110 kV transformatora neitrālā punkta zemējuma metožu izvēle un aizsardzības konfigurācijas optimizācija

Ievads

Augstsprieguma energosistēmās transformatora neitrālā punkta zemējuma metode ir kritisks faktors, kas ietekmē sistēmas drošību, uzticamību un stabilitāti. 110 kV energosistēmās neitrālā punkta zemējuma metodes izvēle tieši ietekmē iekārtu izolācijas līmeni, pārsprieguma aizsardzību, releju aizsardzības konfigurāciju un barošanas avota uzticamību. Ķīnā 110 kV sistēmas parasti izmanto daļēji efektīva zemējuma metode, kur daži transformatora neitrālie punkti ir tieši iezemēti, bet citi paliek neiezemēti, lai ierobežotu vienfāzes īsslēguma strāvas, vienlaikus novēršot pārsprieguma draudus.

Šajā rakstā tiek analizētas dažādu 110 kV transformatoru neitrālā punkta zemējuma metožu īpašības, priekšrocības un ierobežojumi, izpētītas optimālas aizsardzības konfigurācijas stratēģijas un aprakstītas turpmākās attīstības tendences.

1 Galvenās neitrālā punkta zemējuma metodes 110 kV transformatoriem

1.1 Tieša iezemēšana

Tieša zemēšanaattiecas uz transformatora neitrālā punkta tiešu savienojumu ar zemi. Šī metode efektīvi fiksē neitrālā punkta potenciālu, nodrošinot, ka vienas fāzes zemējuma kļūmes gadījumā fāzes sprieguma pieaugums bez kļūmes nepārsniedz 1,4 reizes fāzes spriegumu. Tas palīdz samazināt iekārtu izolācijas prasības un samazināt izmaksas.

Tomēr būtisks trūkums ir tas, ļoti augsta vienfāzes zemējuma īsslēguma strāva(līdz pat vairākiem tūkstošiem ampēru), kas var ietekmēt ķēdes pārtraucēja atvienošanas spēju un sistēmas stabilitāti. Tāpēc tieša zemēšana parasti tiek izmantota 110 kV un augstāka sprieguma sistēmās, kur nepieciešama ātra kļūmju novēršana.

1.2 Nepamatota neitrāla

Kādā neiezemēta sistēma, transformatora neitrālais punkts ir izolēts no zemes. Kad rodas vienfāzes zemējuma kļūme, īsslēguma strāva ir ļoti maza (galvenokārt sistēmas kapacitatīvā strāva), kas ļauj sistēmai turpināt darboties īsu laiku (parasti līdz 2 stundām). Tas ievērojami uzlabo barošanas avota uzticamība.

Tomēr neiezemētās sistēmās vienfāzes zemējuma kļūdas var izraisīt ne-kļūmes fāzes sprieguma paaugstināšanos līdz līnijas sprieguma līmenim. Ja izolācija ir vāja, tas var izraisīt bojājumu, kas pāraug fāžu savstarpējā kļūmē. Turklāt periodiska loka zemējuma darbība var radīt loka pārspriegumi, sasniedzot 3–3,5 reizes lielāku fāzes spriegumu, radot draudus transformatora izolācijai.

1.3 Zemējums, izmantojot mazu pretestību

Lai līdzsvarotu tiešas zemējuma un neiezemētu sistēmu priekšrocības un trūkumus, impedances zemējuma metodebieži tiek izmantots. Tas ietver zemējumu, izmantojot nelielu pretestību vai nelielu reaktīvo pretestību.

• Maza pretestības zemējumaIerobežo īsslēguma strāvu līdz vairākiem simtiem ampēru, samazinot ietekmi uz sistēmu, vienlaikus nodrošinot ātru aizsardzības darbību. Šī metode efektīvi nomāc pārspriegumus un ir piemērota kabeļu intensīvas sadales tīkliem ar lielām kapacitatīvām strāvām.
• Mazas reakcijas zemējumsVar kompensēt sistēmas kapacitatīvo strāvu ar induktīvo strāvu, samazinot loka atkārtotas aizdegšanās iespējamību. Šo metodi bieži uzskata par kompensētu zemējuma metodi.

Zemējums, izmantojot mazu pretestību, apvieno gan tiešo, gan neiezemēto sistēmu priekšrocības, piedāvājot pārsprieguma slāpēšanu un relatīvi augstu barošanas avota uzticamību. To plaši izmanto 110 kV sistēmās, īpaši tajās, kurām ir ievērojamas kapacitatīvās strāvas vai kurām nepieciešama augsta enerģijas kvalitāte.

