110 kV:n muuntajan nollapisteen maadoitusmenetelmien valinta ja suojauskonfiguraation optimointi

Johdanto

Korkeajännitteisissä sähköjärjestelmissä muuntajan nollapisteen maadoitusmenetelmä on kriittinen tekijä, joka vaikuttaa järjestelmän turvallisuuteen, luotettavuuteen ja vakauteen. 110 kV:n sähköjärjestelmissä nollapisteen maadoitusmenetelmän valinta vaikuttaa suoraan laitteiden eristystasoihin, ylijännitesuojaukseen, relesuojauksen kokoonpanoon ja virransyötön luotettavuuteen. Kiinassa 110 kV:n järjestelmissä käytetään tyypillisesti osittain tehokas maadoitusmenetelmä, jossa jotkut muuntajan nollapisteet on maadoitettu suoraan ja toiset pysyvät maadoittamattomina, tavoitteena rajoittaa yksivaiheisia oikosulkuvirtoja ja estää samalla ylijänniteuhkia.

Tässä artikkelissa analysoidaan erilaisten 110 kV:n muuntajan nollapisteen maadoitusmenetelmien ominaisuuksia, etuja ja rajoituksia, tutkitaan optimaalisia suojauskonfiguraatiostrategioita ja esitetään tulevaisuuden kehitystrendejä.

1 Keskeiset nollapisteen maadoitusmenetelmät 110 kV:n muuntajille

1.1 Suora maadoitus

Suora maadoitusviittaa muuntajan nollapisteen suoraan kytkentään maahan. Tämä menetelmä tehokkaasti kiinnittää nollapisteen potentiaalin varmistaen, että yksivaiheisen maasulun aikana ei-vikavaihejännitteen nousu ylitä 1,4-kertaista vaihejännitettä. Tämä auttaa alentamaan laitteiden eristysvaatimuksia ja vähentämään kustannuksia.

Merkittävänä haittapuolena on kuitenkin se, erittäin korkea yksivaiheinen maasulkuvirta(jopa useita tuhansia ampeereja), mikä voi vaikuttaa katkaisijan katkaisukykyyn ja järjestelmän vakauteen. Siksi suoraa maadoitusta käytetään yleensä 110 kV:n ja sitä korkeammissa jänniteverkoissa, joissa vian nopea poisto on tarpeen.

1.2 Maadoittamaton nollajohdin

Eräässä maadoittamaton järjestelmä, muuntajan nollapiste on eristetty maasta. Kun yksivaiheinen maasulku tapahtuu, vikavirta on hyvin pieni (pääasiassa järjestelmän kapasitiivinen virta), minkä ansiosta järjestelmä voi jatkaa toimintaansa lyhyen aikaa (yleensä jopa 2 tuntia). Tämä parantaa merkittävästi virtalähteen luotettavuus.

Maadoittamattomissa järjestelmissä yksivaiheiset maasulut voivat kuitenkin aiheuttaa virheettömän vaihejännitteen nousun verkkojännitteen tasolle. Jos eristys on heikko, tämä voi johtaa läpilyöntiin, joka pahenee vaiheiden väliseksi viaksi. Lisäksi ajoittainen valokaarimaadoitus voi aiheuttaa valokaaren ylijännitteet, saavuttaen 3–3,5-kertaisen vaihejännitteen, mikä uhkaa muuntajan eristystä.

1.3 Maadoitus pienen impedanssin kautta

Suoran maadoituksen ja maadoittamattomien järjestelmien etujen ja haittojen tasapainottamiseksi impedanssin maadoitusmenetelmäkäytetään usein. Tähän sisältyy maadoitus pienen resistanssin tai pienen reaktanssin kautta.

• Pieni vastusmaadoituksessaRajoittaa vikavirran useisiin satoihin ampeereihin, mikä vähentää järjestelmään kohdistuvaa vaikutusta ja mahdollistaa silti nopean suojaustoiminnan. Tämä menetelmä vaimentaa ylijännitteitä tehokkaasti ja sopii kaapeliintensiivisille jakeluverkoille, joissa on suuret kapasitiiviset virrat.
• Pienen reaktanssin maadoitusVoi kompensoida järjestelmän kapasitiivista virtaa induktiivisen virran avulla, mikä vähentää valokaaren uudelleensyttymisen todennäköisyyttä. Tätä menetelmää pidetään usein kompensoituna maadoitusmenetelmänä.

Pienen impedanssin kautta tapahtuva maadoitus yhdistää sekä suorien että maadoittamattomien järjestelmien edut, tarjoten ylijännitteen vaimennuksen ja suhteellisen korkean virransyötön luotettavuuden. Sitä käytetään laajalti 110 kV:n järjestelmissä, erityisesti sellaisissa, joissa on merkittäviä kapasitiivisia virtoja tai jotka vaativat korkeaa virranlaatua.

