110 kV transformatoriaus neutralaus taško įžeminimo metodų parinkimas ir apsaugos konfigūracijos optimizavimas

Įvadas

Aukštos įtampos elektros energijos sistemose transformatoriaus neutralaus taško įžeminimo metodas yra labai svarbus veiksnys, turintis įtakos sistemos saugumui, patikimumui ir stabilumui. 110 kV elektros energijos sistemose neutralaus taško įžeminimo metodo pasirinkimas tiesiogiai veikia įrangos izoliacijos lygius, viršįtampių apsaugą, relinės apsaugos konfigūraciją ir maitinimo patikimumą. Kinijoje 110 kV sistemos paprastai naudoja iš dalies efektyvus įžeminimo metodas, kai kai kurie transformatoriaus neutralės taškai yra tiesiogiai įžeminti, o kiti lieka neįžeminti, siekiant apriboti vienos fazės trumpojo jungimo sroves ir kartu užkirsti kelią viršįtampių grėsmei.

Šiame straipsnyje analizuojamos skirtingų 110 kV transformatorių neutralaus taško įžeminimo metodų charakteristikos, privalumai ir apribojimai, nagrinėjamos optimalios apsaugos konfigūravimo strategijos ir pristatomos būsimos plėtros tendencijos.

1 pagrindinis neutralaus taško įžeminimo metodas 110 kV transformatoriams

1.1 Tiesioginis įžeminimas

Tiesioginis įžeminimasreiškia tiesioginį transformatoriaus neutralaus taško prijungimą prie žemės. Šis metodas efektyviai fiksuoja neutralaus taško potencialą, užtikrindamas, kad vienos fazės įžeminimo gedimo metu ne gedimo fazės įtampos padidėjimas neviršytų 1,4 karto fazės įtampos. Tai padeda sumažinti įrangos izoliacijos reikalavimus ir išlaidas.

Tačiau reikšmingas trūkumas yra tas, labai didelė vienfazės įžeminimo srovė(iki kelių tūkstančių amperų), o tai gali turėti įtakos jungtuvų pertraukiklių atjungimo gebai ir sistemos stabilumui. Todėl tiesioginis įžeminimas paprastai naudojamas 110 kV ir aukštesnės įtampos sistemose, kur būtinas greitas gedimų pašalinimas.

1.2 Neįžemintas neutralus

Į neįžeminta sistema, transformatoriaus neutralusis taškas yra izoliuotas nuo žemės. Įvykus vienfaziam įžeminimui, įžeminimo srovė yra labai maža (daugiausia sistemos talpinė srovė), todėl sistema gali toliau veikti trumpą laiką (paprastai iki 2 valandų). Tai žymiai pagerina maitinimo patikimumas.

Tačiau neįžemintose sistemose vienfazės įžeminimo jungtys gali sukelti ne gedimo fazės įtampos padidėjimą iki linijos įtampos lygio. Jei izoliacija silpna, tai gali sukelti gedimą, kuris gali išsivystyti į fazinį gedimą. Be to, protarpinis įžeminimo lankas gali sukelti lanko viršįtampiai, pasiekdama 3–3,5 karto didesnę įtampą nei fazė, ir kelia grėsmę transformatoriaus izoliacijai.

1.3 Įžeminimas per mažą varžą

Siekiant subalansuoti tiesioginio įžeminimo ir neįžemintų sistemų privalumus ir trūkumus, Impedanso įžeminimo metodasdažnai naudojamas. Tai apima įžeminimą per mažą varžą arba mažą reaktyvųjį koeficientą.

• Mažo pasipriešinimo įžeminimasApriboja gedimo srovę iki kelių šimtų amperų, ​​sumažindamas poveikį sistemai ir tuo pačiu užtikrindamas greitą apsaugos veikimą. Šis metodas efektyviai slopina viršįtampius ir tinka kabeliniams skirstomiesiems tinklams, kuriuose naudojamos didelės talpinės srovės.
• Mažos reaktyviosios varžos įžeminimasGali kompensuoti sistemos talpinę srovę indukcine srove, taip sumažinant lanko pakartotinio užsidegimo tikimybę. Šis metodas dažnai laikomas kompensuojamu įžeminimo metodu.

Įžeminimas maža varža apjungia tiesioginių ir neįžemintų sistemų privalumus, slopindamas viršįtampius ir užtikrindamas santykinai didelį maitinimo patikimumą. Jis plačiai naudojamas 110 kV sistemose, ypač tose, kuriose yra didelės talpinės srovės arba kurioms reikalinga aukšta maitinimo kokybė.

