Mitkä ovat yleisiä vikoja voimansiirtojen pitkittäisvirtasuojausjärjestelmän toiminnassa?

Muunnin pitkittäinen differentiaalisuojitus: Yleisiä ongelmia ja ratkaisuja

Muunnin pitkittäinen differentiaalisuojitus on kaikista komponenttien differentiaalisuojituksista monimutkaisin. Toiminnassa tapahtuu harvoin vääräksi osoittautuneita toimintoja. Pohjois-Kiinan sähköverkon 1997 tilastoissa 220 kV:n ja sitä suurempien muuntajien osalta oli yhteensä 18 väärää toimintaa, joista 5 johtui pitkittäisestä differentiaalisuojituksesta – noin kolmannes kokonaismäärästä. Väärän toiminnan tai toimimattomuuden syitä ovat toimintaan, huoltoon ja hallintoon liittyvät ongelmat sekä valmistus-, asennus- ja suunnitteluongelmat. Tässä artikkelissa analysoidaan yleisiä kenttätyyppisiä ongelmia ja esitetään käytännöllisiä lievitysmenetelmiä.

1. Muuntajan inrush-sähkövirta aiheuttama epätasapaino

Normaalissa toiminnassa magnetisoiva virta kulkee vain virrastettuun puoleen ja luo epätasapainoa differentiaalisuojituksessa. Yleensä magnetisoivaa virtaa on 3%–8% nominālivirrasta; isommilla muuntajilla se on yleensä alle 1%. Ulkoisissa vikoissa jänniteputos pienentää magnetisoivaa virtaa, vähentäen sen vaikutusta. Mutta tyhjällä muuntajalla virrastettaessa tai ulkoisen vian poistumisen jälkeen jännitepalautuessa voi tapahtua suuri inrush-virta – joka saattaa nousta 6–8 kertaa nominālivirran.

Tämä inrush sisältää merkittäviä ei-jaksollisia komponentteja ja korkeampia harmonioita, pääasiassa toista harmoniaa, ja näyttää sähkövirran aallonmuodon katkot (kuolleita kulmia).

Pitkittäisen differentiaalisuojituksen lievitysmenetelmiä:

(1) BCH-tyyppiset relaatit nopeasti saturaattavien sähkövirtamittarien kanssa:
Ulkoisten vikojen aikana korkea ei-jaksollinen komponentti nopeasti saturaattaa nopeasti saturaattavan muuntimen ytimen, estäen epätasapainovirtaa siirtymästä relaatin spoolille – välttäen väärän toiminnan. Sisäisissä vikoissa, vaikka alussa esiintyykin ei-jaksollisia komponentteja, ne heikkenevät noin 2 kierroksessa. Tämän jälkeen vain jaksollinen vikavirta kulkee, mahdollistaen tarkkanäköisen relaatin toiminnan.

(2) Mikrotietokonepohjaiset relaatit toisen harmonian rajoitteena käyttäen:
Useimmat modernit digitaaliset relaatit käyttävät toisen harmonian estoa erottamaan inrush-sähkövirtaa sisäisistä vikoista. Jos väärä toiminta tapahtuu ulkoisen vian poistumisen aikana:

• Siirry vaiheittaisesta ("AND") esteestä maksimivaiheen ("OR") esteeseen.

• Vähennä toisen harmonian estoratio 10%–12%:een.

• Järjestelmissä, joissa vika poistetaan ja viidennen harmonian sisältö on myös suuri, lisää viidennen harmonian esto.

• Muuntajille, joilla on kaksi differentiaalisuojitusta, harkitse aallonmuodon symmetrian periaatteiden käyttöä inrush-sähkövirtan tunnistamiseen – tämä menetelmä on herkkämpi ja luotettavampi kuin pelkästään harmoniaesto.

2. Virheellinen sähkövirtamittarin toissijaisen piirin kytkentä

Toistuva väärän toiminnan syy on sähkövirtamittarin (CT) toissijaisen terminaalin käänteinen napakuvio – seuraus riittämättömästä koulutuksesta, poikkeamista suunnittelupiirroksista tai riittämättömästä laitostarkastuksesta.

Ennaltaehkäisy:
Ennen pitkittäisen differentiaalisuojituksen käyttöönottoa – uuden asennuksen, säännöllisen testauksen tai minkä tahansa toissijaista piiriä koskevan muutoksen jälkeen – muuntaja on ladattava, ja on suoritettava seuraavat tarkistukset:

• Mittaile differentiaaliympyrässä olevaa epätasapainovirtaa korkeaimpedanssin voltmimerkillä; se on oltava koodirajojen mukainen.

