Mikrocomputerbasierte Schutzlösung für Transformatoren
- Hintergrund und Kernherausforderungen
Transformatorien sind kritische Komponenten von Stromnetzen, und ihr zuverlässiger Betrieb ist für die Netzsicherheit entscheidend. Die traditionelle Transformatorschutztechnik steht vor mehreren technischen Herausforderungen, darunter die Identifikation von Binnenkurzschlussströmen, die Unterscheidung von Einschaltströmen, Überlastschutz und CT-Sättigungsprobleme. Insbesondere ist der konventionelle prozentuale Differenzenschutz anfällig für harmonische Störungen, was zu Fehlfunktionen oder Ausfällen des Schutzsystems führen kann und die Systemstabilität erheblich beeinträchtigt.
2. Lösungsübersicht
Diese Lösung verwendet fortschrittliche Mikrocomputerschutztechnologie, integriert mehrere Techniken, um einen umfassenden Transformatorschutz zu erreichen. Sie besteht aus drei Kernmodulen: harmonischer Differenzschutz, adaptives CT-Sättigungs-Erkennungssystem und integrierter optischer Temperaturüberwachungsschutz.
2.1 Harmonischer Differenzschutz
Durch die Nutzung der Zweitharmonischen-Blockierungstechnologie unterscheidet diese Methode effektiv Fehlerströme von Einschaltströmen durch die Echtzeitmessung des Gehalts an Zweitharmonischen im Differenzstrom. Hauptmerkmale umfassen:
- Anpassbare Schwellenwerte für den harmonischen Gehalt (15%-20%) entsprechend den Transformatoreneigenschaften.
- Fourier-Transformationsbasierte harmonische Analyse zur Sicherstellung der Erkennungsgenauigkeit.
- Dynamische Blockierlogik zur Verhinderung von Fehlfunktionen des Schutzes.
Einsatzergebnisse: In einem Fall des Schutzes eines 765kV-Ultra-Hochspannungstransformators reduzierte diese Technologie die Fehlfunktionsrate um 82%, was die Schutzzuverlässigkeit erheblich verbesserte.
2.2 Adaptives CT-Sättigungs-Erkennungssystem
Basierend auf der Analyse der Verzerrung der Stromform und der Überwachung der CT-Last vor dem Fehler passt dieses System die Restriktionskoeffizienten dynamisch an:
- Echtzeitüberwachung des CT-Betriebsstatus zur Identifizierung von Sättigungseigenschaften.
- Nutzung der Berechnung der Formverzerrungsrate für eine präzise Sättigungsbeurteilung.
- Dynamische Anpassung der Schutzparameter, um die Zuverlässigkeit unter Sättigungsbedingungen sicherzustellen.
Leistungsindikatoren: Bei UHV-Anwendungen stellt diese Methode sicher, dass das System auch bei schwerer CT-Sättigung zuverlässig arbeitet, wobei die Reaktionszeit auf weniger als 12 ms reduziert wird und die Fehlersprechgeschwindigkeit erheblich verbessert wird.
2.3 Integriertes Schutzsystem zur optischen Temperaturüberwachung
Verteilte optische Sensoren werden an kritischen Positionen in den Transformatorwicklungen eingebettet, um die Temperatur in Echtzeit zu überwachen:
- Direkte Messung der Wärmebildtemperaturen mit einer Genauigkeit von ±1°C.
- Mehrstufige Temperaturschwellen (z.B. 140°C-Auslöseschwelle).
- Integration mit dem Differenzschutz für beschleunigte Auslösung basierend auf der Temperatur.
- Automatische Aktivierung des Kühlungssystems, um ein Temperaturanstieg zu verhindern.
Praktische Ergebnisse: Die Implementierung in einer Umrichterstation verlängerte die Lebensdauer des Transformators um 30% und verhinderte Isolationsausfälle durch Überhitzung.
3. Technische Vorteile
- Erhöhte Zuverlässigkeit: Mehrere Schutzmechanismen arbeiten zusammen, um Einzeldefizite des Schutzes zu mildern.
- Schnelle Reaktion: Hochgeschwindigkeitsdatenverarbeitungsalgorithmen reduzieren die Reaktionszeit erheblich.
- Anpassungsfähigkeit: Automatische Anpassung der Schutzparameter an die Betriebsbedingungen.
- Präventiver Schutz: Die Temperaturüberwachung ermöglicht die Vorhersage von Fehlern, indem sie den passiven Schutz in aktive Prävention verwandelt.
4. Anwendungsfälle
Diese Lösung wurde erfolgreich in mehreren UHV-Projekten und 765kV-Ultra-Hochspannungsunterwerken eingesetzt. Die Betriebsdaten zeigen:
- Eine korrekte Funktionsrate von 99,98%.
- Die durchschnittliche Fehlersprechzeit wurde um 40% reduziert.
- Fehlfunktionen gingen um mehr als 85% zurück.
- Signifikante Verlängerung der Lebensdauer der Ausrüstung.
