Aardingstransformatorbeskerming Misbedryfveroorssake en Maatreëls in 110kV-onderstasies

In China se kragstelsel word die 6 kV, 10 kV en 35 kV-nette in die algemeen in 'n neutrale-punt ongegronde bedryfsmodus aangewend. Die verspreidingspanningskant van die hooftransformator in die net is gewoonlik in 'n delta-konfigurasie verbonden, wat geen neutrale punt bied vir die aanbring van 'n grondweerstand nie.

Wanneer 'n enkele-fase grondfout in 'n ongegronde neutrale-puntsistem voorkom, bly die lyn-tot-lyn spanning driehoek simmetries, wat 'n minimale impak op gebruikersbedryf het. Bovendien, wanneer die kapasitiewe stroom relatief klein is (minder as 10 A), kan sommige tussentydse grondfoute self uitdooi, wat baie effektief is om die betroubaarheid van kragvoorsiening te verhoog en kragonderbrekingvoorvalle te verminder.

Met die voortdurende uitbreiding en ontwikkeling van die kragindustrie, voldoen hierdie eenvoudige metode egter nie meer aan huidige behoeftes nie. In moderne stedelike kragnette, lei die toenemende gebruik van kabelroetes tot aansienlik groter kapasitiewe strome (meer as 10 A). Onder sulke omstandighede kan die grondboog nie betroubaar uitgedooi word nie, wat die volgende gevolge veroorsaak:

• Intermitterende uitsluiting en heraanblasing van die enkele-fase grondboog genereer boog-grond overvoltage met amplitudes wat op tot 4U (waar U die piek fase-spanning is) of selfs hoër kan reik, wat vir lang periodes voortduur. Dit stel ernstige bedreigings in vir die isolasie van elektriese toerusting, wat potensieel inslag kan veroorsaak by swak isolasieplekke en groot verliese kan veroorsaak.

• Gestrekke boog veroorsaak lugionisering, wat die isolasie van die omliggende lug degradeer en fasetot-fase kortsluitings meer waarskynlik maak.

• Ferroresonansovervoltage kan voorkom, wat maklik potensiële transformateurs (PT's) en overslaanverdedigers kan beskadig, en in ernstige gevalle, selfs tot ontploffings van arresterers kan lei. Hierdie gevolge bedreig die isolasie van roostertoerusting ernstig en bedreig die veilige bedryf van die kragstelsel.

Om die bogenoemde ongelukke te verhoed en voldoende nul-sekwensstroom en -spanning vir betroubare bedryf van grondfoutbeskerming te verskaf, moet 'n kunsmatige neutrale punt geskep word sodat 'n grondweerstand aangebring kan word. Om hierdie behoefte aan te spreek, is grondtransformators (gewoonlik "grond-eenhede" genoem) ontwikkel. 'n Grondtransformator skep 'n kunsmatige neutrale punt met 'n grondweerstand, tipies met 'n baie lae weerstandswaarde (gewoonlik minder as 5 ohms).

Verder, as gevolg van sy elektromagnetiese eienskappe, bied die grondtransformator hoë impedansie aan positiewe- en negatiewe-sekwensstrome, wat slegs 'n klein opwekkingsstroom laat deur sy windings vloei. Op elke kernlimb is twee windingseksies in teenoorgestelde rigting gewond. Wanneer gelyke nul-sekwensstrome deur hierdie windings op dieselfde kernlimb vloei, bied hulle lae impedansie, wat min spanningsdaling oor die windings onder nul-sekwensstoestande veroorsaak.

Tydens 'n grondfout, vloei positiewe-, negatiewe- en nul-sekwensstrome deur die windings. Die winding bied hoë impedansie aan positiewe- en negatiewe-sekwensstrome, maar vir nul-sekwensstroom, is die twee windings op dieselfde fase in reeks met teenoorgestelde polariteit verbonden. Hul geïnduseerde elektromotoriske kragte is gelyk in grootte, maar teenoorgesteld in rigting, wat effektief mekaar kanselleer, en dus lae impedansie bied.

In baie toepassings word grondtransformators slegs gebruik om 'n neutrale punt met 'n klein grondweerstand te verskaf en lewer geen belasting nie; daarom word baie grondtransformators sonder 'n sekondêre winding ontwerp. Tydens normale roosterbedryf werk die grondtransformator feitlik onder 'n nieladingstoestand. Tog dra dit slegs vir 'n kort tydperk foutstroom tydens 'n fout.