• Mittaile toissijaisen virtan suuruus ja vaihekulma kaikilta puolilta.

• Rakenna kuusikulmainen vektoridiagrammi varmistaaksesi, että saman vaiheen virtojen vektorisumma on nolla tai lähes nolla, vahvistaen oikean kytkennän.

Vain nämä vahvistukset tehtyinä suojitus voidaan virallisesti käyttöön ottaa.

3. Huono yhteys tai avoin piiri toissijaisissa piireissä

Salliviin yhteyksiin tai avoimiin piireihin sähkövirtamittarin toissijaisissa silmukoissa johtuvia väärästi toimivia vuosittain tapahtuu.

Suositukset:

• Vahvista differentiaalivirran reaaliaikainen valvonta toiminnassa.

• Relaatin asennuksen/käyttöönoton tai suuren muuntajan kunnossapidon jälkeen tarkista kaikki sähkövirtamittarin toissijaiset yhteydet.

• Kiinnitä kierrypiteet ja käytä kevytvesipuikkoja tai värähdysvaimentavia rippejä.

• Kriittisissä sovelluksissa käytä kaksi rinnakkaisia kaapelia differentiaalitoissijaisen kytkennän vähentämiseksi avoimen piirin riskiä.

4. Differentiaalisuojituksen toissijaisissa piireissä maanturvallisuudessa

Joissakin paikoissa on rikkonut onnettomuuden ehkäisytoimenpiteitä kahdella maapisteellä – yksi suojuskaapissa ja toinen kytkentälaatikossa. Syntyvä maapotenssierona, erityisesti salaman tai lähellä olevan hitauskylyn aikana, voi aiheuttaa virheellistä differentiaalivirtaa ja aiheuttaa väärän toiminnan.

Ratkaisu:
Täsmällisesti noudatetaan yhden pisteen maanjäristystä. Ainoa luotettava maapiste on sijaittava suojuskaapin sisällä.

5. Sähkövirtamittarin toissijaisen kaapelin eristyksen heikentyminen

Sähkövirtamittarin toissijaisen kaapelin erityksen heikentyminen – usein huonon rakennustavan seurauksena – johtaa myös väärään toimintaan. Yleisiä syitä ovat:

• Kaapelin kuoren vaurioituminen levityksessä,

• Kahden kaapelin yhdistäminen, kun pituus on riittämätön,

• Kaapeliteiden hitaaminen kaapeleilla sisällä, mikä aiheuttaa lämmönhävitystä.

Nämä luovat piiloruiskuja suojituksen luotettavuuteen.

Ennaltaehkäisytoimenpiteet:

• Isossa laitoksessa säännöllisesti testaa eritysresistanssi jokaisen ydin-maahan ja ydin-ytimeen välillä 1000 V megohmmilla; arvot on vastattava koodivaatimuksia.

• Pidä kaapelien päätepäät mahdollisimman lyhyinä, estääksesi satunnaisen maanturvallisuuden tai vaiheen välisen lyhytsulun värähtelyn seurauksena.

6. Sähkövirtamittarien valinta pitkittäiselle differentiaalisuojitukselle

Differentiaalisuojitus sisältää sähkövirtamittareita eri jänniteasteilla, eri suhteilla ja malleilla, mikä johtaa eri transientoilla – mahdollinen lähde väärään toimintaan tai toimimattomuuteen.

• 500 kV -puolella: Käytä TP-luokan sähkövirtamittaria (transient-performance class), jonka aukkoinen ydin rajoittaa jäännösvirran alle 10% satuun fluxin, parantaa huomattavasti transientoita.

• 220 kV ja alle: Yleensä käytetään P-luokan sähkövirtamittaria, jolla ei ole ilma-aukoa, korkeampi jäännösvirta ja huonompi transient-toiminta.

Valintasuositukset: Vaikka TP-luokan sähkövirtamittarit tarjoavat erinomaisen teknisen suorituskyvyn, ne ovat kalliita ja isoja – erityisesti alhaisemmassa jänniteasteessa, jossa asennus suljetussa bus ductissa on vaikeaa. Siksi, ellei erityisiä järjestelmän vaatimuksia ole, P-luokan sähkövirtamittarit tulisi suosia, jos ne täyttävät todelliset toimintotarpeet – välttäen tarpeettomia kustannuksia ja asennusongelmia.

Lisäksi toissijaisen kaapelin leveys on oltava riittävä:

• Pitkille kaapelimaille käytä ≥4 mm² johtinleveyttä, vähentää taakan ja varmistaa tarkan toiminnan.