2. Aizsardzības konfigurācija 110 kV transformatora neitrālajiem punktiem

2.1 Pārsprieguma draudi

110 kV transformatora neitrālā punkta izolācijas līmenis parasti ir daļēji izolēts, ar izturības spriegumu tikai vienai trešdaļai no līnijas gala. Tas padara neitrālo punktu neaizsargātu pret pārsprieguma bojājumiem. Primārie pārsprieguma veidi ir šādi:

• Jaudas frekvences pārspriegumsRodas līnijas komutācijas, asimetrisku īssavienojumu vai pēkšņas slodzes zuduma dēļ.
• Rezonanses pārspriegumsIzraisa svārstības, ko rada induktīvo un kapacitatīvo elementu mijiedarbība sistēmas darbības vai kļūmju laikā.
• Pārslēgšanas pārspriegumsRodas magnētiskās un elektrostatiskās enerģijas pārveidošanas rezultātā, atverot vai aizverot automātiskos slēdžus.
• Zibens pārspriegumsIzraisa zibens spērieni, kam raksturīga augsta amplitūda un īss ilgums.

2.2 Bieži sastopamās aizsardzības ierīces

Lai aizsargātu transformatora neitrālo punktu, parasti tiek izmantotas šādas aizsardzības ierīces:

• Pārsprieguma novadītājiTie ierobežo zibens pārspriegumu un noteiktus komutācijas pārspriegumus. Tomēr standarta pārsprieguma novadītāji bieži vien nav piemēroti 110 kV transformatoru neitrālo punktu zemajam izolācijas līmenim, kas apgrūtina izvēli.
• Izolācijas spraugasTie aizsargā pret jaudas frekvences un rezonanses pārspriegumiem. Pārsprieguma gadījumā atstarpe pārtrūkst, iezemējot neitrālo punktu, lai ierobežotu sprieguma pieaugumu. Trūkums ir grūtības precīzi pielāgot atstarpes attālumu, kas var izraisīt aizsardzības nepareizu koordināciju.
• Pārsprieguma ierobežotāja un spraugas paralēlais savienojumsŠī ir plaši izmantota aizsardzības metode. Pārsprieguma novadītājs tiek galā ar zibens pārspriegumu, savukārt sprauga novērš tīkla frekvences un rezonanses pārspriegumus. Sprauga arī aizsargā pārsprieguma novadītāju no pārmērīga tīkla frekvences pārsprieguma, kas varētu izraisīt tā bojājumu. Šī pieeja piedāvā papildu priekšrocības.

2.3 Releju aizsardzības konfigurācija

110 kV transformatora neitrālā punkta releju aizsardzība galvenokārt ietver šādus aspektus:

• Nulles secības strāvas aizsardzībaTieši iezemētiem transformatoriem nulles secības strāvas aizsardzība ir konfigurēta tā, lai ātri novērstu zemējuma kļūdas. Aizsardzība parasti ir sadalīta sekcijās ar īsām laika aizkavēm kļūmes lokalizēšanai un ilgākām laika aizkavēm visu transformatora pušu atvienošanai.
• Nulles secības sprieguma aizsardzība un spraugas strāvas aizsardzībaNezemētiem transformatoriem tiek iestatīta nulles secības sprieguma aizsardzība un spraugas strāvas aizsardzība. Ja zemējuma kļūmes dēļ sistēma zaudē zemējuma punktu, kā rezultātā palielinās neitrālā punkta spriegums, sprauga tiek pārtraukta. Spraugas strāvas aizsardzība vai nulles secības sprieguma aizsardzība darbojas ar laika aizturi (0,3–0,5 s), lai atvienotu transformatoru no visām pusēm.
• Rezerves aizsardzības koordinācijaLai nodrošinātu selektivitāti, nulles secības aizsardzības laika aizkaves ir jākoordinē. Piemēram, transformatora rezerves aizsardzības laika aizkavei jābūt ilgākai nekā līnijas aizsardzības laika aizkavei, kuru tā dublē.

3 Optimizācijas ieteikumi un gadījuma analīze

3.1 Tradicionālo metožu ierobežojumi

Lai gan pārsprieguma novadītāji paralēli spraugāmLai gan šī metode ir izplatīta, tai ir vairāki trūkumi:

• Grūtības pārsprieguma ierobežotāja izvēlēIr sarežģīti atrast standarta pārsprieguma novadītājus, kas atbilst gan augsta nepārtraukta darba sprieguma, gan zema zibens impulsa atlikušā sprieguma prasībām 110 kV transformatora neitrālajos punktos.
• Izaicinājumi Gap Setting (Gap noteikšana)Gaisa spraugas sabrukšanas spriegums ir pakļauts dispersijai, kas apgrūtina spraugas darbības precīzu koordinēšanu "zemējuma zuduma" un "ar zemi" kļūmes apstākļos.
• Releju aizsardzības sarežģītībaAizsardzība pret "zemējuma zudumu" (piemēram, nulles secības pārsprieguma un atstarpes pārslodzes aizsardzība) var nedarboties pareizi, radot nepieciešamību pēc papildu bloķēšanas kritērijiem, kas palielina sarežģītību un samazina uzticamību.