In 'n lae-weerstand grondneutrale-puntsisteem, wanneer 'n enkele-fase grondfout voorkom, identifiseer hoog sensitiewe nul-sekwensbeskerming vinnig en isoleer die foutige voeder tydelik. Die grondtransformator is aktief slegs gedurende die kort interval tussen die voorkoms van die grondfout en die werking van die nul-sekwensbeskerming om die fout te verwyder. Gedurende hierdie tyd vloei nul-sekwensstroom deur die neutrale grondweerstand en die grondtransformator, gegee deur

waar U die stelsel fase-spanning is, R1 die neutrale grondweerstand is, en R2 die addisionele weerstand in die grondfoutlus is.

Op grond van die bogenoemde analise, is die bedryfskenmerke van grondtransformators: langtermyn nieladingbedryf met korttermyn oorbelastingvermoë.

Ten opsomming, skep 'n grondtransformator 'n kunsmatige neutrale punt om 'n grondweerstand aan te bring. Tydens 'n grondfout bied dit hoë impedansie aan positiewe- en negatiewe-sekwensstrome, maar lae impedansie aan nul-sekwensstroom, wat betroubare bedryf van grondfoutbeskerming moontlik maak.

Tans dien grondtransformators wat in transformatorhokke geïnstalleer is, twee doeleindes:

• Verskaf lae-spannings AC-krag vir transformatorhok-hulpbronne;

• Skep 'n kunsmatige neutrale punt aan die 10 kV-kant, wat, wanneer gekombineer met 'n boogverdwynspoel, die kapasitiewe grondfoutstroom tydens 10 kV enkele-fase grondfoute kompenseer, en dus die boog by die foutplek uitdooi. Die beginsel is as volg:

Langs die hele lengte van oordraadroetes in 'n driefase kragnet, bestaan kapasiteite tussen fases en tussen elke fase en grond. Wanneer die roosterneutrale punt nie stevig gegrond is nie, word die fase-tot-grondkapasiteit van die foutieve fase na nul gereduseer tydens 'n enkele-fase grondfout, terwyl die fase-tot-grondspannings van die ander twee fases op √3 keer die normale fase-spanning styg. Alhoewel hierdie verhoogde spanning nie die isolasiekracht wat vir veiligheid ontwerp is, oorskry nie, verhoog dit hul fase-tot-grondkapasiteit.

Die kapasitiewe grondfoutstroom tydens 'n enkele-fase fout is ongeveer drie keer die normale per-fase kapasitiewe stroom. Wanneer hierdie stroom groot is, veroorsaak dit maklik intermitterende booging, wat lei tot oorvoltage in die LC-resonansiekring gevorm deur net-induktansie en -kapasiteit, met groottes wat 2,5 tot 3 keer die fase-spanning bereik. Hoe hoër die net-spanning, hoe groter die risiko van so 'n oorvoltage. Daarom mag slegs stelsels onder 60 kV sonder 'n aangeslote neutrale punt bedryf word, omdat hul enkele-fase kapasitiewe grondfoutstromme relatief klein is. Vir hoër spanningsvlakke moet 'n grondtransformator gebruik word om die neutrale punt deur impedansie aan die grond te verbind.

Wanneer die 10 kV-kant van 'n hooftransformator by 'n transformatorium in delta of wye verbonden is sonder 'n neutrale punt, en die enkele-fase kapasitiewe grondfoutstroom groot is, word 'n grondtransformator benodig om 'n kunsmatige neutrale punt te skep, wat 'n verbinding tot 'n boogdempingskoring moontlik maak. Dit vorm 'n kunsmatige neutrale grondstelsel—die primêre funksie van die grondtransformator. Tydens normale operasie dra die grondtransformator 'n gebalanseerde net-spanning en dra slegs 'n klein opwekkingsstroom (sonder belasting).

Die neutraal-na-grond potensiaalverskil is nul (verwaarloos klein neutrale verskuifspanning van die boogdempingskoring), en daar vloei geen stroom deur die boogdempingskoring nie. Indien 'n fase-C-na-grond kortsluiting plaasvind, vloei die nulvolgorde-spanning as gevolg van driefase-onbalans deur die boogdempingskoring na die grond. Soos die boogdempingskoring self, kompenseer die geïnduseerde induktiewe stroom die kapasitiewe grondfoutstroom, wat die boog by die foutplek elimineer.

In die afgelope jare het meervoudige foute in die beskerming van grondtransformatore in 110 kV-transformatoria in 'n sekere area plaasgevind, wat die netstabiliteit ernstig beïnvloed het. Om die worteloorsoake te identifiseer, is analises van die redes vir hierdie foute uitgevoer, en gepaste maatreëls is toegepas om herhaling te voorkom en as verwysing vir ander areas te dien.

