Welke veelvoorkomende storingen worden tegen gekomen tijdens het gebruik van longitudinale differentiële bescherming van elektriciteitsversterkers?

Transformator Longitudinale Differentiële Bescherming: Algemene Problemen en Oplossingen

Transformator longitudinale differentiële bescherming is de meest complexe van alle componentdifferentiële beschermingen. Tijdens de bedrijfsvoering komen er soms foute werkingen voor. Volgens statistieken uit 1997 van het Noord-Chinese elektriciteitsnetwerk voor transformatoren met een spanning van 220 kV en hoger, waren er in totaal 18 foute werkingen, waarvan 5 veroorzaakt werden door longitudinale differentiële bescherming—ongeveer een derde. Oorzaken van foute werking of niet-werkende bescherming omvatten problemen gerelateerd aan bedrijfsvoering, onderhoud en beheer, evenals problemen bij fabricage, installatie en ontwerp. Dit artikel analyseert algemene veldgerelateerde problemen en presenteert praktische verminderingstechnieken.

1. Ongebalanceerde Stroom veroorzaakt door Transformator Inrushstroom

Tijdens normale bedrijfsvoering stroomt magnetiseringsstroom alleen op de aangesloten zijde en creëert ongebalanceerde stroom in de differentiële bescherming. Meestal is de magnetiseringsstroom 3%–8% van de nominale stroom; voor grote transformatoren is deze meestal minder dan 1%. Tijdens externe storingen verminderen spanningsdalingen de magnetiseringsstroom, waardoor de impact wordt geminimaliseerd. Echter, tijdens het aansluiten van een onbeladen transformator of na herstel van de spanning na het wegnemen van een externe storing, kan er een grote inrushstroom optreden—tot 6–8 keer de nominale stroom.

Deze inrush bevat significante niet-periodieke componenten en hoge harmonischen, voornamelijk de tweede harmonische, en toont discontinuïteiten in de stroomvorm (dode hoeken).

Verminderingstechnieken in longitudinale differentiële bescherming:

(1) BCH-type relais met snel verzadigende stroomtransformatoren:
Tijdens externe storingen zorgt de hoge niet-periodieke component ervoor dat de kern van de snel verzadigende transformator snel verzadigt, waardoor ongebalanceerde stroom niet wordt overgebracht naar de relaisspoel—zodat vals trippen wordt voorkomen. Tijdens interne storingen bestaan er weliswaar in eerste instantie niet-periodieke componenten, maar deze vervallen binnen ~2 cycli. Daarna stroomt er alleen nog periodieke storingstroom, waardoor gevoelige relaiswerking mogelijk is.

(2) Microprocessor-gebaseerde relais die gebruikmaken van tweede-harmonische remming:
De meeste moderne digitale relais gebruiken tweede-harmonische blokkering om inrush te onderscheiden van interne storingen. Als er een fout optreedt tijdens het wegnemen van externe storingen:

• Schakel over van fase-per-fase ("AND") remming naar maximale fase ("OR") remmodus.

• Verlaag de tweede-harmonische remmingratio tot 10%–12%.

• In systemen met grote capaciteit waarbij de inhoud van de vijfde harmonische ook hoog is na het wegnemen van de storing, voeg vijfde-harmonische remming toe.

• Voor transformatoren uitgerust met dubbele differentiële bescherming, overweeg het gebruik van golfvormsymmetrieprincipes om inrush te identificeren—deze methode is gevoeliger en betrouwbaarder dan alleen harmonische remming.

2. Foute Bedrading in CT Secundaire Circuits

Een herhaalde oorzaak van foute werking is de omgekeerde polariteit van secundaire contacten van stroomtransformatoren (CT)—een gevolg van onvoldoende training, afwijkingen van ontwerptekeningen of ontoereikende inbedrijfstellingstests.

Preventieve praktijk:
Vóór het in dienst stellen van longitudinale differentiële bescherming—na nieuwe installatie, periodieke tests of elke modificatie van het secundaire circuit—moet de transformator belast worden, en de volgende controles uitgevoerd worden:

• Meet de ongebalanceerde spanning in de differentiële lus met een high-impedance voltmetervolgens de code-limieten.

