Cách thiết kế và kiểm tra trở kháng ngắn mạch của máy biến áp: Từ tính toán dòng điện sự cố đến FAT

Trở kháng ngắn mạch thường được coi là phần trăm ẩn ở giữa biểu dữ liệu máy biến áp. Trong hệ thống điện thực, con số đó ảnh hưởng đến dòng điện sự cố, sụt áp, tải song song, phối hợp bảo vệ và lực cơ học bên trong cuộn dây. Tại Zisheng Electric, chúng tôi coi trở kháng ngắn mạch của máy biến áp là một tham số hệ thống chứ không phải là giá trị được nhà sản xuất chọn riêng. Nếu nó quá thấp, dòng điện sự cố dự kiến ​​có thể vượt quá nhiệm vụ của thiết bị đóng cắt. Nếu nó quá cao, việc khởi động động cơ lớn và thay đổi tải đột ngột có thể tạo ra hiện tượng sụt điện áp không thể chấp nhận được.

Trong FAT, so sánh trở kháng đo được với cam kết thiết kế, dung sai theo hợp đồng và nghiên cứu lỗi hệ thống.

Trở kháng ngắn mạch của máy biến áp đại diện cho điều gì

Điện áp trở kháng, thường được biểu thị bằng uk%, là tỷ lệ phần trăm của điện áp danh định cần thiết để truyền dòng điện định mức khi một cuộn dây bị nối tắt và điện áp thử nghiệm quy định được đặt vào cuộn dây khác ở tần số danh định. Nó chứa một thành phần điện trở và một thành phần phản ứng. Phản ứng rò rỉ thường chiếm ưu thế ở các máy biến áp công suất vừa và lớn, nhưng điện trở liên quan đến tổn thất tải vẫn là vấn đề quan trọng khi các kỹ sư đánh giá hiệu suất dòng điện, nhiệt độ và vị trí điểm nối mức đỉnh.

Một phép tính sàng lọc đơn giản cho dòng điện đối xứng có sẵn ở các đầu nối máy biến áp là:

Ik ≈ Trong × 100 / uk%

Hãy xem xét một máy biến áp 2.000 kVA, 0,44 kV có dòng điện định mức điện áp thấp khoảng 2.624 A và trở kháng 6%. Nếu nguồn thượng nguồn được coi là có công suất sự cố vô hạn thì dòng điện đối xứng ban đầu là khoảng 43,7 kA. Việc tính toán thực tế của dự án phải bổ sung trở kháng của mạng thượng nguồn, cáp, đường dây và thanh cái và phải tuân theo phương pháp do chủ sở hữu chỉ định, thường là IEC 60909. Phương trình đơn giản hóa rất hữu ích cho việc sàng lọc sớm chứ không phải cho báo cáo cài đặt bảo vệ cuối cùng.

Cách thiết lập trở kháng mục tiêu

Bắt đầu với Sơ đồ đường đơn và mức độ lỗi

Thông số kỹ thuật mua hàng chỉ ghi 'trở kháng theo tiêu chuẩn IEC' là không đủ. Nhà cung cấp máy biến áp cần có mức lỗi nguồn tối đa và tối thiểu, điện áp hệ thống, nhóm vectơ, phương pháp nối đất trung tính, số lượng máy biến áp mắc song song, đặc tính tải và định mức chịu đựng thời gian ngắn của thiết bị đóng cắt. Các nhà máy khai thác mỏ, nhà máy thép và trạm bơm cũng phải cung cấp danh sách động cơ lớn và phương pháp khởi động. Các dự án năng lượng mặt trời và pin cần giải thích sự góp phần của bộ chuyển đổi vào dòng điện sự cố vì nó khác với dòng điện sự cố của máy quay.

Nếu hai máy biến áp hoạt động song song, tỷ lệ phần trăm trở kháng và dung sai tỷ số điện áp sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến việc chia tải và dòng điện tuần hoàn. Xếp hạng bằng nhau không tự động đảm bảo hoạt động song song thỏa đáng. Thỏa thuận mua bán phải xác định chênh lệch trở kháng có thể chấp nhận được, nguyên tắc đồng bộ hóa điểm nối và mức tải được phép khi một thiết bị không hoạt động.

Các dự án năng lượng tái tạo nên phối hợp trở kháng mục tiêu với trạng thái của bộ chuyển đổi và trở kháng của hệ thống thu gom.