Tans gebruik 10 kV-voerlyne in 110 kV-transformatoria steeds meer kabeluitgangs, wat die enkele-fase kapasitiewe grondfoutstroom in die 10 kV-stelsel aansienlik verhoog. Om oorvoltagegroottes tydens enkele-fase grondfoute te onderdruk, het 110 kV-transformatoria begin om grondtransformatore te installeer om 'n laagweerstand grondskema te implementeer, wat 'n nulvolgordestroompad skep. Dit stel selektiewe nulvolgordebeskerming in staat om grondfoute op grond van foutplek te isoleer, wat boogherwinning en oorvoltage voorkom, en dus veilige elektrisiteitsvoorsiening aan nettoerusting verseker.

Vanaf 2008 het 'n sekere regionale net sy 110 kV-transformatorium 10 kV-stelsels na laagweerstand gronding geretrofit deur grondtransformatore en geassosieerde beskermtoestelle te installeer. Dit het snelle isolering van enige 10 kV-voerlyn grondfout moontlik gemaak, met minimale impak op die net. Onlangs egter het vyf 110 kV-transformatoria in die area gereeld foute in die beskerming van grondtransformatore ondervind, wat transformatorium-uitval veroorsaak het en die netstabiliteit ernstig verstoord het. Dus is dit noodsaaklik om oorsake te identifiseer en korrektiewe maatreëls te implementeer om die veiligheid van die regionale net te handhaaf.

1.Analise van Oorsake vir Foute in Grondtransformatorbeskerming

Wanneer 'n 10 kV-voerlyn 'n grondkortsluitingsfout ervaar, moet die nulvolgordebeskerming op die foutieve voerlyn by die 110 kV-transformatorium eers optree om die fout te isoleer. As dit nie korrek optree nie, sal die grondtransformator se nulvolgordebeskerming as rugsteun optree, die busverbindingsbreker en beide kante van die hooftransformatorium uitslaan om die fout te isoleer. Dus is die korrekte werking van 10 kV-voerlynbeskerming en -brekers krities vir netveiligheid. Statistiese analise van foute in vyf 110 kV-transformatoria wys dat die primêre oorzaak die foute van 10 kV-voerlyne is om grondfoute korrek te skoonmaak.

Prinsipe van 10 kV-voerlyn nulvolgordebeskerming:

Nulvolgorde CT-monstering → Voeerlynbeskerming aktivering → Sirkelbreker uitslaan.
Uit hierdie prinsippe is die nulvolgorde CT, voerlynbeskermrelais en sirkelbreker sleutelkomponente vir korrekte werking. Die volgende analiseer foute oorsake vanuit hierdie aspekte:

1.1 Nulvolgorde CT-fout wat grondtransformatorbeskermingfout veroorsaak.
Tydens 'n 10 kV-voerlyn grondfout, detecteer die foutieve voerlyn se nulvolgorde CT die foutstroom, wat sy beskerming aktiveer om die fout te isoleer. Gelyktydig sens die grondtransformator se nulvolgorde CT ook die foutstroom en aktiveer beskerming. Om selektiwiteit te verseker, is die 10 kV-voerlyn nulvolgordebeskerming ingestel met laer stroom en korter tydinstellings as die grondtransformatorbeskerming. Stroominstellings: grondtransformator—75 A primêr, 1,5 s om 10 kV busverbindingsbreker uit te slaan, 1,8 s om 10 kV outomatiese oorgang te blokkeer, 2,0 s om transformatorium-laagspanningskant uit te slaan, 2,5 s om beide kante uit te slaan; 10 kV-voerlyn—60 A primêr, 1,0 s om breker uit te slaan.

CT-foute is egter onvermydelik. As die grondtransformator CT 'n -10% fout het en die voerlyn CT 'n +10% fout het, word die werklike operasie-strome 67,5 A en 66 A—naby gelyk. Met slegs tydgradering kan 'n 10 kV-voerlyn grondfout maklik lei tot die grondtransformator se nulvolgorde oorstroombeskerming wat voorheen optree.

1.2 Verkeerde kabelschild gronding wat fout veroorsaak.
110 kV-transformatorium 10 kV-voerlyne gebruik gesilde kabels met silds by beide ende geaard—'n algemene EMI-verminderingspraktyk. Nulvolgorde CT's is toroidaal tipes wat rondom kabels by skakelbord-uitgangsende geïnstalleer is. Tydens grondfoute, ongebalanseerde strome induktiereer signal in die CT om beskerming te aktiveer. Met beide-einde sild gronding, passeer geïnduseerde strome in die sild ook deur die nulvolgorde CT, wat vals signal skep. Sonder gepaste verminderingsmaatreëls, vermindering dit die akkuraatheid van voerlyn nulvolgordebeskerming, wat lei tot grondtransformator rugsteun uitslaan.

