110 kV-os transzformátor nullapont-földelési módszerek kiválasztása és védelmi konfigurációjának optimalizálása

Bevezetés

Nagyfeszültségű rendszerekben a transzformátor nullapont-földelési módszere kritikus tényező, amely befolyásolja a rendszer biztonságát, megbízhatóságát és stabilitását. 110 kV-os rendszerek esetében a nullapont-földelési módszer megválasztása közvetlenül befolyásolja a berendezések szigetelési szintjét, a túlfeszültség-védelmet, a relévédelmi konfigurációt és az áramellátás megbízhatóságát. Kínában a 110 kV-os rendszerek jellemzően egy részben hatékony földelési módszer, ahol egyes transzformátor nullapontjai közvetlenül földeltek, míg mások földeletlenek maradnak, azzal a céllal, hogy korlátozzák az egyfázisú rövidzárlati áramokat, miközben megakadályozzák a túlfeszültség veszélyét.

Ez a cikk elemzi a különböző 110 kV-os transzformátor nullapont-földelési módszerek jellemzőit, előnyeit és korlátait, feltárja az optimális védelmi konfigurációs stratégiákat, és bemutatja a jövőbeli fejlesztési trendeket.

1 kulcsfontosságú semleges pont földelési módszer 110 kV-os transzformátorokhoz

1.1 Közvetlen földelés

Közvetlen földelésa transzformátor nulla pontjának közvetlen földelésre való csatlakoztatását jelenti. Ez a módszer hatékonyan rögzíti a nulla pont potenciálját, biztosítva, hogy egyfázisú földzárlat esetén a nem hibából adódó fázisfeszültség-emelkedés ne haladja meg a fázisfeszültség 1,4-szeresét. Ez segít csökkenteni a berendezések szigetelési követelményeit és a költségeket.

Azonban egy jelentős hátránya az nagyon magas egyfázisú földzárlati áram(akár több ezer amperig), ami hatással lehet a megszakító megszakítási képességére és a rendszer stabilitására. Ezért a közvetlen földelést általában 110 kV-os és nagyobb feszültségű rendszerekben alkalmazzák, ahol gyors hibaelhárítás szükséges.

1.2 Földeletlen semleges

Egy földeletlen rendszer, a transzformátor nulla pontja el van szigetelve a földtől. Egyfázisú földzárlat esetén a zárlati áram nagyon kicsi (főként a rendszer kapacitív árama), így a rendszer rövid ideig (jellemzően legfeljebb 2 órán át) képes tovább működni. Ez jelentősen javítja a tápegység megbízhatósága.

Földeletlen rendszerekben azonban az egyfázisú földzárlatok miatt a nem hibás fázisfeszültség a hálózati feszültség szintjére emelkedhet. Ha a szigetelés gyenge, ez meghibásodáshoz vezethet, ami fáziszárlattá fajulhat. Ezenkívül a szakaszos íves földelés is generálhat ív túlfeszültségek, elérve a fázisfeszültség 3–3,5-szeresét, veszélyeztetve a transzformátor szigetelését.

1.3 Földelés kis impedancián keresztül

A közvetlen földelés és a földeletlen rendszerek előnyeinek és hátrányainak kiegyensúlyozása érdekében a impedancia földelési módszergyakran használják. Ez magában foglalja a földelést egy kis ellenálláson vagy kis reaktancián keresztül.

• Kis ellenállású földelés: A zárlati áramot több száz amperre korlátozza, csökkentve a rendszerre gyakorolt ​​​​hatást, miközben továbbra is lehetővé teszi a gyors védelmi működést. Ez a módszer hatékonyan elnyomja a túlfeszültségeket, és alkalmas nagy kapacitív áramú, kábelintenzív elosztóhálózatokhoz.
• Kis reaktancia földelés: Induktív árammal ellensúlyozhatja a rendszer kapacitív áramát, csökkentve az ív újragyulladásának valószínűségét. Ezt a módszert gyakran kompenzált földelési módszernek tekintik.

A kis impedancián keresztüli földelés ötvözi a közvetlen és a földeletlen rendszerek előnyeit, túlfeszültség-elnyomást és viszonylag magas tápellátási megbízhatóságot kínálva. Széles körben használják 110 kV-os rendszerekben, különösen azokban, ahol jelentős kapacitív áramok vannak, vagy magas teljesítményminőséget igényelnek.

