Избор и оптимизација на конфигурацијата на заштита на методите за заземјување на неутрална точка на трансформаторот од 110kV

Вовед

Во високонапонските енергетски системи, методот на заземјување на неутралната точка на трансформаторот е клучен фактор што влијае на безбедноста, сигурноста и стабилноста на системот. За енергетски системи од 110 kV, изборот на метод на заземјување на неутралната точка директно влијае на нивоата на изолација на опремата, заштитата од пренапон, конфигурацијата на релејната заштита и сигурноста на напојувањето. Во Кина, системите од 110 kV обично прифаќаат делумно ефикасен метод на заземјување, каде што некои неутрални точки на трансформаторот се директно заземјени, додека други остануваат незаземјени, со цел да се ограничат еднофазните струи на краток спој, а воедно да се спречат закани од пренапон.

Оваа статија ги анализира карактеристиките, предностите и ограничувањата на различните методи за заземјување на неутрална точка на трансформаторот од 110 kV, ги истражува оптималните стратегии за конфигурација на заштитата и ги претставува идните трендови во развојот.

1 Клучни методи за заземјување на неутрална точка за трансформатори од 110kV

1.1 Директно заземјување

Директно заземјувањесе однесува на директно поврзување на неутралната точка на трансформаторот со земјата. Овој метод ефикасно го фиксира потенцијалот на неутралната точка, осигурувајќи дека за време на еднофазен заземјувачки дефект, зголемувањето на фазниот напон без дефект не надминува 1,4 пати од фазниот напон. Ова помага да се намалат барањата за изолација на опремата и да се намалат трошоците.

Сепак, значаен недостаток е многу висока еднофазна струја на заземјување(до неколку илјади ампери), што може да влијае на капацитетот на прекинување на прекинувачот и стабилноста на системот. Затоа, директното заземјување генерално се користи во системи од 110 kV и повисок напон каде што е потребно брзо отстранување на дефектот.

1.2 Незаземјена неутрална

Во незаземјен систем, неутралната точка на трансформаторот е изолирана од земјата. Кога ќе се појави еднофазен заземјувачки дефект, струјата на дефектот е многу мала (главно капацитивната струја на системот), што му овозможува на системот да продолжи да работи краток период (обично до 2 часа). Ова значително го подобрува сигурност на напојувањето.

Сепак, во незаземјени системи, еднофазните заземјувачки грешки можат да предизвикаат фазниот напон без грешка да се зголеми до нивото на напонот на линијата. Ако изолацијата е слаба, ова може да доведе до дефект, што ескалира во фазен дефект. Дополнително, повременото лачно заземјување може да генерира лачни пренапони, достигнувајќи 3–3,5 пати поголем фазен напон, што претставува закана за изолацијата на трансформаторот.

1.3 Заземјување преку мала импеданса

За да се избалансираат предностите и недостатоците на директното заземјување и незаземјените системи, метод на заземјување со импедансачесто се користи. Ова вклучува заземјување преку мал отпор или мала реактанса.

• Заземјување со мал отпорЈа ограничува струјата на дефект на неколку стотици ампери, намалувајќи го влијанието врз системот, а сепак овозможува брзо работење на заштитата. Овој метод ефикасно ги потиснува пренапоните и е погоден за дистрибутивни мрежи со интензивни кабли и големи капацитивни струи.
• Заземјување со мала реактансаМоже да ја компензира капацитивната струја на системот преку индуктивна струја, намалувајќи ја веројатноста за повторно палење на лакот. Овој метод често се смета за компензиран метод на заземјување.

Заземјувањето преку мала импеданса ги комбинира предностите и на директните и на незаземјените системи, нудејќи супресија на пренапонот и релативно висока сигурност во напојувањето. Широко се користи во системи од 110 kV, особено оние со значителни капацитивни струи или кои бараат висок квалитет на напојување.

