Milyen gyakori hibák merülnek fel a teljesítményátalakító hosszirányú differenciális védelem működtetése során?

Tranzsformátor hosszirányú differenciális védelem: Gyakori problémák és megoldások

A tranzsformátor hosszirányú differenciális védeleme az összes komponens differenciális védelmi rendszer közül a legbonyolultabb. Az üzemben előfordulhatnak tévedések. A 1997-es Észak-Kínai Villamos Hálózat statisztikái szerint a 220 kV-nél magasabb feszültségű tranzsformátorok esetén 18 helytelen működés történt, amelyek közül 5 hosszirányú differenciális védelemhez kapcsolódott—ez körülbelül egyharmadát jelenti. A tévedések vagy a működési hibák okai lehetnek az üzemeltetés, karbantartás és menedzsment kapcsán felmerülő problémák, valamint gyártási, telepítési és tervezési hibák. Ez a cikk elemzi a gyakori mezői problémákat, és praktikus enyhítő módszereket mutat be.

1. A tranzsformátor bejárati árammal okozott nemegyensúlyos áram

Normál működés közben a magnetizáló áram csak a meghajtott oldalon halad, és nemegyensúlyos áramot okoz a differenciális védelemben. Általában a magnetizáló áram 3%–8%-a a nominális áramnak; nagy tranzsformátorok esetén ez általában 1% alatt van. Külső hibák esetén a feszültség-csökkenés miatt a magnetizáló áram csökken, ami minimalizálja hatását. Azonban, amikor egy üres tranzsformátort energiallogatunk, vagy külső hiba után a feszültség visszaáll, nagy bejárati áram jöhet létre—ami elérheti a nominális áram 6-8-szeresét.

Ez a bejárati áram jelentős nem periodikus összetevőket és magasrendű harmonikusokat tartalmaz, elsősorban a második harmonikust, és áramhullám-töréseket (halott szögeket) mutat.

Enyhítő módszerek a hosszirányú differenciális védelemben:

(1) BCH típusú relék gyors telítődésű áramerőművekkel:
Külső hibák esetén a nagy nem periodikus összetevő gyorsan telíti a gyors telítődésű áramerőmű magját, így megelőzi, hogy a nemegyensúlyos áram átmenjen a relé teherkörére—így elkerülve a hamis utasítást. Belső hibák esetén, bár kezdetben nem periodikus összetevők is léteznek, azok körülbelül 2 ciklus alatt lecsengnek. Ezután csak periodikus hibaáram halad, ami érzékeny relé működést tesz lehetővé.

(2) Mikroprocesszor-alapú relék második harmonikus zárlással:
A legmodernabb digitális relék használják a második harmonikus blokkolást, hogy megkülönböztessék a bejárati áramot a belső hibáktól. Ha külső hiba után történik tévedés:

• Áttérjen a fázisról-fázisra ("ÉS") zárlásról a maximumfázis ("VAGY") zárlási módra.

• Csökkentse a második harmonikus zárlási arányt 10%–12%-ra.

• Rendszerben, ahol a hiba után a negyedik harmonikus tartalom is magas, adjon hozzá negyedik harmonikus zárlást.

• Két differenciális védelemmel felszerelt tranzsformátorok esetén használja a hullámforma szimmetriájának elvét a bejárati áram azonosításához—ez a módszer érzékenyebb és megbízhatóbb, mint a harmonikus zárlás egyedül.

2. Hibás vezetékesítés a CT másodlagos körben

A tévedések gyakori oka a áramerőmű (CT) másodlagos termináljainak fordított polaritása—ami a képzés hiányával, a tervezési rajzok eltéréseivel, vagy a beüzemelési ellenőrzések hiányával magyarázható.

Prevenció:
Mielőtt a hosszirányú differenciális védelmet beüzemeljük—új telepítés, időszakos teszt, vagy bármilyen másodlagos kör módosítása után—a tranzsformátort beterheljük, és a következő ellenőrzéseket végezzük:

• Mérje a differenciális hurokban lévő nemegyensúlyos feszültséget magas-ellenállású voltméterrel; ezen kell, hogy megfeleljen a szabványoknak.

• Mérje minden oldalon a másodlagos áramok nagyságát és fáziszögét.