1.3 10 kV-voerlynbeskerming foute wat fout veroorsaak.

Moderne mikroprosessor-gedrewe relais bied verbeterde prestasie, maar verskillende vervaardigerkwaliteit en swak hitte-afvoer bly probleme. Foutstatistiek wys dat voorsieningsmodule, monsterplank, CPU-plank, en uitslaan-uitvoer module in 10 kV-voerlynbeskerming die mees geneig is tot foute. Onopgemerkte foute kan beskerming weiering veroorsaak, wat grondtransformator fout aktiveer.

1.4 Mislukking van 10 kV voederskrake wat foute bewyking veroorsaak.
Met veroudering, frekwente operasies, of inherent kwaliteitsprobleme, neem 10 kV skakelbordfoute - veral in beheerkringe - toe. In minder ontwikkelde berggebiede bly ouer GG-1A skakelborde in diens met hoër grondfoutkoerse. Selfs as nulvolgordebeskerming korrek funksioneer, lei skrakemislukking (bv. gebrande trip spoel wat operasie verhoed) tot foutiewe werking van die grondtransformator.

1.5 Hoë impedansie grondfoute op twee 10 kV voeders (of ernstige enkele hoë impedansiefout) wat foute bewyking veroorsaak.
Wanneer twee voeders dieselfde fase hoë impedansie grondfoute ervaar, kan individuele nulvolgordestroom onder die 60 A tripdrempel bly (bv. 40 A en 50 A), so dat voederbeskermings slegs alarmeer. Maar die gesamentlike stroom (90 A) oorskry die grondtransformator se 75 A instelling, wat vroegtijdige tripping veroorsaak. Met alle-kabel 10 kV voeders kan normale kapasitiewe strome 12–15 A bereik. Sogar 'n enkele ernstige hoë impedansiefout (bv. 58 A) plus normale kapasitiewe stroom nader 75 A. Stelseloscillasies kan dan maklik grondtransformator foutbewyking aktiveer.

2.Maatreëls om Grondtransformatorbeskermingsfoutbewyking te Vermy

Gebaseer op die bo-gegee analise, word die volgende maatreëls aanbeveel:

2.1 Om CT-foutinduusde mislukking te vermy
Gebruik hoëkwaliteit nulvolgorde CT's; toets CT-eienskappe streng voor installasie en weier enige met >5% fout; stel beskermingsopwekwaardes op primêre stroom basis; verifieer instellings deur primêre inspuittoetsing.

2.2 Om foute kabelskermgronding te vermy

• Kabelskermgrondinggelei moet na afwaarts deur die nulvolgorde CT gaan en geïsoleer wees van kabeltrays. Geen grondkontak mag plaasvind voordat dit deur die CT gaan nie. Verken metaaluiteinde vir primêre inspuittoetsing; isoleer die res betroubaar.

• As die skermgrondpunt onder die CT is, moet die geleier nie deur die CT gaan nie. Vermoed die roete van die skermgrondgelei deur die middel van die CT.

• Versterk tegniese opleiding sodat relaibeskerming en kabelspanne volledig die CT en skermgrondinginstallasiemetodes begryp.

• Versterk aanvaardingprosedures met gedeelde inspeksies deur relaie, bedryf en kabelspanne.

2.3 Om voederbeskermingsmislukking te vermy
Kies bewysde, betroubare beskermingstoestelle; vervang verouderde of gereeld defekt eenhede; versterk instandhouding; installeer lugversorging en ventilasie om hoogtemperatuur-operasie te verhoed.

2.4 Om voederkrakemislukking te vermy
Gebruik betroubare, volwasse skakelbord; faseer ou GG-1A kastings uit ten gunste van geslote, veer- of motor-gelaai tipes; instandhou beheerkringe; gebruik hoëkwaliteit trip spoels.

2.5 Om hoë impedansiefoutmislukking te vermy
Onmiddellik patrouilleer en herstel voeders by nulvolgordealarm; verminder voederlengtes; balanseer fasebelasting om normale kapasitiewe strate te minimaliseer.

3. Gevolgtrekking

Met meer regionale nette wat grondtransformators en geassosieerde beskerming installeer om struktuur en stabiliteit te verbeter, wys herhaalde mislukkingvoorvalle die noodsaaklikheid om negatiewe effekte aan te spreek. Hierdie dokument ontleed hoofoorzaake van grondtransformatorbeskermingsmislukking en stel teenmaatreëls voor, wat riglyn verskaf vir areas wat reeds geïnstalleer het of plan om sulke stelsels te installeer.