Jakie są typowe usterki napotykane podczas działania ochrony różnicowej długoszeregowej transformatora elektrycznego?

Ochrona różnicowa poprzeczna transformatora: typowe problemy i rozwiązania

Ochrona różnicowa poprzeczna transformatora jest najbardziej złożona spośród wszystkich ochron różnicowych elementów. W trakcie eksploatacji czasami występują nieprawidłowe działania. Według statystyk z 1997 roku z sieci energetycznej Północnych Chin dla transformatorów o napięciu 220 kV i wyższym, w sumie było 18 nieprawidłowych działań, z czego 5 wynikało z ochrony różnicowej poprzecznej – co stanowi około jednej trzeciej. Przyczyny nieprawidłowego działania lub braku działania obejmują problemy związane z eksploatacją, konserwacją i zarządzaniem, jak również problemy w produkcji, montażu i projektowaniu. Niniejszy artykuł analizuje typowe problemy występujące w terenie i przedstawia praktyczne metody ich ograniczenia.

1. Nierównowaga prądu spowodowana przepływem napędowym transformatora

W normalnym trybie pracy, prąd namagnesowania płynie tylko po stronie podłączonej do sieci, tworząc nierównowagę prądu w ochronie różnicowej. Zazwyczaj prąd namagnesowania wynosi od 3% do 8% prądu nominalnego; dla dużych transformatorów zazwyczaj jest mniejszy niż 1%. W przypadku uszkodzeń zewnętrznych, spadek napięcia redukuje prąd namagnesowania, minimalizując jego wpływ. Jednak podczas podłączania bezobciążonego transformatora lub przywracania napięcia po usunięciu uszkodzenia zewnętrznego, może wystąpić duży prąd przepływu – osiągający 6–8 razy prąd nominalny.

Ten przepływ zawiera znaczne komponenty nioperiodyczne i wysokie harmoniczne, głównie drugie harmoniczne, oraz charakteryzuje się nieciągłościami fali prądu (martwe kąty).

Metody ograniczające w ochronie różnicowej poprzecznej:

(1) Relacje BCH z szybko nasycającymi się transformatorami prądowymi:
Podczas uszkodzeń zewnętrznych, wysoki komponent nioperiodyczny szybko nasyci rdzeń szybko nasycającego się transformatora, zapobiegając transferowi nierównowagi prądu do cewki relacji – tym samym unikając fałszywego wyzwolenia. Podczas uszkodzeń wewnętrznych, choć początkowo istnieją komponenty nioperiodyczne, one zanikają w ciągu około 2 cykli. Następnie płynie tylko okresowy prąd uszkodzeniowy, umożliwiając wrażliwe działanie relacji.

(2) Relacje mikroprocesorowe wykorzystujące hamowanie przez drugie harmoniczne:
Większość nowoczesnych cyfrowych relacji używa blokady drugiego harmonicznego do rozróżnienia przepływu od uszkodzeń wewnętrznych. Jeśli wystąpi nieprawidłowe działanie podczas usuwania uszkodzenia zewnętrznego:

• Przełącz z hamowania fazowego ("AND") na tryb maksymalnej fazy ("OR").

• Zmniejsz stosunek hamowania przez drugie harmoniczne do 10%–12%.

• W systemach o dużej pojemności, gdzie po usunięciu uszkodzenia zawartość piątego harmonicznego jest również wysoka, dodaj hamowanie przez piąte harmoniczne.

• Dla transformatorów wyposażonych w podwójną ochronę różnicową, rozważ użycie zasady symetrii fal, aby identyfikować przepływ – ta metoda jest bardziej wrażliwa i niezawodna niż sama hamowanie harmoniczne.

2. Nieprawidłowe połączenie w obwodach wtórnych CT

Powtarzającą się przyczyną nieprawidłowego działania jest odwrócona polaryzacja zacisków wtórnych transformatora prądowego (CT) – wynik niewystarczającej szkolenia, odstępstw od rysunków projektowych lub niewystarczających testów przy wprowadzaniu do eksploatacji.

Praktyka zapobiegawcza:
Przed wprowadzeniem ochrony różnicowej poprzecznej do eksploatacji – po nowej instalacji, okresowych testach lub modyfikacji obwodu wtórnego – transformator musi być obciążony, a następnie wykonane powinny być następujące sprawdzenia:

• Pomiar nierównowagi napięcia w pętli różnicowej za pomocą woltomierza o wysokim oporze; musi ona spełniać normy.

