas quando a proteção primária ou os disjuntores falham.

A proteção de sequência zero do transformador principal é uma proteção de reserva para transformadores em sistemas com neutro diretamente aterrado. Não é aplicável em sistemas com neutro não diretamente aterrado.

As proteções de curto-circuito entre fases comuns de backup para transformadores incluem proteção contra corrente excessiva, proteção contra corrente excessiva iniciada por baixa tensão, proteção contra corrente excessiva iniciada por tensão composta e proteção contra corrente excessiva de sequência negativa. A proteção de impedância também é às vezes usada como proteção de reserva.

Análise das Causas Comuns para a Operação da Proteção de Reserva do Transformador Principal

• Proteção de Corrente Excessiva Direcional com Bloqueio de Tensão Composta

• Direção para o barramento: A operação geralmente indica um curto-circuito no barramento ou na linha de alimentação onde a proteção falhou em operar.

• Direção para o transformador: A operação geralmente indica um curto-circuito em um barramento ou linha de alimentação downstream onde a proteção falhou. A falha da proteção principal do transformador é muito improvável.

• Proteção de Corrente Excessiva Não-Direcional com Bloqueio de Tensão Composta

• Segmento I: A operação geralmente indica uma falha no barramento. O primeiro tempo de atraso dispara o seccionador de barramento, e o segundo tempo de atraso dispara o lado local.

• Segmento II: Coordenado com a proteção de linha; a operação geralmente indica uma falha da proteção de linha.

• Segmento III: Serve como backup para o Segmento II; a operação dispara os três lados do transformador.

• Geralmente serve como proteção de reserva para subestações terminais.

• Em transformadores classificados em 330kV ou superior, a proteção de corrente excessiva bloqueada por tensão composta nos lados de alta e média tensão atua como um grande backup, sem direção e com um tempo de atraso mais longo, pois a proteção de distância (impedância) fornece backup sensível (por exemplo, o incidente de desligamento total na Subestação Yongdeng, Gansu, em 330kV).

• Se a configuração direcional no lado de média tensão do transformador aponta para o sistema, ela serve como proteção de reserva, efetivamente tornando-se o backup para a proteção do barramento de média tensão:

• Quando a proteção de reserva do transformador principal opera para disparar e a proteção principal não opera, geralmente deve ser considerada uma falha externa - seja no barramento ou na linha - que se escalou, causando o disparo da proteção de reserva do transformador principal.

• Proteção de Lacuna do Ponto Neutro: A operação indica uma falha de aterramento do sistema.

• Proteção de Corrente Excessiva de Sequência Zero:

• Segmento I: Atua como proteção de reserva para falhas de aterramento no transformador e no barramento.

• Segmento II: Atua como proteção de reserva para falhas de aterramento nas linhas de saída.

• A corrente de operação e o tempo de atraso devem ser coordenados com as etapas de backup de aterramento dos componentes adjacentes.

Inspeção do Intervalo de Falha

• Após o disparo da proteção de reserva do transformador principal, a probabilidade de uma falha na linha causar um disparo escalonado é muito maior do que uma falha no barramento. Portanto, o foco após o disparo deve ser verificar se a proteção da linha operou. Para linhas acima de 220kV, também deve-se prestar atenção especial se o dispositivo de proteção em si falhou.

• Se não forem encontrados sinais de operação de proteção nas linhas, existem duas possibilidades: ou a proteção falhou em operar durante a falha, ou houve uma falha no barramento.

• Se sinais de operação de proteção estiverem presentes em um ramal, desconecte o disjuntor correspondente da linha. Após confirmar que não há anormalidades nos disjuntores do barramento e do transformador, concentre-se em identificar a causa da falha do disjuntor da linha em disparar.

Isolamento e Tratamento da Falha

• Com base na operação de proteção, sinais, indicações de instrumentos, etc., determine o intervalo de falha e o intervalo de interrupção. Imprima o relatório de gravação de falhas. Se o transformador de serviço da estação for perdido, mude para o transformador de serviço de backup da estação e ative a iluminação de emergência.

• Desconecte todos os disjuntores de alimentação no barramento desenergizado. Se algum não tiver aberto, dispare-o manualmente. Após confirmar que não há anormalidades nos disjuntores do barramento e do transformador, carregue o barramento desenergizado:

• Se o disjuntor do lado de alta tensão disparou, use o disjuntor de seccionamento para carregar o barramento desenergizado (com proteção de carregamento engajada).

• Se os disjuntores dos lados de média ou baixa tensão dispararam, use o disjuntor do transformador principal para carregar o barramento (geralmente, o tempo de atraso da proteção de reserva deve ser reduzido).

• Em subestações com configuração de duplo barramento, se ocorrer uma falha no barramento, use o método de transferência de barramento frio para mover os disjuntores operando no barramento com falha para o barramento saudável para restaurar o fornecimento de energia.

• Se o isolamento do ponto de falha causar a perda de energia do PT do barramento, isole o PT primeiro, então carregue o barramento desenergizado. Após o carregamento bem-sucedido, feche o interruptor de paralelismo secundário do PT e, em seguida, restaure o fornecimento de energia às linhas.

• Se não houver sinais de falha ou anormalidades no barramento e nas linhas desenergizadas, com todos os disjuntores de alimentação desconectados, siga as instruções de despacho para fechar o disjuntor do transformador principal e o disjuntor de seccionamento para carregar o barramento. Uma vez que o carregamento seja normal, desative a recarga automática da linha e teste cada linha sequencialmente para identificar o disjuntor que falhou em operar.

• Após a operação da proteção de lacuna, se não forem encontradas anomalias no equipamento, aguarde as instruções de despacho para tratamento.

Descrição do Caso

Em uma subestação de 500kV, dois auto-transformadores operam em paralelo, cada um equipado com sistemas de proteção duplos. Quando ocorre uma falha em uma seção do barramento de 220kV ou em uma linha conectada, e o disjuntor do barramento ou da linha correspondente (e seu dispositivo de proteção) falha em operar corretamente, as proteções de reserva de ambos os transformadores - como proteção de impedância, proteção de corrente excessiva direcional com bloqueio de tensão composta e proteção de corrente excessiva de sequência zero direcional - serão ativadas simultaneamente e iniciarão o disparo. O seccionador de barramento ou o disjuntor de seccionamento é desconectado primeiro, garantindo a operação contínua normal das seções de barramento não afetadas, limitando assim a área de interrupção e minimizando o impacto da interrupção de energia.

A operação específica é a seguinte:

• Ao detectar uma falha no barramento ou na linha de 220kV combinada com a falha do disjuntor em operar, o sistema de proteção de reserva do transformador responde imediatamente.

• A proteção de reserva primeiro dispara a desconexão do seccionador de barramento ou do disjuntor de seccionamento para isolar a zona com falha e evitar que a falha se propague a outras partes do sistema que estão operando normalmente.

• Esta estratégia garante que, mesmo se a proteção primária falhar em responder prontamente, o restante do sistema permanece protegido e não afetado, e a extensão da interrupção é minimizada.

Este caso destaca o papel crítico da proteção de reserva do transformador nas operações da rede elétrica, especialmente em conter efetivamente o impacto de falhas inesperadas e manter a estabilidade e confiabilidade do sistema de energia.