Jaké jsou běžné poruchy, s nimiž se setkáváme během provozu longitudinální diferenciální ochrany elektrických transformátorů

Dlouhodobá diferenciální ochrana transformátoru: Běžné problémy a řešení

Dlouhodobá diferenciální ochrana transformátoru je nejsložitější ze všech komponentních diferenciálních ochran. Při provozu se občas stávají nesprávné operace. Podle statistik z roku 1997 pro Severočínský elektrický systém pro transformátory o nominálním napětí 220 kV a vyšší došlo k celkově 18 nesprávným operacím, z toho 5 bylo způsobeno dlouhodobou diferenciální ochranou—což představuje přibližně třetinu. Příčiny nesprávného fungování nebo selhání mohou být spojeny s provozem, údržbou a správou, stejně jako s problémy při výrobě, instalaci a návrhu. Tento článek analyzuje běžné problémy v praxi a prezentuje praktické metody jejich zmírnění.

1. Nekompenzovaný proud způsobený stržným proudem transformátoru

Během normálního provozu proud magnetizace protéká pouze na zapojené straně a vytváří nekompenzovaný proud v diferenciální ochraně. Typicky je proud magnetizace 3%–8% nominálního proudu; u velkých transformátorů je obvykle méně než 1%. Při vnějších poruchách se snížením napětí klesne proud magnetizace, což minimalizuje jeho dopad. Avšak při zapínání nezatíženého transformátoru nebo při obnově napětí po odstranění vnější poruchy může dojít k velkému stržnému proudu—dosahujícímu 6–8krát nominální hodnoty.

Tento stržný proud obsahuje významné neperiodické složky a vysoké harmonické složky, převážně druhou harmoniku, a ukazuje diskontinuity proudu (mrtvé úhly).

Metody zmírnění v dlouhodobé diferenciální ochraně:

(1) Relé typu BCH s rychle nasycujícími se proudivými transformátory:
Při vnějších poruchách vysoká neperiodická složka rychle nasycuje jádro rychle nasycujícího se transformátoru, což zabrání přenosu nekompenzovaného proudu na cívku relé—tím se zabrání nesprávnému spuštění. Při vnitřních poruchách, i když na začátku existují neperiodické složky, ty se rozpadají během ~2 cyklů. Poté přebíhá pouze periodický poruchový proud, což umožňuje citlivé fungování relé.

(2) Mikroprocesorová relé s blokováním druhou harmonikou:
Většina moderních digitálních relé používá blokování druhou harmonikou k rozlišení mezi stržným proudem a vnitřními poruchami. Pokud dojde k nesprávnému spuštění při odstranění vnější poruchy:

• Přepněte z fázového ("AND") blokování na maximální fázové ("OR") blokování.

• Snížte poměr blokování druhou harmonikou na 10%–12%.

• V systémech s velkou kapacitou, kde je po odstranění poruchy také vysoký obsah páté harmoniky, přidejte blokování pátou harmonikou.

• Pro transformátory vybavené dvojitou diferenciální ochranou, zvažte použití principu symetrie kmitoformy k identifikaci stržného proudu—tato metoda je citlivější a spolehlivější než pouze harmonické blokování.

2. Nesprávné zapojení sekundárních okruhů proudivých transformátorů

Opakující se příčinou nesprávného fungování je obrácená polarita terminálů sekundární strany proudivého transformátoru (CT)—což je důsledkem nedostatečného školení, odchylky od projektových kreseb nebo nedostatečných kontrol při zavedení do provozu.

Prevence:
Před zavedením dlouhodobé diferenciální ochrany do provozu—po nové instalaci, pravidelných testech nebo jakékoli modifikaci sekundárního okruhu—musí být transformátor zatížen, a provedeny následující kontroly:

• Naměřte nekompenzované napětí v diferenciálním okruhu pomocí vysokoodporového voltmetu; musí odpovídat limitem standardu.

• Naměřte velikost a fázový úhel sekundárních proudů na všech stranách.

