Soluzione di protezione basata su microcomputer per trasformatori
- Contesto e principali sfide
I trasformatori sono componenti critici dei sistemi di potenza, e la loro operazione affidabile è essenziale per la sicurezza della rete. La protezione tradizionale dei trasformatori affronta diverse sfide tecniche, tra cui l'identificazione delle correnti di cortocircuito interno, la discriminazione delle correnti di inrush, la protezione contro il sovraccarico e i problemi di saturazione del CT. In particolare, la protezione differenziale percentuale convenzionale è suscettibile all'interferenza armonica, che può portare a malfunzionamenti o mancanze di funzionamento del sistema di protezione, compromettendo gravemente la stabilità del sistema.
2. Panoramica della soluzione
Questa soluzione utilizza tecnologia avanzata di protezione basata su microcomputer, integrando diverse tecniche per ottenere una protezione completa del trasformatore. Si compone di tre moduli principali: protezione differenziale con restrizione armonica, sistema di rilevamento adattativo della saturazione del CT e monitoraggio della temperatura tramite fibra ottica integrato nella protezione.
2.1 Tecnologia di protezione differenziale con restrizione armonica
Utilizzando la tecnologia di blocco dell'armonica secondaria, questo metodo distingue efficacemente le correnti di difetto dalle correnti di inrush mediante la rilevazione in tempo reale del contenuto dell'armonica secondaria nelle correnti differenziali. Le caratteristiche chiave includono:
- Soglia di contenuto armonico regolabile (15%-20%) personalizzata per le caratteristiche del trasformatore.
- Analisi armonica basata sulla trasformata di Fourier per garantire l'accuratezza del rilevamento.
- Logica di blocco dinamica per prevenire i malfunzionamenti della protezione.
Risultati applicativi: In un caso di protezione di un trasformatore ad ultra-alta tensione da 765kV, questa tecnologia ha ridotto i tassi di malfunzionamento del 82%, migliorando significativamente l'affidabilità della protezione.
2.2 Sistema di rilevamento adattativo della saturazione del CT
Basato sull'analisi della distorsione della forma d'onda della corrente e sul monitoraggio del carico del CT prima del guasto, questo sistema regola dinamicamente i coefficienti di restrizione:
- Monitoraggio in tempo reale dello stato di funzionamento del CT per identificare le caratteristiche di saturazione.
- Calcolo del tasso di distorsione della forma d'onda per un giudizio preciso della saturazione.
- Regolazione dinamica dei parametri di protezione per garantire l'affidabilità in condizioni di saturazione.
Metriche di prestazione: In applicazioni UHV, questo metodo garantisce un funzionamento affidabile anche in condizioni di saturazione severa del CT, riducendo il tempo di operazione entro i 12ms e migliorando significativamente la velocità di risposta ai guasti.
2.3 Sistema integrato di protezione con monitoraggio della temperatura tramite fibra ottica
Sensori distribuiti di fibra ottica vengono incorporati in posizioni critiche degli avvolgimenti del trasformatore per il monitoraggio in tempo reale della temperatura:
- Misurazione diretta delle temperature dei punti caldi degli avvolgimenti con precisione di ±1°C.
- Soglie di temperatura multi-livello (ad esempio, impostazione di trip a 140°C).
- Integrazione con la protezione differenziale per un tripping accelerato basato sulla temperatura.
- Attivazione automatica del sistema di raffreddamento per prevenire l'aumento della temperatura.
Risultati pratici: L'implementazione in una stazione di conversione ha esteso la vita utile del trasformatore del 30% e ha prevenuto guasti di isolamento causati da sovraccarichi termici.
3. Vantaggi tecnici
- Affidabilità migliorata: Molti meccanismi di protezione lavorano insieme per mitigare le carenze di una singola protezione.
- Risposta rapida: Algoritmi di elaborazione dati ad alta velocità riducono significativamente il tempo di operazione.
- Adattabilità: Regolazione automatica dei parametri di protezione in base alle condizioni operative.
- Protezione preventiva: Il monitoraggio della temperatura consente la previsione dei guasti, trasformando la protezione passiva in una protezione attiva.
4. Casi di applicazione
Questa soluzione è stata implementata con successo in diversi progetti UHV e in sottostazioni ad ultra-alta tensione da 765kV. I dati operativi mostrano:
- Tasso di operazione corretta del 99,98%.
- Tempo medio di identificazione dei guasti ridotto del 40%.
- Incidenti di malfunzionamento ridotti di oltre l'85%.
- Prolungamento significativo della durata di vita degli apparecchiature.
