چه خطاهایی معمولاً در حین عملکرد حفاظت دیفرانسیل طولی ترانسفورماتور برق رخ می‌دهند

پروتکسیون دیفرانسیل طولی ترانسفورماتور: مسائل رایج و راه‌حل‌ها

پروتکسیون دیفرانسیل طولی ترانسفورماتور پیچیده‌ترین نوع از پروتکسیون‌های دیفرانسیلی مولفه‌ای است. در عمل، گاهی اوقات خطاهای عملیاتی رخ می‌دهند. بر اساس آمار سال ۱۹۹۷ شبکه برق شمال چین برای ترانسفورماتورهای با ولتاژ ۲۲۰ کیلوولت و بالاتر، در مجموع ۱۸ عملیات نادرست بود که ۵ مورد آن به خاطر پروتکسیون دیفرانسیل طولی بود—تقریباً یک سوم کل. علل خطا یا عدم عملکرد شامل مسائل مربوط به عملیات، نگهداری و مدیریت، همچنین مشکلات در ساخت، نصب و طراحی است. این مقاله مسائل رایج میدانی را تحلیل کرده و روش‌های عملی برای کاهش آنها ارائه می‌دهد.

۱. جریان نامتعادل ناشی از جریان فشار ترانسفورماتور

در شرایط عملیاتی عادی، جریان مغناطیسی فقط در سمت تغذیه شده جریان می‌یابد و جریان نامتعادل در پروتکسیون دیفرانسیل ایجاد می‌کند. معمولاً، جریان مغناطیسی ۳٪ تا ۸٪ جریان اسمی است؛ برای ترانسفورماتورهای بزرگ معمولاً کمتر از ۱٪ است. در حالت خرابی خارجی، کاهش ولتاژ جریان مغناطیسی را کاهش می‌دهد و تأثیر آن را به حداقل می‌رساند. اما در زمان تغذیه یک ترانسفورماتور بدون بار یا بازیابی ولتاژ پس از رفع خرابی خارجی، می‌توان جریان فشار بزرگی را مشاهده کرد—که می‌تواند ۶ تا ۸ برابر جریان اسمی باشد.

این جریان فشار شامل مؤلفه‌های غیرتناوبی قابل توجه و هارمونیک‌های مرتبه بالا، به ویژه هارمونیک دوم، است و ناپیوستگی‌های موج جریان (زاویه مرگ) را نشان می‌دهد.

روش‌های کاهش در پروتکسیون دیفرانسیل طولی:

(۱) رله‌های نوع BCH با ترانسفورماتورهای جریان با اشباع سریع:
در حالت خرابی خارجی، مؤلفه غیرتناوبی بالا هسته ترانسفورماتور جریان با اشباع سریع را به سرعت اشباع می‌کند و جریان نامتعادل را از انتقال به سیم پیچ رله می‌ماند—بنابراین از عملکرد غلط جلوگیری می‌کند. در حالت خرابی داخلی، اگرچه در ابتدا مؤلفه‌های غیرتناوبی وجود دارد، اما در حدود ۲ دور منقضی می‌شوند. پس از آن، فقط جریان خرابی تناوبی جریان می‌یابد که عملکرد حساس رله را ممکن می‌سازد.

(۲) رله‌های مبتنی بر میکروپروسسور با استفاده از محدوده‌گذاری هارمونیک دوم:
بسیاری از رله‌های دیجیتال مدرن از محدوده‌گذاری هارمونیک دوم برای تمایز بین جریان فشار و خرابی داخلی استفاده می‌کنند. اگر عملکرد غلط در زمان رفع خرابی خارجی رخ دهد:

• از حالت محدوده‌گذاری فاز به فاز ("AND") به حالت محدوده‌گذاری فاز ماکسیمم ("OR") تغییر کنید.

• نسبت محدوده‌گذاری هارمونیک دوم را به ۱۰٪ تا ۱۲٪ کاهش دهید.

• در سیستم‌های با ظرفیت بالا که محتوای هارمونیک پنجم بعد از رفع خرابی نیز بالاست، محدوده‌گذاری هارمونیک پنجم اضافه کنید.

• برای ترانسفورماتورهای مجهز به پروتکسیون‌های دیفرانسیل دوگانه، از اصول تقارن موج برای شناسایی جریان فشار استفاده کنید—این روش حساس‌تر و قابل اعتمادتر از تنها محدوده‌گذاری هارمونیک است.

۲. سیم‌کشی نادرست در مدارهای ثانویه ترانسفورماتور جریان

یکی از دلایل مکرر خطا، قطبیت معکوس پایانه‌های ثانویه ترانسفورماتور جریان (CT) است—نتیجه آموزش ناکافی، انحراف از نقشه‌های طراحی یا بررسی‌های کمیسیونینگ ناکافی.

روش پیشگیرانه:
قبل از معرفی پروتکسیون دیفرانسیل طولی به خدمت—پس از نصب جدید، تست‌های دوره‌ای یا هر تغییر در مدار ثانویه—ترانسفورماتور باید بار شود و بررسی‌های زیر انجام شود:

• اندازه‌گیری ولتاژ نامتعادل در حلقه دیفرانسیل با استفاده از ولتمتر با مقاومت بالا؛ باید با محدوده‌های استاندارد مطابقت داشته باشد.

