Hvad er de almindelige fejl, der opstår under drift af strømtransformatorers longitudinale differentielsbeskyttelse

Transformator Langdifferentialbeskyttelse: Almindelige Problemer og Løsninger

Transformator langdifferentialbeskyttelse er den mest komplekse blandt alle komponentdifferentialbeskyttelser. Fejlhændelser forekommer lejlighedsvis under drift. Ifølge statistik fra 1997 for North China Power Grid for transformatorer på 220 kV og over, var der i alt 18 fejlagtige hændelser, hvoraf 5 skyldtes langdifferentialbeskyttelse - hvilket udgør ca. en tredjedel. Årsager til fejlhændelser eller manglende reaktion inkluderer problemer relateret til drift, vedligeholdelse og ledelse, samt problemer i produktion, installation og design. Denne artikel analyserer almindelige feltrelaterede problemer og præsenterer praktiske løsningsmetoder.

1. Ubalanceret Strøm Forårsaget af Transformator Inrush Strøm

Under normal drift strømmer magnetiseringsstrøm kun på den spændingsførte side og skaber ubalanceret strøm i differentialbeskyttelsen. Typisk er magnetiseringsstrømmen 3%–8% af den nominale strøm; for store transformatorer er det normalt mindre end 1%. Under eksterne fejl reducerer spændingsfald magnetiseringsstrømmen, hvilket minimerer dens indflydelse. Imidlertid kan der opstå en stor inrush-strøm under energisering af en tom transformator eller ved genoprettelse af spændingen efter en ekstern fejl - der kan nå 6–8 gange den nominale strøm.

Denne inrush-strøm indeholder betydelige ikke-periodiske komponenter og højere harmoniske, primært anden harmonisk, og viser diskontinuiteter i strømformen (døde vinkler).

Løsningsmetoder i langdifferentialbeskyttelse:

(1) BCH-type relæer med hurtigt mættende strømtransformatorer:
Under eksterne fejl saturerer den høje ikke-periodiske komponent hurtigt kerne af den hurtigt mættende transformator, hvilket forhindrer, at ubalanceret strøm overføres til relæets spole - og dermed undgår falsk udløsning. Under interne fejl findes der initialet ikke-periodiske komponenter, men de aftager inden for ~2 cyklusser. Herefter flyder kun periodisk fejlstrøm, hvilket gør, at relæet kan virke sensitivt.

(2) Mikroprocessorbaserede relæer, der bruger anden-harmonisk begrænsning:
Flest moderne digitale relæer bruger anden-harmonisk blokering for at skelne inrush fra interne fejl. Hvis der opstår fejlhændelser under klaring af eksterne fejl:

• Skift fra fase-for-fase ("AND") begrænsning til maksimal-fase ("OR") begrænsningsmode.

• Reducer anden-harmonisk begrænsningsforhold til 10%–12%.

• I systemer med stor kapacitet, hvor femte-harmonisk indhold også er højt efter fejlklaring, tilføj femte-harmonisk begrænsning.

• For transformatorer udstyret med dobbelt differentialbeskyttelse, overvej at bruge bølgeform symmetri principper til at identificere inrush - denne metode er mere sensitiv og pålidelig end alene harmonisk begrænsning.

2. Forkert Forbindelse i CT Sekundære Kredsløb

En gentagen årsag til fejlhændelser er omvendt polaritet af sekundære terminaler for strømtransformatorer (CT) - som et resultat af utilstrækkelig uddannelse, afvigelse fra konstruktionsritninger eller utilstrækkelige testkontroller.

Forebyggende praksis:
Inden langdifferentialbeskyttelsen sættes i drift - efter ny installation, periodisk test eller ændring af sekundærkredsløb - skal transformatoren være belastet, og følgende kontroller udføres:

• Mål den ubalancerede spænding i differentialkredsløbet med en høj impedans voltmeter; den skal overholde kodegrænser.

• Mål størrelse og fasenvinkel af sekundære strømme på alle sider.

• Konstruer en sekskantig vektordiagram for at bekræfte, at vektorsummen af samme-fase strømme er nul eller nær-nul, hvilket bekræfter korrekt forbindelse.

Kun efter disse verifikationer bør beskyttelsen formelt sættes i drift.

3. Dårlig Kontak eller Åben Kredsløb i Sekundære Kredsløb

Fejlhændelser på grund af løse forbindelser eller åbne kredsløb i CT sekundære kredsløb forekommer årligt.

Anbefalinger:

• Styrk realtidsovervågning af differentialstrøm under drift.

• Efter relæinstallation/kommissionering eller store transformatoroverhauler, inspicer alle CT sekundære forbindelser.

• Skiør terminalskruer og brug federplader eller anti-vibrationsskruer.

• For kritiske anvendelser, brug to parallelle kabler for differential sekundære forbindelser for at reducere risiko for åben kredsløb.

4. Jorderelaterede Problemer i Differentialbeskyttelsens Sekundære Kredsløb

Nogle steder overtrædes anti-ulykke foranstaltninger ved at have to jordpunkter - ét i beskyttelseskabinet og et andet i switchyard terminalboks. Den resulterende forskel i jordpotentiale, især under lyn eller nærliggende svarende, kan inducere falsk differentialstrøm og forårsage falsk udløsning.

Løsning:
Strængt håndhæv enkelt punkt jordning. Det eneste pålidelige jordpunkt skal være placeret inden i beskyttelseskabinet.

5. Isolering Forringelse af CT Sekundære Kabler

Isoleringsfejl i CT sekundære kabler - ofte på grund af dårlige konstruktionspraksisser - fører også til fejlhændelser. Almindelige årsager inkluderer:

• Kabelmantel skade under lagring,

• Forbindelse af to kabler, når længden er utilstrækkelig,

• Svarende kablekanaler med kabler indeni, hvilket forårsager termisk skade.

Disse skaber skjulte risici for beskyttelsens pålidelighed.

Forebyggende foranstaltninger:

• Under større udstyrsvedligeholdelse, test periodisk isoleringsmodstand mellem hver kerne til jord og kerne til kerne med en 1000 V megaohmmeter; værdier skal opfylde kodekrav.

• Hold eksponerede kablender ved terminaler så kort som muligt for at forhindre uheldig jordning eller fasetil-fase kortslutning pga. vibration.

6. Valg af Strømtransformatorer for Langdifferentialbeskyttelse

Differentialbeskyttelse involverer CT'er på forskellige spændingsniveauer, med variende forhold og modeller, hvilket fører til misforhold i overgangsegenskaber - en potentiel kilde til fejlhændelser eller manglende reaktion.

• 500 kV side: Brug TP-klasse CT'er (transient-performance klasse), hvis gapede kerne begrænser remanence til <10% af saturationsflux, hvilket betydeligt forbedrer transient respons.

• 220 kV og nedad: Typisk bruges P-klasse CT'er, som har ingen luftgap, højere remanence og dårligere transient ydeevne.

Valg vejledning: Selvom TP-klasse CT'er tilbyder superiør teknisk ydeevne, er de dyre og klodsete - især på lavspændings siden, hvor installation i lukkede buskanaler er vanskelig. Derfor, med mindre der findes specielle systemkrav, bør P-klasse CT'er foretrækkes, hvis de opfylder de faktiske driftsbehov - og undgår unødvendige omkostninger og installationsudfordringer.

Desuden skal sekundærkabels tværsnit være tilstrækkeligt:

• For lange kabelstræk, brug ≥4 mm² ledningsstørrelse for at minimere byrde og sikre præcision.