Авария в електроразпределителна система средно напрежение не само задейства прекъсвач - тя може да остави невидимо, но опасно наследство в сърцевината на трансформатора: остатъчен магнетизъм. Остатъчният поток, уловен в сърцевината на токоизправителя след повреда или преходен процес на постояннотоково отместване, пряко влошава точността на електромагнитната индукция, причинява преждевременно насищане на сърцевината и може да предизвика фалшиви операции на защитното реле или опасно недостигане по време на следващата повреда. За електроинженерите и екипите за поддръжка, отговорни за надеждността на подстанциите, знанието за правилно размагнитване на ядрото на CT не е незадължително знание за поддръжката - то е задача от първа линия за осигуряване на целостта на системата за защита. В тази статия подробно се описват физиката на остатъчния поток, процедурата за размагнитване на полето стъпка по стъпка и критериите за подбор, които определят дали вашата CT сърцевина изобщо е податлива на реманентност.
Съдържание
- Какво представлява остатъчният поток и защо се образува в ядрата на компютърната томография?
- Как остатъчният магнетизъм влияе върху производителността и надеждността на CT индукцията?
- Как се извършва процедура за размагнитване на полето на токов трансформатор?
- Какви са често срещаните грешки, които водят до отказ на демагнетизацията в токоизправителите за средно напрежение?
Какво представлява остатъчният поток и защо се образува в ядрата на компютърната томография?
Остатъчният поток - наричан още реманентен магнетизъм или реманентност - е плътността на магнитния поток, който остава заключен в зърнесто-ориентираната структура на ядрото от силициева стомана след премахване на намагнитващата сила. Разбирането на причините за образуването му изисква кратък поглед върху b-h хистерезисен контур която определя поведението на всички феромагнитни ядра.
Когато в ТТ възникне ток на повреда със значителна постояннотокова компонента на отместване, първичният ток не се колебае симетрично около нулата. Вместо това той задвижва потока в сърцевината по протежение на хистерезисната крива в област с висока плътност на магнитния поток. Когато повредата се отстрани и токът рязко спадне до нула - както се случва при прекъсване на прекъсвач - сърцевината не се връща към нулев поток. Тя остава в плътност на реманентния поток (Br), което за ориентираната по зърно силициева стомана може да достигне 60-80% на плътността на потока на насищане1 (Bsat).
Основни технически характеристики на реманса на ядрото на компютърната томография:
- Чувствителност на основния материал: Ориентираната по зърно силициева стомана (използвана във високоточните компютърни томографи) има висока пропускливост, но и висока ремантност. Ядрата от никел-желязна сплав показват още по-високи нива на реманентност.
- Ядра с въздушна междина: КТ, проектирани с умишлена въздушна междина в сърцевината (класове TPY и TPZ съгласно IEC 61869-2)2 имат значително по-ниска ремантност - обикновено по-малка от 10% от Bsat - тъй като въздушната междина осигурява механизъм за магнитно нулиране.
- Задействане на събития: Три са основните причини за значително натрупване на остатъчен поток - постояннотокови компенсиращи токове на повреда, събития с отворена вторична верига на CT и неправилно размагнитване след изпитване.
| Тип ядро | Ниво на възстановяване | IEC клас | Типично приложение |
|---|---|---|---|
| Ориентирана по зърната Si-стомана (без въздушна междина) | 60-80% Bsat | 5P, 10P, TPS | Стандартна защита CTs |
| Сплав от никел и желязо (без въздушна междина) | До 90% Bsat | Клас X, TPS | Високочувствителна диференциална защита |
| Ядро с пропуски (малка въздушна междина) | <10% Bsat | TPY | Схеми за защита при автоматично затваряне |
| Голямо ядро с въздушна междина | ~0% Bsat | TPZ | Високоскоростна защита, преходни характеристики |
Видът на сърцевината, инсталирана в разпределителния панел, определя пряко рисковия профил на реманентността и дали периодичната процедура по размагнитване е задължителна или само предпазна.
Как остатъчният магнетизъм влияе върху производителността и надеждността на CT индукцията?
Остатъчният поток не предизвиква незабавна видима повреда - той е скрит механизъм за деградация, който безшумно компрометира надеждността на вашата система за защита, докато следващото събитие на повреда не го разкрие катастрофално. Въздействието се осъществява чрез един основен механизъм: намален наличен колебателен поток преди насищане.