• اندازه‌گیری مقدار و زاویه فاز جریان‌های ثانویه در تمام سمت‌ها.

• ساخت نمودار برداری شش‌ضلعی برای تأیید که مجموع برداری جریان‌های هم‌فاز صفر یا نزدیک به صفر است، تأیید می‌کند که سیم‌کشی صحیح است.

فقط پس از این تأییدها، حفاظت باید به رسمیت معرفی شود.

۳. تماس ضعیف یا مدار باز در مدارهای ثانویه

خطاهای ناشی از اتصالات لاغر یا مدار باز در حلقه‌های ثانویه CT سالانه رخ می‌دهند.

پیشنهادات:

• تقویت نظارت زنده روی جریان دیفرانسیل در حین عملیات.

• پس از نصب/کمیسیونینگ رله یا تعمیرات عمده ترانسفورماتور، تمام اتصالات ثانویه CT را بررسی کنید.

• پیچ‌های ترمینال را محکم کنید و از واشرهای پرینگ یا کلیپ‌های ضد لرزش استفاده کنید.

• برای کاربردهای مهم، از دو کابل موازی برای سیم‌کشی ثانویه دیفرانسیل استفاده کنید تا خطر مدار باز کاهش یابد.

۴. مشکلات زمین‌کشی در مدارهای ثانویه حفاظت دیفرانسیل

برخی از محل‌ها با داشتن دو نقطه زمین‌کشی—یکی در کابینه حفاظت و دیگری در جعبه ترمینال حیاط—ضوابط ضدحادثه را نقض می‌کنند. تفاوت پتانسیل زمین، به ویژه در زمان برق یا لحام نزدیک، می‌تواند جریان دیفرانسیل اضافی ایجاد کند و باعث عملکرد غلط شود.

راه‌حل:
اجباری کردن زمین‌کشی یک نقطه. تنها نقطه زمین‌کشی معتبر باید در داخل کابینه حفاظت باشد.

۵. تخریب عایق در کابل‌های ثانویه CT

خرابی عایق در کابل‌های ثانویه CT—اغلب به دلیل روش‌های ساخت نامناسب—همچنین منجر به خطا می‌شود. علل رایج عبارتند از:

• آسیب پوشش کابل در زمان کشیدن،

• وصل کردن دو کابل وقتی طول کافی نیست،

• لحام کردن لوله‌های کابل با کابل‌های داخلی، که باعث آسیب حرارتی می‌شود.

این‌ها خطرات پنهانی برای قابلیت اطمینان حفاظت ایجاد می‌کنند.

روش‌های پیشگیرانه:

• در زمان تعمیرات عمده تجهیزات، مقاومت عایق بین هر هسته به زمین و هسته به هسته را به صورت دوره‌ای با مگاهم‌متر ۱۰۰۰ V تست کنید؛ مقادیر باید با محدوده‌های استاندارد مطابقت داشته باشند.

• طول انتهای سیم‌های برهنه در ترمینال‌ها را به حداقل برسانید تا از زمین‌کشی یا کوتاه‌شدن فاز به فاز به دلیل لرزش جلوگیری شود.

۶. انتخاب ترانسفورماتورهای جریان برای پروتکسیون دیفرانسیل طولی

حفاظت دیفرانسیل شامل CT‌هایی با ولتاژهای مختلف، با نسبت‌ها و مدل‌های متفاوت، منجر به ناهماهنگی مشخصات ترانزیانت می‌شود—یک منبع بالقوه خطا یا عدم عملکرد.

• سمت ۵۰۰ کیلوولت: از CT‌های کلاس TP (کلاس عملکرد ترانزیانت) استفاده کنید که هسته‌های آنها با وجود شکاف، باقی‌مانده مغناطیسی را به کمتر از ۱۰٪ جریان اشباع محدود می‌کنند و به طور قابل توجهی پاسخ ترانزیانت را بهبود می‌بخشند.

• ۲۲۰ کیلوولت و پایین‌تر: معمولاً از CT‌های کلاس P استفاده می‌شود که هیچ شکاف هوایی ندارند، باقی‌مانده مغناطیسی بالاتری دارند و عملکرد ترانزیانت ضعیف‌تری دارند.

راهنمای انتخاب: اگرچه CT‌های کلاس TP عملکرد فنی بهتری دارند، اما گران‌قیمت و بزرگ‌اندازه هستند—به ویژه در سمت ولتاژ پایین، که نصب آنها در دکمه‌های بسته‌شده دشوار است. بنابراین، مگر اینکه نیازهای خاص سیستم وجود داشته باشد، CT‌های کلاس P را اگر جوابگوی نیازهای عملیاتی واقعی باشند، ترجیح دهید—که از هزینه‌های اضافی و چالش‌های نصب جلوگیری می‌کند.

علاوه بر این، مقطع کابل ثانویه باید کافی باشد:

• برای طول‌های کابل بلند، از سیم با قطر ≥۴ میلی‌متر استفاده کنید تا بار را کاهش داده و دقت را تضمین کنید.