• Meet de grootte en fasehoek van de secundaire stromen aan alle zijden.

• Maak een zeshoekige vectordiagram om te controleren of de vectoroptelling van gelijke fasestromen nul of bijna nul is, wat juiste bedrading bevestigt.

Pas nadat deze verificaties zijn uitgevoerd, moet de bescherming formeel in dienst worden gesteld.

3. Slechte Contacten of Open Schakeling in Secundaire Circuits

Foute werkingen als gevolg van losse verbindingen of open schakelingen in CT secundaire lussen komen jaarlijks voor.

Aanbevelingen:

• Versterk de real-time monitoring van de differentiële stroom tijdens de bedrijfsvoering.

• Na de installatie/inbedrijfstelling van relais of grote revisies van de transformator, inspecteer alle CT secundaire verbindingen.

• Vervang bouten en gebruik veerwringen of trillingsspanners.

• Voor kritieke toepassingen, gebruik twee parallelle kabels voor de differentiële secundaire bedrading om het risico op open schakeling te verminderen.

4. Aardingproblemen in Differentiële Bescherming Secundaire Circuits

Op sommige plaatsen worden anti-ongevallige maatregelen overtreden door twee aardpunten te hebben—één in de beschermingskast en één in de terminaldoos van het schakelstation. Het resulterende potentiaalverschil tussen de aarden, vooral tijdens bliksem of nabij liggend lassen, kan spreuken differentiële stroom veroorzaken en vals trippen veroorzaken.

Oplossing:
Handhaaf strikt single-point aarding. Het enige betrouwbare aardpunt moet zich binnen de beschermingskast bevinden.

5. Isolatie Verslechtering van CT Secundaire Kabels

Isolatieuitval in CT secundaire kabels—vaak als gevolg van slechte constructiepraktijken—leidt ook tot foute werkingen. Algemene oorzaken zijn:

• Schaad aan de kabelmantel tijdens het leggen,

• Samenvoegen van twee kabels wanneer de lengte onvoldoende is,

• Lassen van kabelleidingen met kabels erin, wat thermische schade veroorzaakt.

Dit creëert verborgen risico's voor de betrouwbaarheid van de bescherming.

Preventieve maatregelen:

• Tijdens grote apparatuuronderhoud, test periodiek de isolatieweerstand tussen elk kern-aarde en kern-kern met een 1000 V megohmmeter; waarden moeten voldoen aan de code-eisen.

• Houd blootgestelde draaduiteinden op terminals zo kort mogelijk om onbedoelde aarding of fase-tot-fase kortsluiting door trillingen te voorkomen.

6. Selectie van Stroomtransformatoren voor Longitudinale Differentiële Bescherming

Differentiële bescherming omvat CT's op verschillende spanningniveaus, met variërende verhoudingen en modellen, wat leidt tot ongelijke tijdelijke kenmerken—een potentiële bron van foute werking of niet-werkende bescherming.

• 500 kV zijde: Gebruik TP-klasse CT's (tijdelijke prestatieklasse), waarvan de gecorrigeerde kernen de restflux beperken tot <10% van de verzadigingsflux, waardoor de tijdelijke respons aanzienlijk wordt verbeterd.

• 220 kV en lager: Gebruikelijk P-klasse CT's, die geen luchtgat hebben, hogere restflux en slechtere tijdelijke prestaties.

Selectie richtlijnen: Hoewel TP-klasse CT's superieure technische prestaties bieden, zijn ze duur en omvangrijk—vooral aan de laagspanningsside, waar installatie in gesloten busducts moeilijk is. Daarom, tenzij er speciale systeemeisen zijn, moeten P-klasse CT's worden verkozen als ze de daadwerkelijke operationele behoeften voldoen—onnodige kosten en installatieproblemen vermijdend.

Bovendien moet de doorsnede van de secundaire kabel adequaat zijn:

• Voor lange kabels, gebruik ≥4 mm² geleidermaat om de last te minimaliseren en de nauwkeurigheid te waarborgen.