2 Suojauskonfiguraatio 110 kV muuntajan nollapisteille

2.1 Ylijänniteuhat

110 kV muuntajan nollapisteen eristystaso on tyypillisesti puolieristetty, jonka jännitekesto on vain yksi kolmasosa linjan päästä. Tämä tekee nollapisteestä alttiin ylijännitevaurioille. Ensisijaisia ​​ylijännitetyyppejä ovat:

• Tehotaajuusylijännite: Johtuu linjakytkennästä, epäsymmetrisistä oikosuluista tai äkillisestä kuormitushäviöstä.
• Resonanssin ylijännite: Induktiivisten ja kapasitiivisten elementtien välisten vuorovaikutusten aiheuttamien värähtelyjen aiheuttama järjestelmän toiminnan tai vikojen aikana.
• Ylijännitteen kytkentä: Johdonsuojakatkaisijoiden avautumisen tai sulkemisen aikana magneettisen ja sähköstaattisen energian muuntumisesta johtuva.
• Salaman ylijänniteSalamaniskun aiheuttama, jolle on ominaista suuri amplitudi ja lyhyt kesto.

2.2 Yleiset suojalaitteet

Muuntajan nollapisteen suojaamiseksi käytetään yleisesti seuraavia suojalaitteita:

• YlijännitesuojatNämä rajoittavat salaman aiheuttamaa ylijännitettä ja tiettyjä kytkentäylijännitteitä. Tavalliset ylijännitesuojat ovat kuitenkin usein riittämättömiä 110 kV:n muuntajan nollapisteiden alhaiselle eristystasolle, mikä tekee valinnasta haastavaa.
• EristysraotNämä suojaavat verkkotaajuus- ja resonanssiylijännitteiltä. Ylijännitteen ilmetessä välijännite katkaistaan ​​ja nollapiste maadoitetaan, mikä rajoittaa jännitteen nousua. Haittapuolena on välin etäisyyden tarkan säätämisen vaikeus, mikä voi johtaa suojauksen virhekoordinointiin.
• Ylijännitesuojan ja virrankatkon rinnakkaisliitäntä: Tämä on laajalti käytetty suojausmenetelmä. Ylijännitesuoja käsittelee salaman aiheuttamaa ylijännitettä, kun taas välijännite puuttuu verkkotaajuisiin ja resonanssiylijännitteisiin. Välijännite suojaa myös ylijännitesuojaa liialliselta verkkotaajuudelta, joka voi aiheuttaa sen vikaantumisen. Tällä lähestymistavalla on täydentäviä etuja.

2.3 Releen suojauksen konfigurointi

110 kV:n muuntajan nollapisteen relesuojaus sisältää pääasiassa seuraavat näkökohdat:

• Nollasekvenssivirran suojausSuoraan maadoitetuissa muuntajissa nollavirtasuojaus on konfiguroitu poistamaan maasulkuvia nopeasti. Suojaus on yleensä jaettu osiin, joissa on lyhyet viiveet vian paikantamiseksi ja pidemmät viiveet muuntajan kaikkien puolien laukaisun suorittamiseksi.
• Nollajännitesuojaus ja aukkovirtasuojausMaadoittamattomille muuntajille käytetään nollajännitesuojaa ja nollajännitesuojaa. Kun maasulku aiheuttaa järjestelmän maadoituspisteen menettämisen, mikä johtaa nollapisteen jännitteen nousuun, maadoituspisteen jännite katkeaa. Maadoitusvirtasuoja tai nollajännitesuoja toimii aikaviiveellä (0,3–0,5 s) laukaisten muuntajan kaikilta puolilta.
• Varmuuskopiosuojauksen koordinointiSelektiivisyyden varmistamiseksi nollakomponenttisuojauksen aikaviiveet on koordinoitava. Esimerkiksi muuntajan varasuojauksen aikaviiveen tulisi olla pidempi kuin sen varavirtasuojauksen viiveen.

3 Optimointisuositukset ja tapausanalyysi

3.1 Perinteisten menetelmien rajoitukset

Vaikka käyttö ylijännitesuojat rinnakkain rakojen kanssaon yleinen, tällä lähestymistavalla on useita haittoja:

• Ylijännitesuojan valinnan vaikeusOn haastavaa löytää standardoituja ylijännitesuojia, jotka täyttävät sekä korkean jatkuvan käyttöjännitteen että matalan salamaniskujännitteen vaatimukset 110 kV muuntajan nollapisteille.
• Haasteita kuilujen asettamisessaIlmavälin läpilyöntijännite on altis hajaantumiselle, mikä vaikeuttaa ilmavälin toiminnan tarkkaa koordinointia "maadoituksen menetys"- ja "maadoituksen kanssa" -vikatilanteissa.
• Releen suojauksen monimutkaisuusMaadoituksen menetystä vastaan ​​suojautuminen (kuten nolla-sekvenssiylijännite- ja rakoylivirtasuojaus) voi toimia virheellisesti, mikä edellyttää lisäestokriteerejä, mikä lisää monimutkaisuutta ja vähentää luotettavuutta.

