Strāvas aizsardzības pasākumu analīze pārveidojumu transformatoriem

Analīze par vaļrakstaināšanas aizsardzības pasākumiem pārmerētājos

Lai novērstu vaļraksta invāziju un nodrošinātu pārmerētāju drošu darbību, šajā rakstā tiek piedāvāti piemēroti vaļrakstaināšanas aizsardzības pasākumi, kas efektīvi var palielināt to spēju noturēt vaļrakstas.

1. Vaļrakstaināšanas aizsardzības pasākumi pārmerētājiem

1.1 Uz augstsprieguma (AS) puses pārmerētāja iestatīt vaļrakstaināšanas apgabalu.
Saskaņā ar SDJ7–79 Tehniskajiem noteikumiem par elektroenerģijas aprīkojuma pārsproguma aizsardzības projektēšanu: “Parasti AS puses pārmerētājam jāaizsargā ar vaļrakstaināšanas apgabalu. Apgabala masas vadi, zemsprieguma (ZS) virpes neitrālais punkts un pārmerētāja korpusi jāsavieno kopā un jāzemes.” Šāda konfigurācija tiek ieteikta arī DL/T620–1997 Pārsproguma aizsardzība un izolācijas saskaņošana maiņstrāvas elektroinstalācijās, ko publicējusi Ķīnas elektroenerģijas iestāde.

Tomēr plaši veiktie pētījumi un prakses pieredze rāda, ka pat vienīgi ar AS puses apgabaliem, pārmerētāju kavējumi vaļrakstām turpina notikt. Parastajos rajonos gadā gandrīz 1% no pārmerētājiem bojājas; augstvaļrakstu rajonos tas var sasniedzt aptuveni 5%; un ļoti smagās vaļrakstu zonās (piemēram, rajonos, kur ir vairāk nekā 100 vaļrakstu dienas gadā), gada kavējumu līmenis var pieaugt līdz aptuveni 50%. Galvenais iemesls ir priekšējie un aizmugurējie momentānie pārsprogumi, kad vaļraksta invāzija ieplūst AS virpē.

• Aizmugurējais transformācijas pārsprogums:
  Kad vaļraksta impulsus (3–10 kV) ieplūst AS pusē, apgabals izdabuja, izraisot lielu impulsa strāvu caur zemes rezistenci, radot sprieguma pazeminājumu. Šis spriegums paaugstinās ZS neitrālā punkta potenciālu. Ja ZS līnija ir ilga, tā izturas kā viļņa impedancē pret zemi. Tādējādi caur ZS virpi plūst liela impulsa strāva. Jo trīs fāzes ZS strāvas ir vienādas lielumā un virzienā, tās izraisa stipru nulles secības magnetisko plūsmu, kas, caur transformatora virpju attiecībām, izraisa ļoti augstus momentānus spriegumus AS virpē. Tā kā AS virpe ir saistīts ar zvaigznē, bez zemesietas, AS pusē nav cirkulāras impulsa strāvas, lai kompensētu plūsmu. Tādējādi vesela ZS impulsa strāva darbojas kā magnetizācijas strāva, radot augstu izraisīto spriegumu AS neitrālā galā—kur izolācija ir visvairāk ievainojama. Turklāt starpvirpju un starpslāņu sprieguma gradiens būtiski palielinās, riskējot ar citām izolācijas bojājumiem. Šis fenomens, kas sākas ar AS puses impulsu, bet izraisa pārsprogumu caur ZS elektromagnētisko savienojumu, tiek saukts par aizmugurējo transformāciju.
• Priekšējais transformācijas pārsprogums:
  Kad vaļraksta impulsus ieplūst caur ZS līniju, impulsa strāva plūst caur ZS virpi, izraisa augstu spriegumu AS virpē caur virpju attiecībām. Tas būtiski paaugstinās AS neitrālā punkta potenciālu un palielina starpslāņu un starpvirpju sprieguma gradientu. Šis process, kur ZS puses impulsus izraisa pārsprogumu AS pusē, tiek saukts par priekšējo transformāciju. Testi rāda, ka ar 10 kV ZS impulsu un 5 Ω zemes rezistenci, starpslāņu sprieguma gradiens AS virpē var pārsniegt transformatora pilnvilnas impulsa noturību vairāk nekā 100%, neizbēgami izraisot izolācijas bojājumu.