2. Védelmi konfiguráció 110 kV-os transzformátor nulla pontjaihoz

2.1 Túlfeszültség-fenyegetések

Egy 110 kV-os transzformátor nulla pontjának szigetelési szintje jellemzően félig szigetelt, amelynek feszültségállósági névleges értéke a vonal végének csak egyharmadát teszi ki. Ez a nullapontot túlfeszültség-károsodással szemben sebezhetővé teszi. Az elsődleges túlfeszültség-típusok a következők:

• Teljesítményfrekvencia túlfeszültségVonalkapcsolásból, aszimmetrikus rövidzárlatokból vagy hirtelen terheléskiesésből eredően.
• Rezonancia túlfeszültségInduktív és kapacitív elemek közötti kölcsönhatások okozta rezgések okozzák a rendszer működése vagy hibái során.
• Kapcsolási túlfeszültségA megszakítók nyitása vagy zárása során a mágneses és elektrosztatikus energia átalakulásából eredő hő.
• Villám túlfeszültségVillámcsapások okozzák, jellemző rá a nagy amplitúdó és a rövid időtartam.

2.2 Gyakori védőeszközök

A transzformátor nullpontjának védelmére a következő védőeszközöket alkalmazzák általában:

• Túlfeszültség-levezetőkEzek korlátozzák a villám túlfeszültségét és bizonyos kapcsolási túlfeszültségeket. A szabványos túlfeszültség-levezetők azonban gyakran nem megfelelőek a 110 kV-os transzformátor nulla pontjainak alacsony szigetelési szintjéhez, ami megnehezíti a kiválasztást.
• Izolációs résekEzek a védőkapcsolók a hálózati frekvencia és a rezonancia túlfeszültségei ellen védenek. Túlfeszültség esetén a rés megszakad, leföldelve a nulla pontot, így korlátozva a feszültségemelkedést. Hátránya a réstávolság pontos beállításának nehézsége, ami a védelem koordinációjának hibájához vezethet.
• Túlfeszültség-levezető és rés párhuzamos csatlakoztatása: Ez egy széles körben elterjedt védelmi módszer. A túlfeszültség-levezető kezeli a villám túlfeszültségét, míg a rés a hálózati frekvencia és a rezonancia túlfeszültségeit kezeli. A rés a túlfeszültség-levezetőt a túlzott hálózati frekvencia túlfeszültségektől is védi, amelyek a meghibásodását okozhatják. Ez a megközelítés kiegészítő előnyöket kínál.

2.3 Relévédelem konfigurációja

A 110 kV-os transzformátor nullapontjának relévédelme főként a következő szempontokat foglalja magában:

• Nulla-szekvenciális áramvédelemKözvetlenül földelt transzformátorok esetén a nulla sorrendű áramvédelmet úgy konfigurálják, hogy gyorsan elhárítsa a földelési hibákat. A védelem általában szakaszokra van osztva, rövid késleltetési idővel a hiba lokalizálására és hosszabb késleltetési idővel a transzformátor minden oldalának kioldására.
• Nulla-szekvenciális feszültségvédelem és résáram-védelemFöldeletlen transzformátorok esetén nulla sorrendű feszültségvédelmet és résáram-védelmet alkalmaznak. Amikor egy földzárlat miatt a rendszer elveszíti a földpontját, ami a csillagpont feszültségének emelkedéséhez vezet, a rés megszűnik. A résáram-védelem vagy a nulla sorrendű feszültségvédelem időkésleltetéssel (0,3–0,5 másodperc) működik, hogy a transzformátort minden oldalon kioldja.
• Biztonsági mentési védelem koordinációjaA szelektivitás biztosítása érdekében a nulla-szekvenciális védelmi időkésleltetéseket össze kell hangolni. Például egy transzformátor tartalékvédelmének időkésleltetésének hosszabbnak kell lennie, mint a tartalék vezetékvédelméé.

3 Optimalizálási javaslatok és esettanulmány

3.1 A hagyományos módszerek korlátai

Míg a használata túlfeszültség-levezetők párhuzamosan a résekkelgyakori, ennek a módszernek számos hátránya van:

• Nehézségek a túlfeszültség-levezető kiválasztásábanNehéz olyan szabványos túlfeszültség-levezetőket találni, amelyek megfelelnek mind a magas folyamatos üzemi feszültség, mind az alacsony villámlökés-maradékfeszültség követelményeinek a 110 kV-os transzformátor nullapontjain.
• Kihívások a résmeghatározásbanA légrés átütési feszültsége szóródásnak van kitéve, ami megnehezíti a rés működésének pontos koordinálását „földelésvesztés” és „földdel való” zárlat esetén.
• A relévédelem összetettségeA „földeléskiesés” elleni védelem (mint például a nulla-szekvenciális túlfeszültség és a rés túláramvédelem) meghibásodhat, ami további blokkolási kritériumokat tesz szükségessé, ami növeli a bonyolultságot és csökkenti a megbízhatóságot.

