Que son os fallos comúns atopados durante a operación da protección diferencial longitudinal do transformador de enerxía?

Protección Diferencial Longitudinal de Transformadores: Problemas Comúns e Solucións

A protección diferencial longitudinal de transformadores é a máis complexa entre todas as protecções diferenciais de componentes. Durante a súa operación, ocasionalmente ocorren malfuncionamentos. Segundo as estatísticas de 1997 da Rede Eléctrica do Norte de China para transformadores de 220 kV ou superiores, houbo un total de 18 operacións incorrectas, das cales 5 foron debido á protección diferencial longitudinal—representando aproximadamente un terzo. As causas dos malfuncionamentos ou faltas de operación inclúen problemas relacionados coa operación, manutención e xestión, así como problemas na fabricación, instalación e deseño. Este artigo analiza os problemas comúns no campo e presenta métodos prácticos de mitigación.

1. Corrente Desbalanceada Causada pola Corrente de Inxurto do Transformador

Durante a operación normal, a corrente de magnetización fluye só no lado alimentado e crea unha corrente desbalanceada na protección diferencial. Xeralmente, a corrente de magnetización é do 3% ao 8% da corrente nominal; para grandes transformadores, xeralmente é inferior ao 1%. Durante fallos externos, a caída de tensión reduce a corrente de magnetización, minimizando o seu impacto. No entanto, durante a energización dun transformador sen carga ou a recuperación de tensión despois da limpeza dun fallo externo, pode ocorrer un gran inxurto de corrente—alcanzando 6–8 veces a corrente nominal.

Este inxurto contén compoñentes non periódicos significativos e harmónicos de orde alta, principalmente o segundo harmónico, e exhibe discontinuidades na forma de onda da corrente (ángulos mortos).

Métodos de mitigación na protección diferencial longitudinal:

(1) Reles tipo BCH con transformadores de corrente de saturación rápida:
Durante fallos externos, o alto compoñente non periódico satura rapidamente o núcleo do transformador de saturación rápida, evitando que a corrente desbalanceada se transfira ao bobinado do rele—evitando así falsas activacións. Durante fallos internos, aínda que inicialmente existan compoñentes non periódicos, decréanse dentro de ~2 ciclos. A partir de entón, só fluye a corrente de fallo periódica, permitindo a operación sensible do rele.

(2) Reles baseados en microprocesadores usando restrición de segundo harmónico:
A maioría dos reles dixitais modernos usan bloqueo de segundo harmónico para distinguir o inxurto de fallos internos. Se ocorre un malfuncionamento durante a limpeza dun fallo externo:

• Cambiar do modo de restrición fase por fase ("AND") ao modo de restrición de máxima fase ("OR").

• Reducir a razón de restrición de segundo harmónico ao 10%–12%.

• En sistemas de gran capacidade onde o contido de quinto harmónico tamén é alto despois da limpeza do fallo, engadir restrición de quinto harmónico.

• Para transformadores equipados con proteccións diferenciais duais, considerar usar principios de simetría de formas de onda para identificar o inxurto—este método é máis sensible e fiable que a restrición harmónica soa.

2. Conexión Incorrecta nos Circuitos Secundarios de CT

Unha causa recurrente de malfuncionamentos é a polaridade invertida dos terminais secundarios do transformador de corrente (CT)—un resultado de formación insuficiente, desvío dos planos de deseño ou comprobacións de puesta en servizo insuficientes.

Práctica preventiva:
Antes de poñer en servizo a protección diferencial longitudinal—despois dunha nova instalación, probas periódicas ou calquera modificación no circuito secundario—o transformador debe ser cargado, e deben realizarse as seguintes comprobacións:

• Medir a tensión desbalanceada no bucle diferencial usando un voltímetro de alta impedancia; debe cumprir os límites do código.

• Medir a magnitude e o ángulo de fase das correntes secundarias en todos os lados.

• Construir un diagrama vectorial hexagonal para verificar que a suma vectorial das correntes da mesma fase é cero ou próximo a cero, confirmando a correcta conexión.

Só despois destas verificacións debe poñerse formalmente en servizo a protección.

3. Contato Defectuoso ou Circuito Aberto nos Circuitos Secundarios

Os malfuncionamentos debido a conexións floxas ou circuitos abertos nos bucles secundarios de CT ocorren anualmente.

Recomendacións:

• Fortalecer a monitorización en tempo real da corrente diferencial durante a operación.

• Despois da instalación/comprobación do rele ou revisións importantes do transformador, inspeccionar todas as conexións secundarias de CT.

• Apretar os parafusos dos terminais e usar arandelas de mola ou clips antivibración.

• Para aplicacións críticas, usar dous cables paralelos para a cableación secundária diferencial para mitigar o risco de circuito aberto.

4. Problemas de Aterramento nos Circuitos Secundarios de Protección Diferencial

Algunhas instalacións violan as medidas antiaccidentes tendo dous puntos de aterramento—un no armario de protección e outro na caixa terminal do parque de manobras. A diferenza de potencial de terra resultante, especialmente durante tormentas eléctricas ou soldaduras próximas, pode inducir unha corrente diferencial espuria e causar falsas activacións.

Solución:
Aplicar estritamente o aterramento de punto único. O único punto de aterramento fiábel debe estar situado dentro do armario de protección.

5. Degradación da Aislación dos Cables Secundarios de CT

A falla da aislación nos cables secundarios de CT—xeralmente debido a práticas de construción deficientes—tamén leva a malfuncionamentos. As causas comúns inclúen:

• Dano na coberta do cable durante a colocación,

• Emparelleiro de dous cables cando a lonxitude é insuficiente,

• Soldadura de conductos de cable con cables dentro, causando danos térmicos.

Estes crean riscos ocultos para a fiabilidade da protección.

Medidas preventivas:

• Durante a mantemento de equipos importantes, probar periodicamente a resistencia de aislación entre cada núcleo e terra e entre núcleos usando un megohmímetro de 1000 V; os valores deben cumprir os requisitos do código.

• Manter os extremos de fío expostos nos terminais tan curtos como sexa posible para evitar aterramentos accidentais ou cortocircuitos entre fases debido á vibración.

6. Selección de Transformadores de Corrente para a Protección Diferencial Longitudinal

A protección diferencial implica CTs en diferentes niveis de tensión, con razóns e modelos variados, levando a características transitorias desigualadas—unha potencial fonte de malfuncionamentos ou faltas de operación.

• Lado de 500 kV: Usar CTs de clase TP (clase de rendemento transitorio), cuxos núcleos con aire limitan a remanencia a <10% do fluxo de saturación, mellorando enormemente a resposta transitoria.

• 220 kV e inferior: Xeralmente usar CTs de clase P, que non teñen aire, remanencia superior e rendemento transitorio peor.

Orientación de selección: Aínda que os CTs de clase TP ofrecen un rendemento técnico superior, son caros e voluminosos—especialmente no lado de baixa tensión, onde a instalación en ductos de bus blindados é difícil. Polo tanto, a menos que existan requisitos especiais do sistema, deben preferirse os CTs de clase P se satisfacen as necesidades operativas reais—evitando custos innecesarios e desafíos de instalación.

Ademais, a sección do cable secundario debe ser adecuada:

• Para recorridos de cable longos, usar un tamaño de conductor ≥4 mm² para minimizar a carga e asegurar a precisión.