1.2 Uz ZS puses iestatīt standarta ventilu vai metāloksīda vaļrakstaināšanas apgabalu.
Šajā konfigurācijā abu, AS un ZS apgabalu zemes vadītāji, ZS neitrālais punkts un transformatora korpusi tiek savienoti kopā un zemes (bieži saukts par “četri punkti savienoti” vai “trīs vienā zeme”).

Pieredze un eksperimentālie pētījumi apliecina, ka pat labi izolētiem transformatoriem, tikai AS puses apgabali nedrīkst aizsargāt no priekšējiem vai aizmugurējiem transformācijas pārsprogumiem. AS apgabali nevar aizsargāt no šiem iekšēji izraisītajiem momentānajiem spriegumiem. Izveidojoties sprieguma gradientam starpslāņos un starpvirpēs, tas ir proporcionāls virpju skaitam un atkarīgs no virpju ģeometrijas—bojājumi var notikt virpju sākumā, vidū vai beigās, ar terminālo beigu būtiskāko. Pievienojot ZS puses apgabalus, efektīvi ierobežo gan priekšējos, gan aizmugurējos transformācijas pārsprogumus.

1.3 Atsevišķa zeme AS un ZS pusēm.
Šajā pieejā AS apgabals tiek zemes neatkarīgi, savukārt ZS neitrālis punkts un transformatora korpusi tiek savienoti un zemes atsevišķi (bez ZS apgabala).

Pētījumi rāda, ka šis paņēmiens izmanto zemes attēmēšanu, lai būtiski samazinātu aizmugurējo transformācijas pārsprogumu. Priekšējo transformāciju dēļ aprēķini liecina, ka samazinot ZS zemes rezistenci no 10 Ω līdz 2.5 Ω, AS puses pārsprogumu var samazināt aptuveni 40%. Pareizi izstrādājot ZS zemes sistēmu, priekšējo transformācijas pārsprogumu var efektīvi mazināt. Šis risinājums ir vienkāršs un ekonomisks, lai gan prasa zemu ZS zemes rezistenci, dodot tam būtisku praktisko vērtību.

Papildus minētajam, citas pasākumi ietver balansējošo virpu iestatīšanu transformatora magnētā, lai supresētu transformācijas pārsprogumus, vai iegult metāloksīda varistorus (MOVs) transformatorā.

2. Vaļrakstaināšanas aizsardzības pasākumu pielietošana

Minētā analīze rāda, ka katrs aizsardzības paņēmiens ir ar atšķirīgām īpašībām. Rajoniem jāizvēlas atbilstoši stratēģijas, pamatojoties uz vietējo vaļrakstu intensitāti (mērīta kā vaļrakstu dienu skaits gadā):

• Slābās vaivara apgabali (piemēram, plaknes):Augstsprieguma puses absorberis vienīgi ir pietiekams, tāpēc ka gada kritumu rādītājs ir zems.
• Vidējas vaivara apgabali:Instalējiet absorberus gan augstsprieguma, gan zemsprieguma pusei.
• Augstās vaivara apgabali:Vienas mērķtiecības pasākumi bieži ir nepietiekami. Ieteicams pieņemt visaptverošu pieeju: augstsprieguma absorbers ar neatkarīgu zemes saiti, plus savienots zemsprieguma absorbers, zemsprieguma neitrālais vads un rezervuārs savienots ar atsevišķu zemes saiti.
• Smagās vaivara zonas (jo īpaši tās, kur gada kritumu rādītājs paliek augsts, neskatoties uz visaptverošiem pasākumiem):Pēc tehniskas un ekonomiskas novērtēšanas, apsvērt jādod sarežģītākiem risinājumiem, piemēram, transformatoram ar balansējošiem vitiņiem (t.i., jaunā veida vaivara izturīgiem transformatoriem) vai iekšēji instalētiem metāloksīda impulsu absorberiem.

3. Secinājums

Distribūcijas transformatoru vaivara aizsardzības metodes daudzveidīgas, un vietējie apstākļi var būtībā mainīties no viena reģiona uz otru. Izvēloties aizsardzības shēmas atbilstoši vietējiem apstākļiem un stiprinot operatīvo pārvaldību, enerģijas uzņēmumi var būtiski uzlabot distribūcijas transformatoru drošumu pret vaivaru un to uzticamību.