3.2 A kis reaktancián keresztüli földelés előnyei

A kutatások és a gyakorlat azt mutatják, hogy a nullapont földelése kis reaktancián keresztüljelentős előnyöket kínál a hagyományos részleges földelési módszerekkel szemben:

• Csökkentett szigetelési szintű követelményekKis reaktancia földelés alkalmazása után a transzformátor nulla pontjának szigetelési szintje 35 kV-ról 20 kV-ra csökkenthető, így nincs szükség túlfeszültség-levezetőkre és hézagokra, valamint egyszerűsödik a védelmi konfiguráció.
• Egységes földelési módEz a módszer kiküszöböli az elszigetelt, földeletlen rendszer előfordulását, lehetővé téve a kapcsolódó védelem egyszerűsítését vagy elhagyását, ezáltal növelve a megbízhatóságot.
• Előnyök megtartásaMegőrzi a részleges földelés előnyeit, például az egyszerű és megbízható nulla sorrendű védelmet, miközben korlátozza az egyfázisú rövidzárlati áramokat.

3.3 Esettanulmány-elemzés

Példa erre egy 110 kV-os terminál alállomás átalakítása. Az eredeti terv egy túlfeszültség-levezető párhuzamosan egy résszela nullapont védelméhez. A kis reaktanciajú földelés bevezetése után azonban csökkent a transzformátor nullapontjának szigetelési szintjére vonatkozó követelmény, egyszerűsödtek a védelmi eszközök, és javult az üzembiztonság. A számítások azt mutatták, hogy a földelési ellenállás néhány száz amperre korlátozhatja a zárlati áramot, és a nulla sorrendű védelem könnyen koordinálható.

Egy másik eset egy 110 kV-os alállomáson történt, ahol a bejövő vezetéken fellépő átmeneti egyfázisú földzárlat a csillagponti rés leválásához és a transzformátor leoldásához vezetett. Az elemzés kimutatta, hogy bár a vezetékzárlat átmeneti volt, a visszajelzés nagyszámú aszinkron motortóla terhelési oldalon biztosította az ív energiáját, fenntartva a zárlatot. Ez rávilágít arra, hogy jelentős motorterhelésű transzformátorok (egyenértékű források) esetében a teljes csillagpont-védelem, beleértve a nulla sorrendű túláramvédelmet, a résáramvédelmet és a nulla sorrendű feszültségvédelmet, elengedhetetlen a tervezési fázisban.

4 Következtetés és kitekintés

A 110 kV-os transzformátor nullapontjának földelési módszerének és védelmi konfigurációjának kiválasztása egy sokrétű feladat, amely figyelembe veszi a rendszer felépítését, a terhelési jellemzőket és a megbízhatósági követelményeket. Míg a hagyományos részleges földelési módszer túlfeszültség-levezetőkkel és hézagokkal kombinálva gyakori, kihívásokkal néz szembe az eszközök kiválasztása és a beállítások összehangolása terén. A kis reaktancia földelési módszerígéretes alternatívát kínál, amely potenciálisan csökkenti a szigetelési követelményeket, egyszerűsíti a védelmet és javítja a megbízhatóságot.

A jövőbeli fejlesztési trendek a következő területekre fognak összpontosítani:

• Új eszközök alkalmazása: Ilyenek például az összetett rések vagy a túlfeszültség-levezetőkkel párhuzamosan használt szabályozható rések, amelyek növelik a védelem megbízhatóságát és pontosságát.
• Digitális védelmi technológiaMikrokomputer alapú védelem fejlett algoritmusokkal (pl. hullámforma-azonosítás, harmonikus elemzés) a földzárlatvédelem érzékenységének és megbízhatóságának javítása érdekében.
• Szabványosítás és modularizációSzabványosított és moduláris nullapont-védelmi berendezések fejlesztése a tervezés és a karbantartás egyszerűsítése érdekében.

Összefoglalva, a 110 kV-os transzformátor nullapontjának földelési módszerének és védelmi konfigurációjának optimalizálása kulcsfontosságú az energiarendszer biztonságának, megbízhatóságának és gazdaságos működésének javítása érdekében. A technológiai fejlődéssel várhatóan intelligensebb és hatékonyabb megoldások jelennek meg és széles körben kerülnek alkalmazásra.