Kiểm soát hình học cuộn dây Phản ứng rò rỉ

Trở kháng ngắn mạch không thể được điều chỉnh tự do sau khi lắp đặt máy biến áp. Kích thước cuộn dây hướng tâm, chiều cao trục, khe hở cách điện chính, cách bố trí đĩa và đường từ thông rò rỉ đều ảnh hưởng đến điện kháng. Khi nhà thiết kế thay đổi một chiều, nhóm cũng phải xem xét mức tăng nhiệt độ, biên điện môi, lực kẹp dọc trục và dung sai chế tạo. Việc giảm khe hở cách điện chỉ để đạt được mục tiêu trở kháng có thể chuyển rủi ro sang hiệu suất điện môi và độ bền ngắn mạch.

Đối với một máy biến áp ngâm trong dầu , vật liệu dây dẫn, chuyển vị và chiều dài dây dẫn đều ảnh hưởng đến thành phần điện trở. Chiều cao cuộn dây và khoảng cách hướng tâm có ảnh hưởng mạnh mẽ đến thành phần phản kháng. Các thiết kế có điện áp cao hơn cũng yêu cầu xem xét lại vị trí cuộn dây và trở kháng của nấc điều chỉnh trên toàn bộ dải điều chỉnh. Do đó, quá trình đánh giá thiết kế của chúng tôi ghi lại các vị trí nhấn chính, tối đa và tối thiểu thay vì dựa vào một giá trị trung tâm.

Độ cao, tải trọng khai thác theo chu kỳ, nhiệt độ và hiệu chỉnh cách nhiệt phải được xem xét cùng nhau.

Chịu được mạch ngắn theo tiêu chuẩn IEC 60076-5

IEC 60076-5:2006 đề cập đến khả năng của máy biến áp chịu được tác động của ngắn mạch bên ngoài. Nó bao gồm các tính toán về nhiệt và kiểm tra khả năng chịu đựng động bằng thử nghiệm đặc biệt hoặc đánh giá lý thuyết. Các tài liệu dự án cần xác định phiên bản áp dụng, thời gian xảy ra lỗi và loại lỗi. Phép đo trở kháng đạt yêu cầu bản thân nó không chứng tỏ được khả năng chịu ngắn mạch. Kiểm tra trở kháng xác nhận một thông số điện; việc đánh giá khả năng chịu đựng cũng phải bao gồm nhiệt độ dây dẫn, lực điện từ hướng trục và hướng tâm, khả năng kẹp và giá đỡ dây dẫn.

Đối với một dự án EPC quan trọng, người mua có thể yêu cầu tính toán ngắn mạch nhiệt, bản tóm tắt kiểm tra lực dọc trục và hướng tâm, mô tả cách kẹp cuộn dây và bằng chứng từ thử nghiệm ngắn mạch hoặc nhóm thiết kế đã được xác nhận. Những tài liệu này cần được xem xét trước khi các tài liệu chính được phát hành. Trong trường hợp yêu cầu thử nghiệm ngắn mạch đặc biệt thì phòng thử nghiệm, kế hoạch vận chuyển, trình tự thử nghiệm và các phép đo sau thử nghiệm phải được thỏa thuận trước.

Cách FAT xác nhận kết quả thiết kế và sản xuất

Trở kháng ngắn mạch và tổn thất tải thường xuất hiện trong quá trình thử nghiệm ngắn mạch. Kết nối, độ chính xác của thiết bị, nhiệt độ cuộn dây, hiệu chỉnh nhiệt độ, tần số và vị trí vòi điều khiển đều ảnh hưởng đến giá trị được báo cáo. Nhân chứng FAT nên xem lại các phép đo thô thay vì chỉ kiểm tra từ 'Đạt' trên báo cáo cuối cùng. Giá trị đo được phải được so sánh với cam kết và dung sai hợp đồng, đồng thời phải xem xét kết quả ba pha để phát hiện sự mất cân bằng bất thường.

Kiểm tra trở kháng được theo sau bởi phụ kiện, bảng tên, tài liệu và kiểm tra tình trạng vận chuyển.

IEC 60076-1 đưa ra các yêu cầu chung đối với máy biến áp điện. Dung sai chính xác áp dụng cho dự án vẫn phải được xác nhận theo hợp đồng và các điều khoản liên quan. Nếu trở kháng đo được gần với ranh giới cho phép, kỹ sư EPC nên nhập giá trị đo được vào mô hình ngắn mạch. Giá trị được chấp nhận chính thức không phải là kết quả kỹ thuật được chấp nhận nếu nó làm cho nhiệm vụ của thiết bị đóng cắt bị vượt quá.

