Řešení založené na mikropočítači pro ochranu transformátorů

1. Pozadí a klíčové výzvy​
   Transformátory jsou klíčovými komponentami elektrických systémů a jejich spolehlivá operace je nezbytná pro bezpečnost síťové infrastruktury. Tradiční ochrana transformátorů čelí mnoha technickým výzvám, včetně identifikace proudů při vnitřním krátkém spojení, rozlišení inverzních proudů, ochrany proti přetížení a problémů s nasycením CT. Zvláště běžná procentuální diferenciální ochrana je náchylná k harmonickému rušení, což může vést k nesprávnému fungování nebo selhání ochranného systému, což značně naruší stabilitu systému.

​2. Přehled řešení​
Toto řešení využívá pokročilé mikropočítačové ochranné technologie, které integrují různé metody pro dosažení komplexní ochrany transformátorů. Skládá se ze tří klíčových modulů: harmonicky omezující diferenciální ochrana, adaptivní detekční systém nasycení CT a integrovaná ochrana s optickou vláknovou teplotním monitorováním.

​2.1 Harmonicky omezující diferenciální ochranná technologie​
Využitím blokace druhé harmoniky tato metoda efektivně rozlišuje proudy při poruchách od inverzních proudů skrze reálně časové detekce obsahu druhé harmoniky v diferenciálním proudu. Klíčové funkce zahrnují:

• Upravitelný práh obsahu harmonik (15%-20%) přizpůsobený charakteristikám transformátoru.
• Harmonická analýza založená na Fourierově transformaci zajišťující přesné detekce.
• Dynamická logika blokování pro prevenci nesprávného fungování ochrany.

​Výsledky aplikace:​​ V případu ochrany ultra-vysokého napětí 765kV tento postup snížil míru nesprávného fungování o 82%, což výrazně zlepšilo spolehlivost ochrany.

​2.2 Adaptivní detekční systém nasycení CT​
Na základě analýzy zkreslení průběhu proudu a sledování zatěžování CT před poruchou tento systém dynamicky upravuje koeficienty omezení:

• Reálně časové sledování provozního stavu CT pro identifikaci charakteristik nasycení.
• Využití výpočtu míry zkreslení průběhu proudu pro přesné rozhodnutí o nasycení.
• Dynamická úprava parametrů ochrany pro zajištění spolehlivosti za podmínek nasycení.

​Indikátory výkonu:​​ V aplikacích UHV tento postup zajišťuje spolehlivé fungování i za extrémních podmínek nasycení CT, snižuje dobu operace na 12 ms a výrazně zlepšuje rychlost odezvy na poruchy.

​2.3 Integrovaný systém ochrany s optickou vláknovou teplotním monitorováním​
Rozprostřené optické vláknové senzory jsou zabudované v klíčových místech cívek transformátoru pro reálně časové monitorování teploty:

• Přímé měření teplot horkých míst cívek s přesností ±1°C.
• Víceúrovňové teplotní limity (např. nastavení vypnutí při 140°C).
• Integrace s diferenciální ochranou pro urychlené vypnutí na základě teploty.
• Automatické aktivace chladicího systému pro prevenci zvýšení teploty.

​Praktické výsledky:​​ Implementace v převodné stanici prodloužila životnost transformátoru o 30% a previnovala selhání izolace způsobené přetopením.

​3. Technické výhody​

1. ​Zvýšená spolehlivost:​​ Různé mechanismy ochrany pracují společně k zmírnění nedostatků jednotlivé ochrany.
2. ​Rychlá odezva:​​ Algoritmy rychlého zpracování dat výrazně snižují dobu operace.
3. ​Přizpůsobivost:​​ Automatická úprava parametrů ochrany podle provozních podmínek.
4. ​Prevence:​​ Teplotní monitorování umožňuje predikci poruch, což přeměňuje pasivní ochranu na aktivní prevenci.

​4. Případové studie​
Toto řešení bylo úspěšně nasazeno v několika projektech UHV a v ultra-vysokonapěťových transformátorových stanicích 765kV. Operační data ukazují:

• Míra správného fungování 99,98%.
• Průměrná doba identifikace poruch snížena o 40%.
• Případy nesprávného fungování sníženy o více než 85%.
• Významné prodloužení životnosti zařízení.