3.2 Zemējuma priekšrocības, izmantojot mazu reaktivitāti

Pētījumi un prakse liecina, ka neitrālā punkta iezemēšana, izmantojot nelielu reaktīvo pretestībupiedāvā ievērojamas priekšrocības salīdzinājumā ar tradicionālajām daļējās zemējuma metodēm:

• Samazinātas izolācijas līmeņa prasībasPēc mazas reaktīvās pretestības zemējuma ieviešanas transformatora neitrālā punkta izolācijas līmeni var samazināt no 35 kV līdz 20 kV, novēršot nepieciešamību pēc pārsprieguma novadītājiem un spraugām un vienkāršojot aizsardzības konfigurāciju.
• Vienotais zemējuma režīmsŠī metode novērš izolētas, neiezemētas sistēmas rašanos, ļaujot vienkāršot vai izlaist saistīto aizsardzību, tādējādi uzlabojot uzticamību.
• Priekšrocību saglabāšanaTas saglabā daļējas zemējuma priekšrocības, piemēram, vienkāršu un uzticamu nulles secības aizsardzību, vienlaikus ierobežojot vienfāzes īsslēguma strāvas.

3.3 Gadījuma izpētes analīze

Piemērs ir 110 kV termināļa apakšstacijas transformācija. Sākotnējā projektā tika izmantots pārsprieguma novadītājs paralēli spraugaineitrālā punkta aizsardzībai. Tomēr pēc mazas reaktīvās pretestības zemējuma ieviešanas tika samazinātas transformatora neitrālā punkta izolācijas līmeņa prasības, vienkāršotas aizsardzības ierīces un uzlabota darbības uzticamība. Aprēķini parādīja, ka zemējuma pretestība varētu ierobežot īsslēguma strāvu līdz dažiem simtiem ampēru, un nulles secības aizsardzību varētu viegli koordinēt.

Cits gadījums bija saistīts ar kļūmi 110 kV apakšstacijā, kur pārejošs vienfāzes zemējuma kļūmes gadījums ienākošajā līnijā izraisīja neitrālā punkta spraugas sabrukumu un transformatora atslēgšanos. Analīze atklāja, ka, lai gan līnijas kļūme bija pārejoša, atgriezeniskā saite no liela skaita asinhrono motoruslodzes pusē nodrošināja enerģiju lokam, uzturot kļūmi. Tas uzsver, ka transformatoriem ar ievērojamām motora slodzēm (ekvivalentiem avotiem) pilnīga neitrālā punkta aizsardzība, tostarp nulles secības pārslodzes, atstarpes strāvas un nulles secības sprieguma aizsardzība, ir būtiska projektēšanas fāzē.

4 Secinājums un perspektīva

110 kV transformatora neitrālā punkta zemējuma metodes izvēle un tās aizsardzības konfigurācija ir daudzšķautņains uzdevums, kas prasa ņemt vērā sistēmas struktūru, slodzes raksturlielumus un uzticamības prasības. Lai gan tradicionālā daļējā zemējuma metode apvienojumā ar pārsprieguma novadītājiem un spraugām ir izplatīta, tā saskaras ar izaicinājumiem ierīču izvēlē un iestatījumu koordinācijā. mazas reaktīvās zemējuma metodepiedāvā daudzsološu alternatīvu, potenciāli samazinot izolācijas prasības, vienkāršojot aizsardzību un uzlabojot uzticamību.

Nākotnes attīstības tendences būs vērstas uz šādām jomām:

• Jaunu ierīču pielietošanaPiemēram, kompozītmateriālu spraugas vai kontrolējamas spraugas, ko izmanto paralēli pārsprieguma novadītājiem, uzlabojot aizsardzības uzticamību un precizitāti.
• Digitālās aizsardzības tehnoloģijaIzmantojot mikrodatoru aizsardzību ar uzlabotiem algoritmiem (piemēram, viļņu formas identificēšanu, harmoniku analīzi), lai uzlabotu zemējuma kļūdu aizsardzības jutību un uzticamību.
• Standartizācija un modularizācijaStandartizētu un modulāru neitrālā punkta aizsardzības iekārtu izstrāde, lai vienkāršotu projektēšanu un apkopi.

Rezumējot, 110 kV transformatora neitrālā punkta zemējuma metodes un aizsardzības konfigurācijas optimizācija ir ļoti svarīga, lai uzlabotu energosistēmas drošību, uzticamību un ekonomisko darbību. Līdz ar tehnoloģiju attīstību ir sagaidāms, ka parādīsies un plaši tiks izmantoti inteliģentāki un efektīvāki risinājumi.