Quali sono i guasti comuni riscontrati durante l'operazione della protezione differenziale longitudinale del trasformatore elettrico?

Protezione differenziale longitudinale del trasformatore: problemi comuni e soluzioni

La protezione differenziale longitudinale del trasformatore è la più complessa tra tutte le protezioni differenziali dei componenti. Durante l'operazione, occasionalmente si verificano malfunzionamenti. Secondo le statistiche del 1997 della rete elettrica del Nord della Cina per trasformatori da 220 kV e superiori, ci sono stati in totale 18 malfunzionamenti, di cui 5 dovuti alla protezione differenziale longitudinale—circa un terzo. Le cause di malfunzionamento o mancato funzionamento includono problemi legati all'operazione, alla manutenzione e alla gestione, nonché problemi nella fabbricazione, nell'installazione e nel progetto. Questo articolo analizza i problemi comuni sul campo e presenta metodi pratici di mitigazione.

1. Corrente disbilanciata causata dalla corrente di inrush del trasformatore

Durante il normale funzionamento, la corrente di magnetizzazione fluisce solo sul lato alimentato e crea una corrente disbilanciata nella protezione differenziale. Tipicamente, la corrente di magnetizzazione è del 3%–8% della corrente nominale; per i grandi trasformatori, è solitamente inferiore al 1%. Durante i guasti esterni, la caduta di tensione riduce la corrente di magnetizzazione, minimizzando il suo impatto. Tuttavia, durante l'alimentazione di un trasformatore scarico o il recupero della tensione dopo la scomparsa di un guasto esterno, può verificarsi una grande corrente di inrush—raggiungendo 6–8 volte la corrente nominale.

Questa corrente di inrush contiene componenti non periodici significativi e armoniche di ordine superiore, principalmente la seconda armonica, e presenta discontinuità nella forma d'onda della corrente (angoli morti).

Metodi di mitigazione nella protezione differenziale longitudinale:

(1) Relè di tipo BCH con trasformatori di corrente a saturazione rapida:
Durante i guasti esterni, il componente non periodico elevato satura rapidamente il nucleo del trasformatore a saturazione rapida, impedendo che la corrente disbilanciata venga trasferita alla bobina del relè—evitando così falsi trip. Durante i guasti interni, sebbene esistano inizialmente componenti non periodici, essi decadono entro ~2 cicli. Successivamente, fluisce solo la corrente di guasto periodica, consentendo l'operazione sensibile del relè.

(2) Relè a microprocessore utilizzando l'inibizione della seconda armonica:
La maggior parte dei moderni relè digitali utilizza l'inibizione della seconda armonica per distinguere l'inrush dai guasti interni. Se si verifica un malfunzionamento durante la scomparsa di un guasto esterno:

• Passare dal modo di inibizione "AND" fase per fase al modo di inibizione "OR" della fase massima.

• Ridurre il rapporto di inibizione della seconda armonica al 10%–12%.

• In sistemi di grande capacità dove il contenuto della quinta armonica è anche elevato dopo la scomparsa del guasto, aggiungere l'inibizione della quinta armonica.

• Per i trasformatori dotati di doppia protezione differenziale, considerare l'utilizzo dei principi di simmetria della forma d'onda per identificare l'inrush—questo metodo è più sensibile e affidabile rispetto all'inibizione armonica da sola.

2. Cablaggio errato nei circuiti secondari del CT

Una causa ricorrente di malfunzionamento è la polarità invertita dei terminali secondari del trasformatore di corrente (CT)—risultato di formazione inadeguata, deviazione dai disegni di progettazione o controlli di messa in servizio insufficienti.

Pratica preventiva:
Prima di mettere in servizio la protezione differenziale longitudinale—dopo una nuova installazione, prove periodiche o qualsiasi modifica al circuito secondario—il trasformatore deve essere caricato, e devono essere eseguiti i seguenti controlli:

• Misurare la tensione disbilanciata nel loop differenziale utilizzando un voltmetro ad alta impedenza; deve essere conforme ai limiti di codice.