2 Apsaugos konfigūracija 110 kV transformatoriaus neutraliems taškams

2.1 Viršįtampių grėsmės

110 kV transformatoriaus neutralaus taško izoliacijos lygis paprastai yra pusiau izoliuotas, kurio atlaikomoji įtampa sudaro tik vieną trečdalį linijos galo. Dėl to neutralus taškas yra pažeidžiamas viršįtampio. Pirminiai viršįtampių tipai yra šie:

• Maitinimo dažnio viršįtampisAtsiranda dėl linijų perjungimo, asimetrinių trumpųjų jungimų arba staigaus apkrovos praradimo.
• Rezonansinis viršįtampisSukelia virpesiai dėl indukcinių ir talpinių elementų sąveikos sistemos veikimo arba gedimų metu.
• Perjungimo viršįtampisSusidaro dėl magnetinės ir elektrostatinės energijos virsmo atidarant arba uždarant automatinius jungiklius.
• Žaibo viršįtampisSukelia žaibo smūgiai, pasižymi didele amplitude ir trumpa trukme.

2.2 Įprasti apsaugos įtaisai

Transformatoriaus neutraliam taškui apsaugoti dažniausiai naudojami šie apsaugos įtaisai:

• Viršįtampių ribotuvaiJie riboja žaibo viršįtampius ir tam tikrus perjungimo viršįtampius. Tačiau standartiniai viršįtampių ribotuvai dažnai yra nepakankami 110 kV transformatoriaus neutralės taškų žemai izoliacijai, todėl jų pasirinkimas yra sudėtingas.
• Izoliacijos spragosJie apsaugo nuo galios dažnio ir rezonansinių viršįtampių. Kai atsiranda viršįtampis, tarpas pralaužiamas, įžeminant neutralųjį tašką ir taip apribojant įtampos kilimą. Trūkumas yra tai, kad sunku tiksliai reguliuoti tarpo atstumą, o tai gali sukelti apsaugos koordinacijos sutrikimus.
• Lygiagretus viršįtampių ribotuvo ir tarpo sujungimasTai plačiai naudojamas apsaugos metodas. Viršįtampių ribotuvas susidoroja su žaibo viršįtampiu, o tarpas – su galios dažnio ir rezonanso viršįtampiais. Tarpas taip pat apsaugo viršįtampių ribotuvą nuo per didelių galios dažnio viršįtampių, kurie gali sukelti jo gedimą. Šis metodas siūlo papildomų privalumų.

2.3 Relės apsaugos konfigūracija

110 kV transformatoriaus neutralaus taško relinė apsauga daugiausia apima šiuos aspektus:

• Nulinės sekos srovės apsaugaTiesiogiai įžemintų transformatorių nulinės sekos srovės apsauga sukonfigūruota taip, kad greitai pašalintų įžeminimo gedimus. Apsauga paprastai suskirstyta į sekcijas su trumpais uždelsimo laiko intervalais gedimo lokalizavimui ir ilgesniais uždelsimo laiko intervalais visų transformatoriaus pusių išjungimui.
• Nulinės sekos įtampos apsauga ir tarpinės srovės apsaugaNeįžemintiems transformatoriams nustatoma nulinės sekos įtampos apsauga ir tarpinės srovės apsauga. Kai dėl įžeminimo gedimo sistema praranda įžeminimo tašką ir padidėja neutralaus taško įtampa, tarpas nutrūksta. Tarpinės srovės apsauga arba nulinės sekos įtampos apsauga veikia su laiko uždelsimu (0,3–0,5 s), kad išjungtų transformatorių iš visų pusių.
• Atsarginių kopijų apsaugos koordinavimasNorint užtikrinti selektyvumą, nulinės sekos apsaugos laiko uždelsimai turi būti koordinuoti. Pavyzdžiui, transformatoriaus atsarginės apsaugos laiko uždelsimas turėtų būti ilgesnis nei linijos apsaugos, kurią ji palaiko, laiko uždelsimas.

3 Optimizavimo rekomendacijos ir atvejo analizė

3.1 Tradicinių metodų apribojimai

Nors naudojant viršįtampių ribotuvai, lygiagretūs tarpamsNors tai įprasta, šis metodas turi keletą trūkumų:

• Sunkumai renkantis viršįtampių ribotuvąSudėtinga rasti standartinius viršįtampių ribotuvus, kurie atitiktų ir aukštos nuolatinės darbinės įtampos, ir mažos žaibo impulso liekamosios įtampos reikalavimus 110 kV transformatoriaus neutralės taškams.
• Iššūkiai nustatant atotrūkįOro tarpo gedimo įtampa gali sklaidytis, todėl sunku tiksliai koordinuoti tarpo veikimą esant „įžeminimo praradimo“ ir „su įžeminimu“ gedimo sąlygoms.
• Relės apsaugos sudėtingumasApsauga nuo „įžeminimo praradimo“ (pvz., nulinės sekos viršįtampio ir tarpo viršsrovės apsauga) gali sugesti, todėl gali prireikti papildomų blokavimo kriterijų, o tai padidina sudėtingumą ir sumažina patikimumą.

