Yerləşdirici Transformer Mühafizəsi: 110kV Poddırıqlarında Yanlış İşləmə Səbəbləri və Mübarizə Törləri

Çin elektrik sistemində, 6 kV, 10 kV və 35 kV şəbəkələri adətən nöqtəsiz quraşdırılma rejimi ilə işləyirlər. Şəbəkdəki asılıq tranzformatorunun paylaşıldığı tərəf adətən delta konfiqurasiyasına bağlanır, bu da zəmnəzərliyin bağlanmasına imkan vermir.

Nöqtəsiz quraşdırılmış sistemdə birfazlı zəmnəzəri arızası baş verdiqda, fazalar arası gərginlik üçbucağı simmetrik qalır və istifadəçilərin işinə minimal təsir edir. Ayrıca, kapasitiv cürənti nisbənən kiçikdirsə (10 A-dan az), bəzi müvəqqəti zəmnəzəri arızalar öz-özünü söndürebilər, bu da elektrik mühazirəsinin dəqiqliyini artırmaq və elektrik çəkmə hadisələrini azaltmaqda çox effektivdir.

Amma, elektrik sənayesinin davamlı genişlənməsi və inkişaf etməsi ilə birgə, bu sadə üsul artıq cari tələbləri ödəmir. Modern şəhər elektrik şəbəkələrində, kabl şəbəkələrinin artan istifadəsi, kapasitiv cürəntlərin (10 A-dan yuxarı) nisbənən böyük olmasına səbəb olur. Bu şəraitdə, zəmnəzəri arkın daima söndürülməsi mümkün deyil, bu da aşağıdakı nəticələrə səbəb olur:

• Birfazlı zəmnəzəri arkın ara-ara söndürülüb yenidən yandığı zaman, ark-zəmnəzəri gərginliklər amplitudunda 4U (burada U maksimum faz gərginliyi) və hətta daha yüksək dəyərlərə çatır və uzun müddət davam edir. Bu, elektrik cihazlarının izolyasyonuna ciddi təhlükə yaradır, zayıf izolyasyon nöqtələrində kövrükə səbəb olur və böyük ziyana səbəb olur.

• Davamlı ark, hava ionlaşmasını təmin edir, ətrafdakı havanın izolyasyonunu azaldır və fazalar arası qısa mərhələlərin meydana gəlməsinə daha çox imkan verir.

• Ferrorəzonans gərginlikləri meydana gələ bilər, potensial tranzformatorları (PT-lər) və fırlanma qarşısını aşkar aparacaq şəkildə zarar verir və ciddi hallarda, hətta fırlanma qarşısının pərəzini səbəb olur. Bu nəticələr, şəbəkə cihazlarının izolyasyonunun ciddi dərəcədə təhlükə altına girməsinə və elektrik şəbəkəsinin təhlükəsiz işləməsinə təhdid olur.

Yuxarıdakı hadisələri önəltmək və zəmnəzəri arızaların qorunması üçün kifayət qədər sıfır sıralı cürənt və gərginlik təmin etmək üçün, elmi nöqtə yaradılması lazımdır ki, zəmnəzəri direnç bağlanabiləsin. Bu tələbi həll etmək üçün, zəmnəzəri tranzformatorlar (adətən "zəmnəzəri vahidlər" kimi tanınır) inkişaf etdirilib. Zəmnəzəri tranzformator, adətən çox aşağı direnç dəyəri (genelliklə 5 om-dan az) olan zəmnəzəri dirençlə birlikdə nöqtə yaratır.

Əlavə olaraq, zəmnəzəri tranzformatorunun elektromaqnitik xüsusiyyətləri, pozitiv və mənfi sıralı cürəntlərə nisbətən yüksək impedans göstərir, ancaq onun sarımlarından keçən kiçik tərkib cürənti var. Hər bir çekirdek bacında iki sarım hissəsi müxtəlif istiqamətdə sarılır. Eyni çekirdek bacında eyni sıfır sıralı cürəntlər bu sarımlardan keçdiyi zaman, onlar aşağı impedans göstərir və sıfır sıralı şəraitdə sarımlar üzrə minimal gərginlik düşməsi olur.

Zəmnəzəri arızada, pozitiv, mənfi və sıfır sıralı cürəntlər sarımlardan keçir. Sarım, pozitiv və mənfi sıralı cürəntlərə nisbətən yüksək impedans göstərir, amma sıfır sıralı cürənt üçün, eyni fazdakı iki sarım müxtəlif qutbda ardıcıl bağlıdır. Onların induksiya edilən elektromotiv kuvvetləri ölçüsündə bərabər, amma istiqamətdə müxtəlifdir, bu da onların bir-birini ləğv edir və aşağı impedans göstərir.