3.2 Pienen reaktanssin kautta tapahtuvan maadoituksen edut

Tutkimukset ja käytäntö osoittavat, että maadoitus nollapisteen kautta pienen reaktanssin kauttatarjoaa merkittäviä etuja perinteisiin osittaisiin maadoitusmenetelmiin verrattuna:

• Alennetut eristystasovaatimuksetPienen reaktanssimaadoituksen käyttöönoton jälkeen muuntajan nollapisteen eristystasoa voidaan laskea 35 kV:sta 20 kV:iin, mikä poistaa ylijännitesuojainten ja rakojen tarpeen ja yksinkertaistaa suojauskonfiguraatiota.
• Yhtenäinen maadoitustilaTämä menetelmä poistaa eristetyn maadoittamattoman järjestelmän esiintymisen, mikä mahdollistaa siihen liittyvän suojauksen yksinkertaistamisen tai poisjättämisen ja siten luotettavuuden parantamisen.
• Etujen säilyttäminenSe säilyttää osittaisen maadoituksen edut, kuten yksinkertaisen ja luotettavan nollakomponenttisuojauksen, samalla rajoittaen yksivaiheisia oikosulkuvirtoja.

3.3 Tapaustutkimuksen analyysi

Esimerkkinä tästä on 110 kV:n päätelaitteen muunnos. Alkuperäisessä suunnitelmassa käytettiin ylijännitesuoja rinnakkain raon kanssanollapisteen suojausta varten. Pienen reaktanssimaadoituksen käyttöönoton jälkeen muuntajan nollapisteen eristystasovaatimusta kuitenkin vähennettiin, suojauslaitteita yksinkertaistettiin ja käyttövarmuutta parannettiin. Laskelmat osoittivat, että maadoitusresistanssi kykeni rajoittamaan vikavirran muutamaan sataan ampeeriin ja nollakomponenttisuojausta voitiin helposti koordinoida.

Toinen tapaus koski vikaa 110 kV:n sähköasemalla, jossa tulojohdon ohimenevä yksivaiheinen maasulku johti nollapisteen aukon läpilyöntiin ja muuntajan laukaisun. Analyysi paljasti, että vaikka linjavika oli ohimenevä, palautetta suuresta määrästä asynkronimoottoreitakuormapuolella tuotti energiaa valokaarelle, mikä ylläpiti vian. Tämä korostaa, että muuntajille, joilla on merkittävä moottorikuormitus (vastaavat lähteet), täydellinen nollapisteen suojaus, mukaan lukien nollakomponenttiylivirta-, rakovirta- ja nollakomponenttijännitesuojaus, on olennaista suunnitteluvaiheessa.

4 Johtopäätös ja tulevaisuudennäkymät

110 kV:n muuntajan nollapisteen maadoitusmenetelmän ja sen suojauskonfiguraation valinta on monitahoinen tehtävä, joka vaatii järjestelmän rakenteen, kuormitusominaisuuksien ja luotettavuusvaatimusten huomioon ottamista. Vaikka perinteinen osittainen maadoitusmenetelmä yhdistettynä ylijännitesuojaimiin ja rakoihin on yleinen, se kohtaa haasteita laitteiden valinnassa ja asetusten koordinoinnissa. pienen reaktanssin maadoitusmenetelmätarjoaa lupaavan vaihtoehdon, joka voi alentaa eristysvaatimuksia, yksinkertaistaa suojausta ja parantaa luotettavuutta.

Tulevaisuuden kehitystrendit keskittyvät seuraaviin alueisiin:

• Uusien laitteiden käyttöKuten komposiittivälit tai ohjattavat välit, joita käytetään rinnakkain ylijännitesuojainten kanssa, mikä parantaa suojauksen luotettavuutta ja tarkkuutta.
• Digitaalinen suojaustekniikkaMikrotietokonepohjaisen suojauksen hyödyntäminen edistyneillä algoritmeilla (esim. aaltomuodon tunnistus, harmonisten yliaaltojen analyysi) maasulkusuojauksen herkkyyden ja luotettavuuden parantamiseksi.
• Standardointi ja modularisointiStandardoitujen ja modulaaristen nollapisteen suojauslaitteiden kehittäminen suunnittelun ja huollon yksinkertaistamiseksi.

Yhteenvetona voidaan todeta, että 110 kV:n muuntajan nollapisteen maadoitusmenetelmän ja suojauskonfiguraation optimointi on ratkaisevan tärkeää sähköjärjestelmän turvallisuuden, luotettavuuden ja taloudellisen toiminnan parantamiseksi. Teknologian kehityksen myötä odotetaan syntyvän älykkäämpiä ja tehokkaampia ratkaisuja, joita sovelletaan laajalti.