3.2 Įžeminimo naudojant mažą reaktyviąją varžą privalumai

Tyrimai ir praktika rodo, kad neutralaus taško įžeminimas per mažą reaktyvumąsiūlo reikšmingų pranašumų, palyginti su tradiciniais dalinio įžeminimo metodais:

• Sumažinti izoliacijos lygio reikalavimaiĮdiegus mažos reaktyviosios varžos įžeminimą, transformatoriaus neutralės taško izoliacijos lygį galima sumažinti nuo 35 kV iki 20 kV, taip panaikinant viršįtampių ribotuvų ir tarpų poreikį bei supaprastinant apsaugos konfigūraciją.
• Vieningas įžeminimo režimasŠis metodas pašalina izoliuotos, neįžemintos sistemos atsiradimą, todėl galima supaprastinti arba praleisti susijusią apsaugą ir taip padidinti patikimumą.
• Privalumų išlaikymasJis išlaiko dalinio įžeminimo privalumus, tokius kaip paprasta ir patikima nulinės sekos apsauga, tuo pačiu ribojant vienfazės trumpojo jungimo sroves.

3.3 Atvejo analizė

Pavyzdys yra 110 kV galinės pastotės transformacija. Originaliame projekte buvo naudojama viršįtampių ribotuvas, lygiagretus tarpuineutralaus taško apsaugai. Tačiau, pritaikius mažo reaktyvumo įžeminimą, sumažėjo transformatoriaus neutralaus taško izoliacijos lygio reikalavimas, supaprastinti apsaugos įtaisai ir pagerintas eksploatavimo patikimumas. Skaičiavimai parodė, kad įžeminimo varža galėjo apriboti gedimo srovę iki kelių šimtų amperų, ​​o nulinės sekos apsaugą buvo galima lengvai koordinuoti.

Kitas atvejis buvo susijęs su gedimu 110 kV pastotėje, kai trumpalaikis vienfazis įžeminimas įvadinėje linijoje sukėlė neutralės taško tarpo pramušimą ir transformatoriaus išsijungimą. Analizė parodė, kad nors linijos gedimas buvo trumpalaikis, atsiliepimai iš daugybės asinchroninių varikliųApkrovos pusėje tiekė energiją lankui, palaikydamas gedimą. Tai pabrėžia, kad transformatoriams su didelėmis variklio apkrovomis (lygiaverčiais šaltiniais) projektavimo etape būtina užtikrinti visišką neutralės taško apsaugą, įskaitant nulinės sekos viršsrovės, tarpo srovės ir nulinės sekos įtampos apsaugą.

4 Išvada ir perspektyvos

110 kV transformatoriaus neutralės taško įžeminimo metodo ir jo apsaugos konfigūracijos parinkimas yra daugialypė užduotis, reikalaujanti atsižvelgti į sistemos struktūrą, apkrovos charakteristikas ir patikimumo reikalavimus. Nors tradicinis dalinio įžeminimo metodas kartu su viršįtampių ribotuvais ir tarpais yra įprastas, jis susiduria su iššūkiais, susijusiais su įrenginių pasirinkimu ir nustatymų koordinavimu. mažo reaktyvumo įžeminimo metodassiūlo perspektyvią alternatyvą, galinčią sumažinti izoliacijos reikalavimus, supaprastinti apsaugą ir pagerinti patikimumą.

Būsimos plėtros tendencijos bus sutelktos į šias sritis:

• Naujų įrenginių taikymasPavyzdžiui, kompoziciniai tarpai arba valdomi tarpai, naudojami lygiagrečiai su viršįtampių ribotuvais, didinantys apsaugos patikimumą ir tikslumą.
• Skaitmeninės apsaugos technologijaNaudojant mikrokompiuterių pagrindu veikiančią apsaugą su pažangiais algoritmais (pvz., bangos formos atpažinimu, harmonikų analize), siekiant pagerinti įžeminimo gedimų apsaugos jautrumą ir patikimumą.
• Standartizavimas ir moduliarizavimasStandartizuotos ir modulinės neutralaus taško apsaugos įrangos kūrimas, siekiant supaprastinti projektavimą ir priežiūrą.

Apibendrinant galima teigti, kad 110 kV transformatoriaus neutralės taško įžeminimo metodo ir apsaugos konfigūracijos optimizavimas yra labai svarbus siekiant pagerinti elektros energijos sistemos saugą, patikimumą ir ekonomiškumą. Tobulėjant technologijoms, tikimasi, kad atsiras ir bus plačiai taikomi išmanesni ir efektyvesni sprendimai.