Thông số kỹ thuật mua hàng nên nêu rõ điều gì

Điều khoản trở kháng có thể thực thi phải xác định giá trị được đảm bảo, MVA và cơ sở nhiệt độ, vị trí vòi, dung sai, yêu cầu vận hành song song, thời gian xảy ra lỗi, mức lỗi hệ thống tối đa, tài liệu xác minh thiết kế và các điểm chứng kiến ​​FAT. Một dự án sử dụng nhiều công suất máy biến áp không được sao chép một giá trị uk% trong toàn bộ lịch trình. Mỗi thiết bị phải phù hợp với mức độ lỗi bus, hệ thống bảo vệ và trạng thái tải tại vị trí riêng của nó.

Dữ liệu thiết bị đóng cắt cũng phải được trả lại cho nhà cung cấp máy biến áp. Bảng điện áp thấp định mức 50 kA trong một giây không có nghĩa là tính toán máy biến áp sẽ được phép đạt tới mức 50 kA mà không có biên. Nghiên cứu cần có sự hỗ trợ hợp lý cho sự thay đổi của mạng lưới, tính không chắc chắn trong tính toán và việc mở rộng trong tương lai. Đối với một Máy biến áp điện ngâm dầu 110 kV hoặc thiết kế nhiều cuộn dây, quy định kỹ thuật phải nêu rõ trở kháng giữa mỗi cặp cuộn dây và cơ sở công suất của nó.

Các dự án gió ven biển yêu cầu mức độ lỗi, kế hoạch mở rộng, môi trường và xếp hạng thiết bị phải được xem xét cùng nhau.

Một sự làm rõ kỹ thuật điển hình

Một dự án công nghiệp quy định một máy biến áp 2.500 kVA, một máy thứ cấp 0,4 kV và trở kháng 5,5% trong khi tủ điện hạ thế có định mức thời gian ngắn là 50 kA. Tính toán sàng lọc nguồn vô hạn tạo ra sự đóng góp của máy biến áp khoảng 65,6 kA. Trở kháng của cáp sẽ làm giảm giá trị nhưng thiết kế ban đầu không có biên độ phù hợp.

Việc làm rõ không được giải quyết bằng cách thay đổi trở kháng ngay lập tức thành 7%. Nhóm đã xem xét điện áp khởi động động cơ, khả năng lỗi ngược dòng, chiều dài thanh cái và cách bố trí song song. Mục tiêu cuối cùng đã cân bằng giới hạn dòng điện sự cố với hiệu suất bước tải có thể chấp nhận được và được nhập vào dữ liệu được đảm bảo và dung sai FAT. Kiểu làm rõ này tốn rất ít chi phí trước khi sản xuất cuộn dây và có thể yêu cầu thiết kế lại lớn sau khi kích thước cuộn dây được cố định.

Những cân nhắc về thiết kế liên quan được thảo luận trong hướng dẫn của chúng tôi về lựa chọn máy biến áp cho các dự án năng lượng tái tạo ở Nam Mỹ . Nhóm mua sắm cũng có thể xem xét thị trường điện Nam Mỹ mong đợi gì từ các nhà cung cấp máy biến áp.

Giữ các đường cơ sở trở kháng và điện trở cuộn dây của nhà máy để so sánh sau khi vận chuyển và lắp đặt.

Làm cho giá trị trở kháng hoạt động cho dự án

Trở kháng ngắn mạch chỉ hữu ích khi nó đóng vòng lặp giữa máy biến áp, mức lỗi hệ thống, bảo vệ, thiết bị đóng cắt và đặc tính tải. Zisheng Electric cung cấp máy biến áp ngâm dầu, máy biến áp điện, máy biến áp loại khô, trạm biến áp nhỏ gọn và các thiết bị trạm biến áp liên quan. Chúng tôi có thể cung cấp dịch vụ đối sánh kỹ thuật dựa trên công suất dự án, cấp điện áp, điều kiện môi trường và thông số kỹ thuật, với phản hồi ban đầu cho các yêu cầu trong vòng 24 giờ. Sơ đồ một đường, danh sách tải và dữ liệu mức độ lỗi cho phép các kỹ sư của chúng tôi xem xét mục tiêu trở kháng, phạm vi FAT và các tài liệu kỹ thuật cần thiết trong giai đoạn báo giá.