• Sestavte šestiúhelníkový vektordiagram, který potvrdí, že vektorový součet proudů stejné fáze je nulový nebo blízký nule, což potvrzuje správné zapojení.

Až po těchto ověřeních by měla být ochrana formálně zavedena do provozu.

3. Špatný kontakt nebo otevřený okruh v sekundárních okruzích

Nesprávné funkce způsobené volnými spoji nebo otevřenými okruhy v sekundárních okruzích proudivých transformátorů se každoročně vyskytují.

Doporučení:

• Zlepšete reálné časové monitorování diferenciálního proudu během provozu.

• Po instalaci nebo zavedení do provozu relé nebo po hlavních opravách transformátoru zkontrolujte všechny spoje sekundárních okruhů proudivých transformátorů.

• Zapněte terminálové šrouby a použijte pružné podložky nebo antivibraci.

• Pro klíčové aplikace použijte dvě paralelní kabely pro sekundární zapojení diferenciální ochrany, aby se snížilo riziko otevřeného okruhu.

4. Problemy s uzemlením v sekundárních okruzích diferenciální ochrany

Některé lokality porušují protiporuchová opatření tím, že mají dva body uzemlení—jeden v ochranné skříni a druhý v konečné skříni v rozvodně. Výsledný rozdíl potenciálů uzemlení, zejména během blesku nebo blízkého svařování, může indukovat falešný diferenciální proud a způsobit nesprávné spuštění.

Řešení:
Přísně uplatňujte jednobodové uzemlení. Jediný spolehlivý bod uzemlení by měl být umístěn uvnitř ochranné skříně.

5. Zhoršení izolace sekundárních kabelů proudivých transformátorů

Selhání izolace sekundárních kabelů proudivých transformátorů—často způsobené chudými pracovními postupy—také vedou k nesprávnému fungování. Běžné příčiny zahrnují:

• Poškození pláště kabelu při položení,

• Spojení dvou kabelů, pokud není dostatečná délka,

• Svařování kabelových trubek s kabely uvnitř, což způsobuje termické poškození.

Tyto faktory vytvářejí skrytá rizika pro spolehlivost ochrany.

Preventivní opatření:

• Během hlavních údržbových prací pravidelně testujte odpor izolace mezi jádry a zemí a mezi jádry pomocí megohmmetru 1000 V; hodnoty musí splňovat požadavky standardu.

• Udržujte expozované konce drátů na terminálech co nejkratší, aby se zabránilo náhodnému uzemlení nebo krátkému spojení mezi fázemi kvůli vibracím.

6. Výběr proudivých transformátorů pro dlouhodobou diferenciální ochranu

Diferenciální ochrana zahrnuje proudivé transformátory na různých napěťových úrovních, s různými poměry a modely, což vede k neshodě přechodových charakteristik—což může být zdrojem nesprávného fungování nebo selhání ochrany.

• Strana 500 kV: Použijte proudivé transformátory třídy TP (třída přechodového výkonu), jejichž jádra s mezí omezují reziduální magnetizaci na <10% nasycení, což velmi zlepšuje přechodovou odezvu.

• 220 kV a nižší: Obvykle se používají proudivé transformátory třídy P, které nemají vzdušnou mez, vyšší reziduální magnetizaci a horší přechodové vlastnosti.

Pokyny pro výběr: Ačkoli proudivé transformátory třídy TP nabízejí lepší technické vlastnosti, jsou dražší a objemnější—zejména na nižších napěťových úrovních, kde je instalace v uzavřených sběračích obtížná. Proto by měly být preferovány proudivé transformátory třídy P, pokud splňují skutečné provozní potřeby, aby se zabránilo nadměrným nákladům a obtížem s instalací.

Kromě toho musí být průřez sekundárních kabelů dostatečný:

• Pro dlouhé kabelové vedení použijte vodiče s průřezem ≥4 mm², aby se minimalizovala zátěž a zajistila přesnost.