• Pomiar wartości i kąta fazowego prądów wtórnych ze wszystkich stron.

• Sprowadzenie sześciokątnego diagramu wektorowego, aby zweryfikować, że suma wektorowa prądów tej samej fazy wynosi zero lub blisko zera, potwierdzając prawidłowe połączenie.

Tylko po tych weryfikacjach ochrona powinna być formalnie wprowadzona do eksploatacji.

3. Słabe połączenie lub otwarty obwód w obwodach wtórnych

Nieprawidłowe działania spowodowane luźnymi połączeniami lub otwartymi obwodami w obwodach wtórnych CT występują corocznie.

Rekomendacje:

• Wzmocnij monitorowanie w czasie rzeczywistym prądu różnicowego podczas eksploatacji.

• Po instalacji/komisji relacji lub generalnej przebudowie transformatora, sprawdź wszystkie połączenia wtórne CT.

• Zacieśni śruby zacisków i użyj sprężynowych podkładek lub klamr antywibracyjnych.

• W kluczowych zastosowaniach, użyj dwóch równoległych kabli do kablowania obwodów wtórnych różnicowych, aby zmniejszyć ryzyko otwartego obwodu.

4. Problemy z uziemieniem w obwodach wtórnych ochrony różnicowej

Niektóre lokale naruszają środki zapobiegające wypadkom, mając dwa punkty uziemienia – jeden w szafie ochronnej i drugi w skrzynce końcowej stacji. Powstająca różnica potencjałów uziemienia, szczególnie podczas pioruna lub spawania w pobliżu, może indukować fałszywy prąd różnicowy i powodować fałszywe wyzwolenie.

Rozwiązanie:
Stryktnie wymuś uziemienie w jednym punkcie. Jedyne niezawodne miejsce uziemienia powinno znajdować się wewnątrz szafy ochronnej.

5. Degradowanie izolacji kabli wtórnych CT

Awaria izolacji kabli wtórnych CT – często wynik niewłaściwych praktyk montażowych – również prowadzi do nieprawidłowych działań. Typowe przyczyny to:

• Uszkodzenie osłony kabla podczas położenia,

• Spawanie dwóch kabli, gdy długość jest niewystarczająca,

• Spawanie rur kablowych z kablami wewnątrz, powodując uszkodzenia termiczne.

To tworzy ukryte zagrożenia dla niezawodności ochrony.

Środki zapobiegawcze:

• Podczas wielkich przeglądów sprzętu, regularnie badaj opór izolacji między każdą żyłą a ziemią i między żyłami, korzystając z megomometru 1000 V; wartości muszą spełniać wymagania norm.

• Utrzymuj odsłonięte końcówki przewodów na zaciskach tak krótkie, jak to możliwe, aby zapobiec przypadkowemu uziemieniu lub przepięciu między fazami z powodu drgań.

6. Wybór transformatorów prądowych do ochrony różnicowej poprzecznej

Ochrona różnicowa obejmuje CT na różnych poziomach napięcia, o różnych stosunkach i modelach, co prowadzi do niezgodności charakterystyk przejściowych – potencjalnego źródła nieprawidłowego działania lub braku działania.

• Strona 500 kV: Użyj CT klasy TP (klasy wydajności przejściowej), których rdzenie z przerwą ograniczają pozostałość magnetyczną do <10% przesyconego natężenia magnetycznego, znacznie poprawiając odpowiedź przejściową.

• 220 kV i poniżej: Zazwyczaj używane są CT klasy P, które nie mają przerwy, mają większą pozostałość magnetyczną i gorszą wydajność przejściową.

Wskazówki dotyczące wyboru: Chociaż CT klasy TP oferują lepsze parametry techniczne, są drogie i objętościowe – szczególnie na stronie napięcia niskiego, gdzie instalacja w zamkniętych przewodnikach jest trudna. Dlatego, chyba że istnieją specjalne wymagania systemowe, należy preferować CT klasy P, jeśli spełniają rzeczywiste potrzeby eksploatacyjne – unikając niepotrzebnych kosztów i problemów z instalacją.

Dodatkowo, przekrój przewodnika wtórnego musi być odpowiedni:

• Dla długich biegów kabli, użyj przekroju przewodnika ≥4 mm², aby zminimalizować obciążenie i zapewnić dokładność.