Konstruksyon ng aktibong sistema ng proteksyon para sa mga transformer ng kuryente: mula sa passive na tugon hanggang sa aktibong pagharang

Bilang pangunahing kagamitan sa hub ng power system, ang ligtas at matatag na operasyon ng mga power transformer ay direktang nauugnay sa pagiging maaasahan ng power grid at ang seguridad ng supply ng enerhiya. Gayunpaman, ang kumplikadong kapaligiran sa pagpapatakbo at maraming panloob at panlabas na mga kadahilanan ay nagdudulot ng matinding hamon sa ligtas na operasyon ng mga transformer. Ang pagbabago mula sa "post-event tripping" tungo sa "pre-event early warning at mid-event blocking" at pagbuo ng isang aktibong sistema ng proteksyon batay sa panoramic sensing at matalinong paggawa ng desisyon ay naging isang hindi maiiwasang kalakaran sa pagbuo ng kasalukuyang teknolohiya ng transpormer na ligtas na operasyon. Bilang isang umuusbong na paraan ng proteksyon, ang aktibong teknolohiya ng proteksyon ay maaaring makakita ng mga potensyal na panganib sa oras bago mangyari ang isang pagkakamali, na nagbibigay ng isang malakas na garantiya para sa ligtas na operasyon ng transpormer.

I. Ang kahalagahan ng mga power transformer

Bilang pangunahing kagamitan para sa conversion ng boltahe at paghahatid at pamamahagi ng kuryente sa grid ng kuryente, ang mga power transformer ay direktang nauugnay sa pagiging maaasahan ng power supply at seguridad ng power grid. Sa modernong mga sistema ng kuryente, ang mga transformer ay hindi lamang responsable para sa pag-convert ng high-voltage electric energy na nabuo ng mga power plant sa ultra-high-voltage electric energy na angkop para sa long-distance transmission, ngunit responsable din para sa step-by-step na step-down ng high-voltage electric energy sa mababang boltahe na electric energy na magagamit ng mga user, sa gayon ay tinitiyak ang mahusay na paggamit at makatwirang pamamahagi ng mga mapagkukunan ng kuryente. Bilang karagdagan, habang ang pangangailangan para sa kuryente sa metal smelting, industriyal na produksyon at iba pang larangan ay patuloy na lumalaki, ang papel ng mga transformer ng kuryente sa pagtiyak ng supply ng kuryente sa mga pangunahing industriya ay lalong naging prominente. Kapag nabigo ang isang transpormer, hindi lamang ito magdudulot ng pagkawala ng kuryente sa mga lokal na lugar, ngunit maaari ring mag-trigger ng chain reaction, na magdulot ng banta sa ligtas at matatag na operasyon ng buong sistema ng kuryente. Samakatuwid, ang pagtiyak sa ligtas at matatag na operasyon ng mga power transformer ay may malaking kahalagahan sa pagpapabuti ng pagiging maaasahan ng power grid.

II. Mga limitasyon ng tradisyonal na mga modelo ng proteksyon at ang pangangailangan ng aktibong proteksyon

Ang tradisyunal na proteksyon ng transpormer (tulad ng proteksyon sa kaugalian, proteksyon ng gas, proteksyon ng overcurrent) ay pangunahing nakabatay sa pagkilos ng threshold ng isang dami ng kuryente o isang solong hindi de-kuryenteng dami, at kabilang sa mode na "passive response". Gayunpaman, ipinakita ng pagsasanay na kahit na kayang patakbuhin ng differential protection ang outlet sa loob ng 10 hanggang 20 milliseconds, nalilimitahan ito ng buong breaking time ng mismong circuit breaker, na sampu-sampung millisecond. Bago tuluyang maalis ang arc fault, ang enerhiya ng fault ay madalas na naipon nang sapat upang maging sanhi ng pagkasira ng tangke ng gasolina at pagsabog ng langis. Bilang karagdagan, para sa proseso ng ebolusyon mula sa maliliit na mga depekto sa pagkakabukod (tulad ng bahagyang discharge) hanggang sa matalim na mga arc fault, ang tradisyunal na proteksyon ay walang kakayahang makialam sa intermediate na yugto, at madaling maapektuhan ng mga lumilipas na proseso tulad ng excitation inrush current, at may panganib ng hindi sapat na sensitivity o malfunction.

Ang aktibong proteksyon ay iba sa tradisyunal na post-fault na proteksyon sa pagkilos. Ang core nito ay nasa "prevention first, early intervention". Napagtatanto nito ang maagang pagkakakilanlan at babala ng mga potensyal na pagkakamali sa pamamagitan ng real-time na pagsubaybay sa mga dami ng kuryente (boltahe, kasalukuyang, kapangyarihan) ng transpormer (temperatura ng langis, antas ng langis, panginginig ng boses, nilalaman ng gas) at mga parameter sa kapaligiran, na sinamahan ng pagsusuri ng malaking data at mga algorithm ng artificial intelligence. Halimbawa, sa pamamagitan ng online monitoring ng dissolved gases (DGA) sa transformer oil, ang mga nakatagong panganib tulad ng pagtanda ng insulation at partial discharge ay maaaring matuklasan nang maaga, upang ang mga hakbang sa pagpapanatili ay maaaring gawin bago mangyari ang mga pagkakamali.