Bir çox tətbiqlərdə, zəmnəzəri tranzformatorlar yalnız kiçik zəmnəzəri dirençlə birlikdə nöqtə yaratmaq üçün istifadə olunur və heç bir yük təmin etmir; beləliklə, bir çox zəmnəzəri tranzformatorlar ikinci sarım olmadan dizayn olunur. Normal şəbəkə işləməsində, zəmnəzəri tranzformator asılıq şəraitində işləyir. Amma, arızada, o qısa müddət arızalı cürənt taşır.

Nöqtəli aşağı dirençli quraşdırılmış sistemlərdə, birfazlı zəmnəzəri arızası baş verdiqda, highly sensitive sıfır sıralı qorunma tez arızalı xətti müvəqqəti şəkildə izolyasiya edir. Zəmnəzəri tranzformator, arızanın baş verməsi və sıfır sıralı qorunmanın arızanı təmizləməsi arasındakı qısa müddət aktivdir. Bu müddətdə, sıfır sıralı cürənt nöqtəli zəmnəzəri direnç və zəmnəzəri tranzformator vasitəsilə axırlandırılır,

burada U sistem faz gərginliyidir, R1 nöqtəli zəmnəzəri direnç, R2 isə arızalı dövrədəki əlavə dirençdir.

Yuxarıdakı təhlillə əsaslanaraq, zəmnəzəri tranzformatorların işləmə xüsusiyyətləri: uzunmüddətli asılıq rejimi və qısa müddətli aşırı yüklənme qabiliyyətidir.

Kısa olaraq, zəmnəzəri tranzformator, zəmnəzəri dirençlə birlikdə nöqtə yaratır. Zəmnəzəri arızada, o pozitiv və mənfi sıralı cürəntlərə nisbətən yüksək impedans, amma sıfır sıralı cürəntə nisbətən aşağı impedans göstərir, bu da zəmnəzəri arızaların qorunmasının etibarlı işləməsinə imkan verir.

Hazırda, alt şəbəkələrdə quraşdırılan zəmnəzəri tranzformatorlar iki məqsədə hizmət edir:

• Alt şəbəkənin köməkçi istifadəsi üçün aşağı gərginlikli AC elektrik təmin etmək;

• 10 kV tərəfində nöqtəni yaratmaq, bu, arc suppression coil ilə birgə 10 kV birfazlı zəmnəzəri arızalar zamanı kapasitiv zəmnəzəri arızalı cürəntini kompensasiya edir və bu da arızanın nöqtəsindəki arkı söndürür. Prinsip aşağıdakı kimi olduğu kimi:

Üçfaslı elektrik şəbəkənin tam uzunluğunda, fazalar arasında və hər bir faz və zemin arasında kapasitanslar mövcuddur. Şəbəkə nöqtəsi sağlam şəkildə zəmə buraxılmadıqda, birfazlı zəmnəzəri arızada arızalan fazın faz-zemin kapasitansi sıfır olur, amma digər iki fazın faz-zemin gərginlikləri normal faz gərginliğinin √3 dəfəsi olaraq yüksəlir. Bu artmış gərginlik, təhlükəsizlik üçün dizayn edilmiş izolyasyon gücünü aşmır, amma onların faz-zemin kapasitansını artırır.

Bir faza qısaması baş verdiyi zaman tutucu yer qısaması cərəyanı normal bir fazaya təsadüf edən tutucu cərəyandan təxminən üç dəfə böyükdür. Bu cərəyan böyük olarsa, tez-tez yaranan keçidli arka səbəbindən LC rezonans konturunda (şəbəkə induktivliyi və tutumunun əmələ gətirdiyi) gərginlik artımı baş verir və bu gərginlik artımı faza gərginliyinin 2,5-3 dəfəsinə çata bilər. Şəbəkə gərginliyi nə qədər yüksək olarsa, belə gərginlik artımından qaynaqlanan risk də bir o qədər böyük olar. Buna görə də yalnız 60 kV-dən aşağı olan sistemlərdə neytral nöqtə yerə qoşulmadan işlədilə bilər, çünki onların birfazalı tutucu yer qısaması cərəyanları nisbətən kiçikdir. Daha yüksək gərginlik səviyyələri üçün isə neytral nöqtəni müqavimət vasitəsilə yerə qoşmaq üçün torpaqlama transformatorundan istifadə edilməlidir.

Əgər paylayıcı stansiyasının əsas transformatorunun 10 kV tərəfi delta birləşməli və ya ulduz birləşməli, lakin neytral nöqtəsi olmadan birləşdirilibsə və birfazalı tutucu yer qısaması cərəyanı böyükdürsə, süni neytral nöqtə yaratmaq üçün torpaqlama transformatorundan istifadə etmək lazımdır ki, bu da qövs söndürmə bobininə qoşulmağa imkan versin. Süni neytral nöqtənin torpaqlanması sistemi yaradılır — bu, torpaqlama transformatorunun əsas funksiyasıdır. Normal iş rejimində torpaqlama transformatoru tarazlaşmış şəbəkə gərginliyini öz üzərinə götürür və yalnız kiçik maqnitləşdirmə cərəyanını (işsizlik şəraiti) keçirir.

