Quins són els errors comuns trobats durant l'operació de la protecció diferencial longitudinal del transformador elèctric?

Protecció diferencial longitudinal del transformador: problemes comuns i solucions

La protecció diferencial longitudinal del transformador és la més complexa entre totes les proteccions diferencials de components. Es produeixen errors operatius ocasionalment durant l'operació. Segons les estadístiques de 1997 de la Xarxa Elèctrica del Nord de Xina per a transformadors de 220 kV i superior, hi havia un total de 18 operacions incorrectes, de les quals 5 eren degudes a la protecció diferencial longitudinal, representant aproximadament un terç. Les causes d'errors operatius o de no funcionament inclouen problemes relacionats amb l'operació, el manteniment i la gestió, així com problemes en la fabricació, instal·lació i disseny. Aquest article analitza els problemes comuns relacionats amb el camp i presenta mètodes pràctics de mitigació.

1. Corrent desequilibrada causada per la corrent d'entrada del transformador

Durant l'operació normal, la corrent de magnetització flueix només al costat energitzat i crea una corrent desequilibrada en la protecció diferencial. Normalment, la corrent de magnetització és del 3% al 8% de la corrent nominal; per als grans transformadors, és normalment inferior al 1%. Durant les faults externes, la disminució de tensió reduïu la corrent de magnetització, minimitzant el seu impacte. No obstant això, durant l'energització d'un transformador sense càrrega o la recuperació de la tensió després de la eliminació d'una fault externa, pot ocorre una gran corrent d'entrada—que pot arribar a ser 6-8 vegades la corrent nominal.

Aquesta corrent d'entrada conté components no periòdics significatius i harmònics d'ordre superior, principalment el harmònic segon, i presenta discontinuïtats en la forma d'ona de corrent (angles morts).

Mètodes de mitigació en la protecció diferencial longitudinal:

(1) Relès de tipus BCH amb transformadors de corrent de saturació ràpida:
Durant les faults externes, el component no periòdic alt satura ràpidament el nucli del transformador de saturació ràpida, evitant que la corrent desequilibrada es transmeti al bobinat del relè—evitant així falsos disparadors. Durant les faults internes, encara que inicialment hi hagi components no periòdics, aquests decayeren en ~2 cicles. Després, només flueix la corrent de fault periòdica, permetent l'operació sensible del relè.

(2) Relès basats en microprocessador utilitzant restricció del harmònic segon:
La majoria dels relès digitals moderns utilitzen la restricció del harmònic segon per distingir la corrent d'entrada de les faults internes. Si es produeix un error operatiu durant la eliminació d'una fault externa:

• Canvia de la restricció fase a fase ("AND") al mode de restricció de la fase màxima ("OR").

• Redueix la raó de restricció del harmònic segon al 10%-12%.

• En sistemes de gran capacitat on el contingut del harmònic cinquè també és alt després de la eliminació de la fault, afegeix la restricció del harmònic cinquè.

• Per a transformadors dotats de doble protecció diferencial, considera utilitzar els principis de simetria de la forma d'ona per identificar la corrent d'entrada—aquest mètode és més sensible i fiable que la sola restricció harmònica.

2. Connexió incorrecta en els circuits secundaris del CT

Una causa recurrent de errors operatius és la polaritat invertida dels terminals secundaris del transformador de corrent (CT)—un resultat de formació insuficient, desviacions respecte als dibuixos de disseny o comprovacions de post-comissió insuficients.

Pràctica preventiva:
Abans de posar en servei la protecció diferencial longitudinal—després d'una nova instal·lació, proves periòdiques o qualsevol modificació del circuit secundari—el transformador ha de ser carregat, i es realitzen les següents comprovacions:

• Mesura la tensió desequilibrada en el bucle diferencial utilitzant un voltímetre d'alta impedància; ha de complir amb els límits de codi.

• Mesura la magnitud i l'angle de fase de les corrents secundàries en tots els costats.

• Construeix un diagrama vectorial hexagonal per verificar que la suma vectorial de les corrents de la mateixa fase és zero o propera a zero, confirmant la correcta connexió.

Només després d'aquestes verificacions, la protecció s'hauria de posar formalment en servei.

3. Contacte defectuós o circuit obert en els circuits secundaris

Els errors operatius deguts a connexions suaus o circuits oberts en els bucles secundaris del CT ocorren anualment.

Recomanacions:

• Reforça la monitorització en temps real de la corrent diferencial durant l'operació.

• Després de l'instal·lació/comissió del relè o de les revisions majors del transformador, inspecciona totes les connexions secundàries del CT.

• Aprieta els tornills del terminal i utilitza rondelles de ressort o clips antivibració.

• Per a aplicacions crítiques, utilitza dos cables paral·lels per la cablejació secundària diferencial per mitigar el risc de circuit obert.

4. Problemes de terra en els circuits secundaris de la protecció diferencial

Alguns llocs violen les mesures antiaccidentals tenint dos punts de terra—un al quadre de protecció i un altre a la caixa de terminales del parc de commutació. La diferència de potencial de terra resultant, especialment durant els trams o soldadures propers, pot induir una corrent diferencial espúria i causar un disparador fals.

Solució:
Enfereix estrictament la terra en un sol punt. L'únic punt de terra fiable hauria de trobar-se dins del quadre de protecció.

5. Degradació de l'aislament dels cables secundaris del CT

El fracàs de l'aislament dels cables secundaris del CT—sovint degut a pràctiques de construcció defectuoses—també porta a errors operatius. Les causes comunes inclouen:

• Dany de la coberta del cable durant la disposició,

• Unió de dos cables quan la longitud és insuficient,

• Soldadura de conduits de cable amb cables dins, causant danys tèrmics.

Aquests creen riscos ocults per a la fiabilitat de la protecció.

Mesures preventives:

• Durant la revisió major de l'equipament, prova periòdicament la resistència aïllant entre cada núcle a terra i núcle a núcle utilitzant un megohmímetre de 1000 V; els valors han de complir amb els requisits de codi.

• Manten les extremitats de fils exposades als terminals tan curtes com sigui possible per evitar terra accidental o circuits curts entre fases a causa de vibracions.

6. Selecció de transformadors de corrent per a la protecció diferencial longitudinal

La protecció diferencial implica CTs a diferents nivells de tensió, amb raons i models variats, conduint a característiques transitories desajustades—una possible font d'errors operatius o de no funcionament.

• Costat de 500 kV: Utilitza CTs de classe TP (classe de rendiment transitori), els seus nuclis amb forat limiten la remanència a <10% del flux de saturació, millorant molt la resposta transitoria.

• 220 kV i inferior: Normalment utilitza CTs de classe P, que no tenen forat d'aire, tenen una remanència més alta i un rendiment transitori pitjor.

Orientació de selecció: Encara que els CTs de classe TP oferin un rendiment tècnic superior, són caros i voluminosos—especialment al costat de baixa tensió, on la instal·lació en conductes de bus tancades és difícil. Per tant, a menys que hi hagi requisits especials del sistema, es prefereixen els CTs de classe P si satisfan les necessitats operatives reals—evitant costos innecessaris i reptes d'instal·lació.

A més, la secció del cable secundari ha de ser adequada:

• Per a cables llargs, utilitza ≥4 mm² de secció de conductor per minimitzar la càrrega i assegurar la precisió.