Ядрото на томографа може да издържи само на крайна промяна в плътността на потока, преди да се насити. Общата налична промяна на потока е:
Ако Br вече е 70% от Bsat поради остатъчния магнетизъм, ядрото разполага само с 30% от нормалния си капацитет на потока за следващия преходен ток на повреда. Това означава, че токоизправителят се насища много по-рано, отколкото предполага неговият номинален граничен коефициент на точност (ALF), като се получава силно изкривена форма на вторичния ток, която защитните релета не могат да интерпретират правилно.
Практически последици от неадресирания остатъчен поток:
- Недостиг на щафета за разстояние: Наситеният изход на CT причинява реле, за да видите по-голям привиден импеданс от действителния3, като е възможно да не се задейства при повреди в зоната
- Неправилно функциониране на диференциалната защита: Асиметричното насищане между токоизправителите от противоположните страни на защитената зона генерира фалшив диференциален ток, което води до нежелани изключвания.
- Забавена работа на релето за свръхток: Изкривената вторична форма на вълната удължава времето за работа на релето извън проектираните криви на задействане
- Грешки в измерването на енергията: Дори при нормални токове на натоварване, частично наситената сърцевина внася грешки в съотношението и фазовия ъгъл, надвишаващи границите на клас 0,5.
Казус на клиента - изпълнител на електроенергия, модернизация на подстанция 35 kV, Близък изток: Енергиен изпълнител, управляващ модернизация на подстанция 35 kV в Саудитска Арабия, съобщава за повтарящи се неудобни изключвания на схемата за диференциална защита на захранващия блок след повреда на близка шина. След консултация с техническия екип на Bepto, анализът на вторичната форма на вълната на CT разкрива силно асиметрично насищане, съответстващо на висок остатъчен поток в два от шестте CT в диференциалната зона. След структурирана процедура за размагнитване на всичките шест уреда стабилността на диференциалната защита беше напълно възстановена - елиминирайки три седмици на периодични смущаващи изключвания, които бяха погрешно приписани на настройките на релетата.
Как се извършва процедура за размагнитване на полето на токов трансформатор?
Процедурата по размагнитване се осъществява чрез задвижване на ядрото през все по-малки хистерезисни контури.4 докато остатъчният поток се приближи до нула. Съществуват два общоприети полеви метода - инжектиране на променливо напрежение и инжектиране на постоянен ток с реверсиране - всеки от които е подходящ за различни условия на обекта и конструкции на ТТ.
Стъпка 1: Изолиране и подготовка на веригата на CT
- Изключете първичната верига и потвърдете изолацията с тестер за напрежение.
- Късо съединение на всички неизползвани вторични ядра на CT преди започване - отворените вторични клеми при всякакви условия на остатъчен поток могат да генерират опасни индуцирани напрежения
- Изключете защитното реле и измервателната тежест от вторичните клеми, които се размагнитват.
- Документиране на табелката на CT: номинално съотношение, клас на точност, напрежение в точката на коляното (Vk) и магнетизиращ ток (Imag).
Стъпка 2: Избор на метод за размагнитване
| Метод | Необходимо оборудване | Най-добър за | Ограничение |
|---|---|---|---|
| Впръскване на променливо напрежение (Degaussing) | Променлив източник на променлив ток (Variac), амперметър | Стандартни жила от силициева стомана 5P/10P | Изисква се достъп до източник на променливо напрежение |
| Впръскване на постоянен ток с реверсиране | Захранване с постоянен ток, превключвател за реверсиране, амперметър | TPY / сърцевини с пропуски, високоиндуктивни токоизправители | Изисква внимателно определяне на последователността на обръщане на тока |
| Специализиран CT анализатор | CT анализатор с вградена функция за размагнитване | Всички видове ядра - най-надеждни | Разходи за оборудване; невинаги са налични на място |
Стъпка 3: Процедура за размагнитване чрез впръскване на променлив ток (най-разпространеният метод на полето)
- Свържете източник на променливо променливо напрежение (Variac) през вторичните клеми на CT (S1-S2).
- Бавно увеличавайте променливото напрежение от нула, докато токът на намагнитване достигне приблизително 120-150% от номиналния ток на намагнитване в точката на коляното - това води до насищане на ядрото, като се установява известна начална точка на хистерезисния контур.