• Misurare l'ampiezza e l'angolo di fase delle correnti secondarie su tutti i lati.

• Costruire un diagramma vettoriale esagonale per verificare che la somma vettoriale delle correnti in fase sia zero o quasi-zero, confermando il cablaggio corretto.

Solo dopo queste verifiche, la protezione può essere formalmente messa in servizio.

3. Contatto povero o circuito aperto nei circuiti secondari

I malfunzionamenti dovuti a connessioni allentate o circuiti aperti nei circuiti secondari del CT si verificano annualmente.

Raccomandazioni:

• Rafforzare il monitoraggio in tempo reale della corrente differenziale durante l'operazione.

• Dopo l'installazione/messa in servizio del relè o grandi revisioni del trasformatore, ispezionare tutte le connessioni secondarie del CT.

• Stringere i viti terminali e utilizzare rondelle a molla o clip antivibranti.

• Per applicazioni critiche, utilizzare due cavi paralleli per il cablaggio secondario differenziale per ridurre il rischio di circuito aperto.

4. Problemi di terra nei circuiti secondari della protezione differenziale

Alcuni siti violano le misure anti-incidenti avendo due punti di terra—uno nell'armadio di protezione e l'altro nella scatola terminale del parco commutatore. La differenza di potenziale di terra risultante, specialmente durante temporali o saldature nelle vicinanze, può indurre una corrente differenziale spuria e causare falsi trip.

Soluzione:
Applicare rigorosamente il terra a un singolo punto. L'unico punto di terra affidabile dovrebbe trovarsi all'interno dell'armadio di protezione.

5. Deterioramento dell'isolamento dei cavi secondari del CT

Il fallimento dell'isolamento dei cavi secondari del CT—spesso dovuto a pratiche di costruzione povere—conduce anche a malfunzionamenti. Le cause comuni includono:

• Danni alla guaina del cavo durante la posa,

• Connessione di due cavi quando la lunghezza è insufficiente,

• Saldatura dei condotti del cavo con i cavi all'interno, causando danni termici.

Questi creano rischi nascosti per l'affidabilità della protezione.

Misure preventive:

• Durante la manutenzione degli apparecchi principali, testare periodicamente la resistenza isolante tra ogni nucleo e terra e tra nucleo e nucleo utilizzando un megaohmmetro a 1000 V; i valori devono soddisfare i requisiti di codice.

• Mantenere gli estremi dei fili scoperti ai terminali il più corti possibile per prevenire il collegamento accidentale a terra o cortocircuiti tra fasi a causa delle vibrazioni.

6. Selezione dei trasformatori di corrente per la protezione differenziale longitudinale

La protezione differenziale coinvolge CT a diversi livelli di tensione, con rapporti e modelli variabili, portando a caratteristiche transitorie incompatibili—una potenziale fonte di malfunzionamento o mancato funzionamento.

• Lato 500 kV: Utilizzare CT di classe TP (classe a prestazioni transitorie), i cui nuclei a gap limitano il remanente a <10% del flusso di saturazione, migliorando notevolmente la risposta transitoria.

• 220 kV e inferiori: Di solito utilizzare CT di classe P, che non hanno gap, hanno un remanente più elevato e prestazioni transitorie peggiori.

Linee guida per la selezione: Anche se i CT di classe TP offrono prestazioni tecniche superiori, sono costosi e ingombranti—soprattutto sul lato a bassa tensione, dove l'installazione in dotti bus chiusi è difficile. Pertanto, a meno che non esistano requisiti speciali del sistema, dovrebbero essere preferiti i CT di classe P se soddisfano le reali esigenze operative—evitando costi e sfide di installazione inutili.

Inoltre, la sezione del cavo secondario deve essere adeguata:

• Per lunghe distanze di cavo, utilizzare una sezione di conduttore ≥4 mm² per minimizzare l'onere e garantire l'accuratezza.