2 Конфигурација на заштита за неутрални точки на трансформатор од 110kV

2.1 Закани од пренапон

Нивото на изолација на неутралната точка на трансформатор од 110kV е обично полуизолиран, со номинален напон на издржување само една третина од крајот на линијата. Ова ја прави неутралната точка ранлива на оштетување од пренапон. Примарните типови на пренапон вклучуваат:

• Пренапон на фреквенцијата на напојување: Произлегува од префрлување на линија, асиметрични кратки споеви или ненадејно губење на оптоварувањето.
• Резонантен пренапон: Предизвикано од осцилации поради интеракции помеѓу индуктивните и капацитивните елементи за време на работата на системот или грешки.
• Пренапон на префрлување: Произлезено од конверзијата на магнетна и електростатска енергија за време на отворањето или затворањето на прекинувачите.
• Пренапон на молња: Предизвикано од удари од гром, се карактеризира со голема амплитуда и кратко траење.

2.2 Вообичаени заштитни уреди

За заштита на неутралната точка на трансформаторот, најчесто се користат следниве заштитни уреди:

• Одводници на пренапонОвие го ограничуваат пренапонот од гром и одредени пренапони од прекинување. Сепак, стандардните одводници на пренапони често се несоодветни за ниското ниво на изолација на неутралните точки на трансформаторот од 110 kV, што го прави изборот предизвикувачки.
• Изолациски празниниОвие штитат од пренапони на фреквенцијата на напојување и резонантните пренапони. Кога ќе се појави пренапон, јазот се распаѓа, заземјувајќи ја неутралната точка за да се ограничи зголемувањето на напонот. Недостаток е тешкотијата во прецизното прилагодување на растојанието на јазот, што може да доведе до некоординација на заштитата.
• Паралелно поврзување на одводник на пренапон и јазОва е широко користен метод на заштита. Одводникот на пренапони се справува со пренапон од гром, додека јазот се справува со пренапони на напонска фреквенција и резонантни пренапони. Јазот, исто така, го штити одводникот на пренапони од прекумерни пренапони на напонска фреквенција што би можеле да предизвикаат негов дефект. Овој пристап нуди дополнителни предности.

2.3 Конфигурација на релејна заштита

Релејната заштита за неутрална точка на трансформатор од 110kV главно ги вклучува следниве аспекти:

• Заштита од струја со нулта секвенцаЗа директно заземјени трансформатори, заштитата од струја со нулта секвенца е конфигурирана за брзо отстранување на заземјувачките грешки. Заштитата обично е поделена на делови, со кратки временски доцнења за локализација на дефектот и подолги временски доцнења за исклучување на сите страни на трансформаторот.
• Заштита од напон со нулта секвенца и заштита од струја на јазотЗа незаземјени трансформатори, се поставуваат заштита од напон со нулта секвенца и заштита од струја на јазот. Кога заземјувањето ќе предизвика системот да ја изгуби својата точка на заземјување, што доведува до зголемување на напонот на неутралната точка, јазот се распаѓа. Заштитата од струја на јазот или заштитата од напон со нулта секвенца дејствува со временско задоцнување (0,3–0,5 секунди) за да го исклучи трансформаторот од сите страни.
• Координација за заштита од резервни копииЗа да се обезбеди селективност, временските одложувања на заштитата со нулта секвенца мора да бидат координирани. На пример, временското одложување за резервна заштита на трансформатор треба да биде подолго од временското одложување на линиската заштита што ја резервира.

3 Препораки за оптимизација и анализа на случаи

3.1 Ограничувања на традиционалните методи

Додека употребата на одводници на пренапон паралелни со празниниИако е чест, овој пристап има неколку недостатоци:

• Тешкотија при избор на одводник на пренапонТешко е да се пронајдат стандардни одводници на пренапони кои ги исполнуваат барањата и за висок континуиран работен напон и за низок преостанат напон на импулси на молња за неутрални точки на трансформатор од 110 kV.
• Предизвици во поставувањето празниниНапонот на дефект на воздушниот јаз е предмет на дисперзија, што го отежнува прецизното координирање на работата на јазот за услови на дефект „губење на заземјување“ и „со заземјување“.
• Сложеност на релејната заштитаЗаштитата од „губење на заземјување“ (како што се заштита од пренапон со нулта секвенца и пренапонска заштита од јаз) може да не функционира правилно, што ќе бара дополнителни критериуми за блокирање, што ја зголемува сложеноста и ја намалува сигурноста.