III. Pangunahing panganib at ebolusyon ng kasalanan ng ligtas na operasyon ng transpormer

Karaniwang umuusbong ang mga internal fault ng transformer mula sa tago hanggang sa paputok. Kasama sa mga karaniwang panganib ang:

• Insulation fault: sanhi ng pagtanda ng insulation, moisture, overvoltage, atbp., na sa simula ay nagpapakita bilang partial discharge (PD), at pagkatapos ay nagiging turn-to-turn short circuit, phase-to-phase short circuit at kahit ground breakdown.
• Overheating fault: sanhi ng sobrang karga, mahinang contact, pagkabigo ng cooling system o multi-point grounding ng iron core, na nagpapabilis sa pagtanda ng insulating oil at solid insulation, at maaaring humantong sa pagkasira ng insulation.
• Mechanical failure: winding deformation, loose fasteners, atbp., na kadalasang sinasamahan ng abnormal na vibration at maaaring lalong makapinsala sa insulation structure.

Sa fault evolution chain, ang "partial discharge → severe discharge defect → high-energy arc breakdown" ay isa sa mga pinaka-mapanganib na landas. Ang susi sa aktibong proteksyon ay upang makuha ang mga pisikal na katangian ng yugto ng "severe discharge defect" at putulin ang circuit sa loob ng isang millisecond time window upang maiwasan ang mga sakuna na kahihinatnan.

IV. Mga Pangunahing Teknolohiya para sa Aktibong Proteksyon

Online na teknolohiya ng pagsubaybay at sensor: Mag-install ng mga sensor na may mataas na pagganap upang mangolekta ng data ng katayuan ng pagpapatakbo ng transformer sa real time, kabilang ang winding temperature, oil chromatography, partial discharge, vibration at ingay, atbp., na bumubuo ng isang multi-dimensional na monitoring network.

Intelligent diagnosis at early warning system: Gumamit ng mga algorithm gaya ng machine learning at deep learning para pag-aralan at magmodelo ng data ng pagsubaybay, tukuyin ang mga abnormal na pattern, at makamit ang maagang diagnosis at babala sa pag-uuri ng panganib sa mga pagkakamali.

Adaptive protection control: Dynamic na isaayos ang mga setting ng proteksyon at logic ayon sa real-time na status ng transpormer upang maiwasan ang maling operasyon o pagtanggi na gumana at pagbutihin ang pagiging maaasahan ng sistema ng proteksyon.

Ang pagkamit ng aktibong proteksyon ay umaasa sa malalim na pagsasama ng high-precision status monitoring (perception) at mga bagong prinsipyo ng proteksyon (paggawa ng desisyon). Sa kasalukuyan, ang industriya ay unti-unting bumubuo ng isang "tatlong antas na linya ng depensa" o "tatlong linya ng depensa" na ligtas na sistema ng operasyon:

1. Level 1: Minor defect detection at maagang babala (condition monitoring layer)

Sa pamamagitan ng pag-deploy ng mga multi-dimensional na smart sensor, nakakamit ang 7x24-hour panoramic perception. Kabilang sa mga pangunahing teknolohiya ang:

* Dissolved gas analysis (DGA) sa langis: Subaybayan ang mga katangiang gas gaya ng H₂, C₂H₂, at CO upang matukoy ang uri at rate ng overheating o discharge failure.

* Pagsubaybay sa partial discharge (PD): gamit ang ultra-high frequency (UHF), ultrasonic (AE) at high-frequency pulse current (HFCT) na teknolohiya upang makita at mahanap ang mga internal na depekto sa pagkakabukod.

* Pagsukat ng temperatura ng optical fiber at pagsubaybay sa vibration: direktang sukatin ang temperatura ng paikot-ikot na mga hot spot at subaybayan ang mekanikal na kalagayan ng core at windings.

Ang mga data na ito ay pinagsama-sama mula sa maraming mapagkukunan sa pamamagitan ng edge computing para makamit ang equipment health index (HI) assessment at maagang babala.