- Бавно и продължително намаляване на променливото напрежение до нула - не спирайте и не се обръщайте назад; намаляването трябва да е плавно и непрекъснато в продължение на 30-60 секунди.
- Потокът в сърцевината проследява все по-малки хистерезисни контури, които се приближават до почти нулева ремантност, когато напрежението се приближава до нула.
- Измерване на тока на намагнитване при първоначалното тестово напрежение - сравнете го с базовото ниво преди намагнитването, за да потвърдите намаляването на потока
Стъпка 4: Проверка на успеха на размагнитването
- Извършване на компютърна томография крива на възбуждане тест (V-I характеристика) и сравнете с фабричната крива на намагнитване
- Успешно размагнитваната сърцевина ще покаже ток на намагнитване в рамките на ±5% от фабричната базова линия при същото приложено напрежение.
- За защитните токоизправители проверете дали напрежението в точката на коляното (Vk) е възстановено до спецификацията на табелката.
- Записване на всички резултати от тестовете в дневника за поддръжка на подстанцията по Изисквания за въвеждане в експлоатация по IEC 61869-25
Стъпка 5: Възстановяване на вторичните вериги
- Свържете отново релето за защита и измервателната тежест в правилна полярност (ориентация S1→S2)
- Отстранете вторичните връзки на късо съединение само след като всички връзки на тежестта са потвърдени.
- Повторно захранване на първичната верига и наблюдение на изхода на вторичната верига CT по време на първия цикъл на натоварване
- Проверете дали токовите входове на релето за защита съответстват на очакваните стойности въз основа на тока на първичния товар и съотношението на CT
Какви са често срещаните грешки, които водят до отказ на демагнетизацията в токоизправителите за средно напрежение?
Размагнитването е прецизна процедура - малки грешки при изпълнението могат да оставят значителен остатъчен поток в сърцевината или, още по-лошо, да въведат нова реманентност с различна полярност. Това са най-критичните полеви грешки, наблюдавани при операции по поддръжка на подстанции средно напрежение.
Критични грешки, които трябва да избягвате
- Спиране на намаляването на напрежението по средата на процедурата: Прекъсването на променливото напрежение при всяко ниво, различно от нула, замразява ядрото в нова точка на реманентност - потенциално по-лоша от първоначалното състояние. Намаляването трябва да бъде непрекъснато и без прекъсване до нула.
- Прилагане на прекалено високо първоначално напрежение: Прекомерното захранване на ядрото над 150% от тока на намагнитване в точката на коляното рискува да доведе до напрежение на изолацията на вторичната намотка. Винаги изчислявайте границата на безопасното напрежение на впръскване, преди да започнете работа.
- Размагнитване при свързана вторична тежест: Свързаният импеданс на релето променя ефективната индуктивност на веригата, като не позволява на ядрото да завърши пълните цикли на хистерезис. Винаги изключвайте тежестта преди процедурата.
- Пропускане на проверката на кривата на възбуждане: Визуалната проверка не може да потвърди успешното размагнитване. Обективно потвърждение дава само тестът на V-I характеристиката след процедурата спрямо фабричната крива.
- Игнориране на съседни ядра на CT в многоядрени блокове: При двуядрените КТ размагнитването на едното ядро може да предизвика промени в потока на съседното ядро чрез магнитна връзка. Двете ядра трябва да се тестват и размагнитват последователно.
Контролен списък след процедурата
- ✔ Кривата на възбуждане съвпада с фабричната базова линия в рамките на ±5%
- ✔ Напрежението в точката на коляното е възстановено до номиналната стойност
- ✔ Маркировката на вторичната полярност се проверява преди повторното свързване на тежестта
- ✔ Всички връзки на късо съединение са отстранени след повторното свързване на тежестта
- ✔ Резултати от изпитванията, документирани в записите за поддръжка
Заключение
Остатъчният поток в сърцевината на токовия трансформатор е тиха заплаха за надеждността, която събитията на неизправност редовно създават, а екипите по поддръжката редовно пренебрегват. Процедурата за размагнитване - независимо дали чрез променливо напрежение или чрез обръщане на постоянния ток - възстановява пълния наличен поток на сърцевината, като гарантира, че вашите защитни релета работят в рамките на проектираните граници на точност при появата на следващата повреда. За електроразпределителните системи средно напрежение, където надеждността на защитата не подлежи на обсъждане, размагнитването не е коригиращо действие - то е задължителна стъпка за въвеждане в експлоатация след повреда. В Bepto Electric нашите токоизправители се произвеждат в съответствие с IEC 61869-2 с пълна заводска документация за кривата на възбуждане, което дава на вашия екип по поддръжката базовите данни, необходими за проверка на успешното размагнитване всеки път.