• Készítsen hatszögletes vektordiagrammot, hogy ellenőrizze, hogy ugyanazon fázisú áramok vektorösszege nulla vagy közel nulla, így megerősítve a helyes vezetékesítést.

Csak ezek után lehet formálisan beüzemelni a védelmet.

3. Rossz kapcsolat vagy nyitott kör a másodlagos körben

Az áramerőmű (CT) másodlagos körben lévő rossz kapcsolatok vagy nyitott körök miatti tévedések évente előfordulnak.

Javaslatok:

• Erősítse a differenciális áram valós idejű figyelését az üzemben.

• Relé telepítés/üzembe helyezés vagy nagyobb tranzsformátor javítás után ellenőrizze mind az áramerőmű másodlagos kapcsolatait.

• Fogdassa a végkapcsoló csavarokat, és használjon rugócsapágyakat vagy rezgésellenes klipszereket.

• Fontos alkalmazások esetén használjon két párhuzamos kábelet a differenciális másodlagos vezetékesítéshez, hogy csökkentsen a nyitott kör kockázatát.

4. Földelési problémák a differenciális védelem másodlagos körében

Néhány helyen az ellenbuktatási intézkedések megsértése miatt két földelési pont létezik—egy a védelmi skálában, a másik a váltóház terminál dobozban. A két pont közötti földpotenciál különbség, különösen villámvihar vagy közeli hegesztés esetén, hibás differenciális áramot indukálhat, ami hamis utasítást eredményezhet.

Megoldás:
Szigorúan egypontos földelést kell alkalmazni. Az egyetlen megbízható földelési pont a védelmi skálában kell, hogy legyen.

5. A CT másodlagos kábelek izolációjának romlása

A CT másodlagos kábelek izolációjának romlása—gyakran rossz építési gyakorlatok miatt—is okozhat tévedéseket. Gyakori okok:

• A kábel burkolat sérülése a fektetés során,

• Két kábel összekapcsolása, ha a hosszúság nem elegendő,

• A kábelvezeték hegesztése a kábelekkel, ami hőkárosítást okoz.

Ezek rejtett kockázatokat jelentenek a védelem megbízhatóságára nézve.

Prevenciós intézkedések:

• A nagy berendezések karbantartása során rendszeresen ellenőrizze az izolációs ellenállást minden mag és a föld között, valamint a magok között 1000 V megohmmméterrel; az értékeknek meg kell felelniük a szabványoknak.

• Tartsa a végkapcsolók napon található szabad végű drótpörgetéseket a lehető legrövidebbnek, hogy elkerülje a véletlen földelést vagy fázis-közti rövidzárat a rezgések miatt.

6. Az áramerőműk kiválasztása a hosszirányú differenciális védelemhez

A differenciális védelem különböző feszültségi szinteken működő áramerőműveket (CT) használ, amelyek különböző arányokkal és modelljeivel rendelkeznek, ami eltérő átmeneti jellemzőket eredményez, ami potenciálisan okozhat tévedéseket vagy működési hibákat.

• 500 kV oldal: Használjon TP-osztályú CT-eket (átmeneti teljesítmény osztálya), amelyek résest tartalmazó magja korlátozza a maradékfluktuációt a telítési fluktuáció 10%-ára, jelentősen javítva az átmeneti választ.

• 220 kV és alatta: Általában P-osztályú CT-eket használnak, amelyeknek nincs levegőrése, magasabb a maradékfluktuáció, és rosszabb az átmeneti teljesítményük.

Kiválasztási útmutató: Habár a TP-osztályú CT-ek technikailag jobb teljesítményt nyújtanak, drágábbak és nagyobbak—különösen a nagy feszültségű oldalon, ahol a bezáró buszvezetékbe való telepítés nehéz. Ezért, kivéve, ha speciális rendszerigények léteznek, a P-osztályú CT-eket célszerű preferálni, ha azok kielégítik a tényleges működési igényeket—elkerülve a felesleges költségeket és telepítési kihívásokat.

Emellett a másodlagos kábel kereteinek megfelelő méretűnek kell lennie:

• Hosszú kábelvezetések esetén használjon ≥4 mm² keretméretű vezetéket, hogy minimalizálja a terhelést és biztosítsa a pontosságot.