2. Antas 2: Aktibong proteksyon sa yugto ng matinding discharge defect (aktibong blocking layer)

Ito ang pangunahing link na nagpapakilala sa aktibong proteksyon mula sa tradisyonal na proteksyon. Kapag ang discharge signal (tulad ng UHF amplitude, pulse current steepness, ultrasonic energy) ay sinusubaybayan upang maabot ang preset na seryosong depekto na threshold, at ang fault ay komprehensibong hinuhusgahan na nasa isang mabilis na yugto ng pag-unlad, ang sistema ng proteksyon ay maaaring direktang mag-isyu ng isang trip command o i-link ang stability control system upang ilipat ang load nang hindi umaasa sa tradisyonal na kaugalian na pamantayan. Halimbawa, batay sa prinsipyo ng pagkakasunud-sunod ng phase pagkakaiba sa kasalukuyang katangian, ang inter-turn fault protection action time ay maaaring paikliin sa humigit-kumulang 20 millisecond; o ang tunog, ilaw, at mga de-koryenteng multi-pisikal na katangian humigit-kumulang 100 millisecond bago ang fault breakdown ay maaaring gamitin upang makamit ang tumpak na pag-alis ng "fault budding stage."

3. Antas 3: Pagpapabuti ng tradisyunal na pagganap ng proteksyon ng arc fault (nasa ilalim ng protective layer)

Para sa mga arc fault na naganap, ang sensitivity at bilis ng tradisyonal na proteksyon ay pinabuting sa pamamagitan ng mga bagong prinsipyo. Halimbawa, ang core saturation identification technology batay sa main flux linkage estimation ay maaaring epektibong matukoy ang excitation inrush na kasalukuyang at fault current, na napagtatanto ang mabilis na proteksyon sa kaugalian nang walang inrush na kasalukuyang pagharang; Ang bahagyang inter-turn fault na proteksyon batay sa magnetic flux leakage na mga katangian ay malulutas ang problema ng hindi sapat na sensitivity ng tradisyonal na differential protection para sa mataas na impedance inter-turn short circuit.

V. Mga komprehensibong hakbang para sa ligtas na operasyon

Upang matiyak ang ligtas na operasyon ng mga transformer, kailangang gamitin ang isang multi-level at komprehensibong diskarte sa pamamahala:

• Regular na inspeksyon at pagpapanatili: Regular na magsagawa ng inspeksyon sa hitsura, pagsusuri ng sample ng langis, pagsubok sa saligan, atbp. upang mapanatili ang isang magandang kapaligiran sa pagpapatakbo ng transpormer.
• Pamamahala sa pagtanda ng pagkakabukod: subaybayan ang katayuan ng mga materyales sa pagkakabukod, suriin ang natitirang buhay, at makatwirang ayusin ang mga plano sa pagpapanatili o pagpapalit.
• Overload at overheating na proteksyon: Sa pamamagitan ng pamamahala ng pagkarga at pag-optimize ng cooling system, maiwasan ang pangmatagalang overload ng transpormer o labis na pagtaas ng temperatura.
• Plano sa pagtugon sa emerhensiya: Bumuo ng mabilis na proseso ng pagtugon para sa mga biglaang pagkabigo upang paikliin ang oras ng pagkawala ng kuryente at bawasan ang mga pagkalugi.

VI. Mga uso sa pag-unlad sa hinaharap

Sa pagbuo ng artificial intelligence at teknolohiya ng Internet of Things, ang aktibong proteksyon ng transformer ay umuusbong patungo sa "Digital Twin + adaptive control":

* Digital twin: Bumuo ng isang virtual-real na pagmamapa ng transformer multi-physics simulation model at real-time na data, dynamic na hinuhusgahan ang fault evolution path, hulaan ang natitirang buhay (RUL), at magbigay ng quantitative na batayan para sa proactive na interbensyon.

* Adaptive na proteksyon: Ang proteksyon na device ay hindi na umaasa sa mga nakapirming threshold, ngunit dynamic na inaayos ang halaga ng setting ng proteksyon o pagkaantala batay sa real-time na operating load rate, ambient temperature, insulation status, atbp., upang maiwasan ang malfunction habang pina-maximize ang kapasidad ng dala ng kagamitan.

* AI intelligent diagnosis: Paggamit ng mga algorithm ng malalim na pag-aaral gaya ng CNN at LSTM upang awtomatikong matukoy ang mga partial discharge pattern (PRPD) at mga vibration soundprint, binabawasan ang mga gastos sa manu-manong pagsusuri at pagpapabuti ng rate ng pagkilala ng mahinang mga palatandaan ng fault.

Konklusyon

Ang aktibong proteksyon at ligtas na operasyon ng mga power transformer ay mahalagang mga sistematikong proyekto na nagpapasulong sa linya ng kaligtasan ng depensa. Ito ay nangangailangan sa amin na palawakin mula sa isang pag-iisip ng proteksyon ng relay patungo sa isang full-chain na sistema ng teknolohiya ng "panoramic sensing-intelligent diagnosis-active blocking-self-healing control". Sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng advanced sensing technology, multi-physics simulation, artificial intelligence at bagong mga prinsipyo ng proteksyon para makamit ang transparent na pamamahala ng internal na status ng transformer at tumpak na kontrol sa fault evolution, maaari nating pigilan ang paglitaw ng mga malignant na aksidente sa deflagration at bumuo ng matatag na hadlang para sa ligtas at matatag na operasyon ng mga bagong sistema ng kuryente.