Често задавани въпроси относно процедурата за размагнитване на компютърна томография
Въпрос: Как да разберете дали в сърцевината на токов трансформатор има значителен остатъчен поток след повреда?
A: Сравнете кривата на възбуждане след повреда (V-I характеристика) с фабричната базова линия. Токът на намагнитване, значително по-нисък от фабричните стойности при същото приложено напрежение, показва остатъчен поток, намаляващ ефективната проницаемост на сърцевината - необходимо е размагнитване.
Въпрос: Може ли остатъчният поток в сърцевината на томографа да доведе до неизключване на защитното реле по време на повреда?
A: Да. Остатъчният поток намалява наличния люлеещ се поток преди насищане, което води до насищане на ТТ по-рано от номиналната му ALF. Получената в резултат на това изкривена вторична форма на вълната може да доведе до недостиг на дистанционни релета и до сработване на релета за свръхток с прекомерно времезакъснение.
Въпрос: Колко често трябва да се извършва размагнитване на CT в подстанции средно напрежение?
A: Размагнитването трябва да се извършва след всяко значимо събитие на повреда, включващо постояннотоков компенсиращ ток, след всеки инцидент с отворена вторична верига на токоизправителя и като част от планираното пускане в експлоатация след подмяна на токоизправителя или промяна на схемата за защита.
Въпрос: Каква е разликата между токоизправителите от класове TPY и 5P по отношение на чувствителността към остатъчен поток?
A: ТТ от клас TPY включват малка въздушна междина в сърцевината, която ограничава ремантността до под 10% от Bsat - което ги прави изначално устойчиви на натрупване на остатъчен поток. Стандартните токопреобразуватели от клас 5P нямат въздушна междина и могат да задържат 60-80% от Bsat като реманентност след повреда, което изисква периодично размагнитване.
Въпрос: Безопасно ли е да се извършва размагнитване на томографа, когато първичната шина все още е под напрежение в съседен отсек?
A: Първичният проводник на КТ трябва да бъде изключен и изолиран преди размагнитването. Съседните енергозащитени участъци са приемливи, при условие че са налице подходящи изолационни бариери съгласно правилата за безопасност на подстанцията, но индуцираните напрежения от близките проводници трябва да бъдат оценени преди свързването на тестовото оборудване.
-
“Реманентен поток в токови трансформатори”,
https://ieeexplore.ieee.org/document/7981358. IEEE анализ на остатъчния магнетизъм в защитни токови трансформатори. Роля на доказателството: механизъм; Тип на източника: изследване. Подкрепя: 1: 60-80% на плътността на потока на насищане. ↩ -
“IEC 61869-2:2012 Инструментални трансформатори. Част 2”,
https://webstore.iec.ch/publication/5964. Определя изискванията към токовите трансформатори с междинна сърцевина. Evidence role: general_support; Source type: standard. Подкрепя: TPY и TPZ класове съгласно IEC 61869-2. ↩ -
“Влияние на насищането на КТ върху защитата на разстоянието”,
https://ieeexplore.ieee.org/document/4275376. Обсъжда се как изкривените вторични форми на вълната водят до недостатъчен обхват на релето. Роля на доказателството: механизъм; Тип на източника: изследване. Подкрепя: релето да вижда по-високо видимо съпротивление от действителното. ↩ -
“Изпитване на токови трансформатори и размагнитване”,
https://www.eaton.com/content/dam/eaton/products/medium-voltage-power-distribution-control-systems/switchgear/white-papers/ct-demagnetization-wp.pdf. Технически документ на Eaton, описващ процедурите за инжектиране на променлив ток на място. Роля на доказателството: механизъм; Тип на източника: индустрия. Подкрепя: задвижване на сърцевината през все по-малки хистерезисни контури. ↩ -
“IEC 61869-2:2012 Инструментални трансформатори”,
https://webstore.iec.ch/publication/5964. Определя стандартите за въвеждане в експлоатация и изпитване на измервателни трансформатори. Evidence role: general_support; Source type: standard. Подкрепя: IEC 61869-2 изисквания за въвеждане в експлоатация. ↩