3.2 Предности на заземјување преку мала реактанса

Истражувањата и практиката покажуваат дека заземјување на неутралната точка преку мала реактансануди значајни предности во однос на традиционалните методи на делумно заземјување:

• Намалени барања за ниво на изолацијаПо усвојувањето на заземјување со мала реактанса, нивото на изолација на неутралната точка на трансформаторот може да се намали од 35kV на 20kV, со што се елиминира потребата од одводници на пренапон и празнини и се поедноставува конфигурацијата на заштитата.
• Унифициран режим на заземјувањеОвој метод ја елиминира појавата на изолиран незаземјен систем, овозможувајќи поедноставување или изоставување на поврзаната заштита, со што се зголемува сигурноста.
• Задржување на предноститеГи одржува придобивките од делумно заземјување, како што е едноставната и сигурна заштита од нулта секвенца, додека ги ограничува еднофазните струи на краток спој.

3.3 Анализа на студија на случај

Пример е трансформација на терминална трафостаница од 110kV. Оригиналниот дизајн користел пренапонски одводник паралелен со празниназа заштита на неутрална точка. Сепак, по усвојувањето на заземјување со мала реактанса, потребното ниво на изолација на неутралната точка на трансформаторот беше намалено, уредите за заштита беа поедноставени и оперативната сигурност беше подобрена. Пресметките покажаа дека отпорот на заземјувањето може да ја ограничи струјата на дефект на неколку стотици ампери, а заштитата од нулта секвенца може лесно да се координира.

Друг случај се однесуваше на дефект во трафостаница од 110 kV каде што преоден еднофазен заземјувачки дефект на влезната линија доведе до дефект на неутралната точка и исклучување на трансформаторот. Анализата покажа дека иако дефектот на линијата бил преоден, повратни информации од голем број асинхрони моторина страната на оптоварувањето се обезбедуваше енергија за лакот, одржувајќи го дефектот. Ова истакнува дека за трансформатори со значителни оптоварувања на моторот (еквивалентни извори), целосната заштита на неутралната точка, вклучувајќи заштита од прекумерна струја со нулта секвенца, струја на јазот и заштита од напон со нулта секвенца, е од суштинско значење за време на фазата на проектирање.

4 Заклучок и перспектива

Изборот на метод на заземјување на неутрална точка на трансформатор од 110 kV и неговата конфигурација на заштита е повеќеслојна задача што бара разгледување на структурата на системот, карактеристиките на оптоварувањето и барањата за сигурност. Иако традиционалниот метод на делумно заземјување во комбинација со одводници на пренапон и празнини е чест, тој се соочува со предизвици при изборот на уред и координацијата на поставките. метод на заземјување со мала реактансануди ветувачка алтернатива, потенцијално намалувајќи ги барањата за изолација, поедноставувајќи ја заштитата и подобрувајќи ја сигурноста.

Идните развојни трендови ќе се фокусираат на следниве области:

• Примена на нови уредиКако што се композитни празнини или контролирани празнини што се користат паралелно со одводници на пренапон, со што се подобрува сигурноста и точноста на заштитата.
• Технологија за дигитална заштитаКористење на микрокомпјутерска заштита со напредни алгоритми (на пр., идентификација на бранови форми, анализа на хармоници) за подобрување на чувствителноста и сигурноста на заштитата од заземјување.
• Стандардизација и модуларизацијаРазвивање на стандардизирана и модуларна опрема за заштита на неутрални точки за поедноставување на дизајнот и одржувањето.

Накратко, оптимизирањето на методот за заземјување на неутралната точка на трансформаторот од 110 kV и конфигурацијата на заштита е клучно за подобрување на безбедноста, сигурноста и економичното работење на електроенергетскиот систем. Со технолошкиот напредок, се очекува да се појават поинтелигентни и поефикасни решенија кои ќе добијат широка примена.