Neytral nöqtə ilə torpaq arasındakı potensial fərq sıfıra bərabərdir (qövs söndürmə bobinindən qaynaqlanan kiçik neytral sürüşmə gərginliyi nəzərə alınmır) və qövs söndürmə bobini üzərindən heç bir cərəyan keçmir. Tutaq ki, C faza üçün yer qısaması baş verib, onda üçfazalı simmetriyanın pozulması nəticəsində meydana gələn sıfır ardıcıllıq gərginliyi qövs söndürmə bobini vasitəsilə torpağa axır. Qövs söndürmə bobini kimi, bu bobində induksiya olunan induktiv cərəyan tutucu yer qısaması cərəyanını kompensasiya edir və bu da nasazlıq nöqtəsindəki qövsün sönməsinə səbəb olur.

Son illərdə müəyyən bir regionda 110 kV-luq paylayıcı stansiyalarda torpaqlama transformatorunun mühafizə sisteminin birdən çox yanlış işləmə hadisəsi baş verib ki, bu da şəbəkənin sabitliyini ciddi şəkildə pozub. Səbəbləri müəyyənləşdirmək üçün bu yanlış işləmələrin analizi aparılıb və təkrar baş verməsinin qarşısını almaq və digər regionlar üçün nümunə olmaq üçün uyğun tədbirlər həyata keçirilib.

Hazırda 110 kV-luq paylayıcı stansiyalarda 10 kV qidalanıcılar artan qaydada kabellərlə çıxış xətləri kimi istifadə olunur ki, bu da 10 kV sisteminin birfazalı tutucu yer qısaması cərəyanını əhəmiyyətli dərəcədə artırır. Birfazalı yer qısamaları zamanı gərginlik artımının miqdarını azaltmaq üçün 110 kV-luq paylayıcı stansiyalarda aşağı müqavimətli torpaqlama sxemini tətbiq etmək məqsədilə torpaqlama transformatorları quraşdırılmağa başlanılıb və sıfır ardıcıllıq cərəyan yolunun yaradılması təmin edilib. Bu, sıfır ardıcıllıq mühafizəsinin nasazlığın yerləşdiyi nöqtəyə əsasən yer qısamalarını ayırmasına imkan verir, qövsün yenidən yanmasını və gərginlik artımını qarşısını alır və beləliklə, şəbəkə avadanlığının təhlükəsiz elektrik təchizatını təmin edir.

2008-ci ildən etibarən müəyyən regional şəbəkə 110 kV-luq paylayıcı stansiyaların 10 kV sistemlərini torpaqlama transformatorlarının və əlaqəli mühafizə cihazlarının quraşdırılması yolu ilə aşağı müqavimətli torpaqlamaya köçürdü. Bu, istənilən 10 kV qidalanıcıda baş verən yer qısamasının tez şəkildə izolyasiyasına imkan verdi və şəbəkəyə təsir minimuma endirildi. Lakin son vaxtlar həmin regionda beş 110 kV-luq paylayıcı stansiyanın torpaqlama transformatoru mühafizə sistemi təkrar-təkrar yanlış işlədi, stansiyaların işini dayandırdı və şəbəkənin sabitliyini ciddi şəkildə pozdu. Buna görə də səbəblərin müəyyənləşdirilməsi və düzəliş tədbirlərinin həyata keçirilməsi regional şəbəkənin təhlükəsizliyini saxlamaq üçün vacibdir.

1. Torpaqlama Transformatoru Mühafizəsinin Yanlış İşləmə Səbəblərinin Təhlili

10 kV qidalanıcıda yer qısaması qısaması baş verdiyi zaman 110 kV-luq paylayıcı stansiyada nasaz qidalanıcının sıfır ardıcıllıq mühafizəsi ilk növbədə işləməlidir ki, nasazlıq izolyasiya edilsin. Əgər bu düzgün baş tutmasa, torpaqlama transformatorunun sıfır ardıcıllıq mühafizəsi ehtiyat rolunu oynayır, avtobloklaşdırıcı açarı və əsas transformatorun hər iki tərəfini söndürür və nasazlığı izolyasiya edir. Beləliklə, 10 kV qidalanıcı mühafizəsinin və açarların düzgün işləməsi şəbəkənin təhlükəsizliyi üçün kritik əhəmiyyət daşıyır. Beş 110 kV-luq paylayıcı stansiyada baş vermiş yanlış işləmələrin statistik təhlili göstərir ki, əsas səbəb 10 kV qidalanıcıların yer qısamalarını düzgün aradan qaldıra bilməməsidir.

10 kV Qidalanıcı Sıfır Ardıcıllıq Mühafizə Prinsipi:

Sıfır ardıcıllıq CT nümunələri → Qidalanıcı mühafizəsinin aktivləşdirilməsi → Açarın açılması.
Bu prinsipə əsasən sıfır ardıcıllıq CT, qidalanıcı mühafizə releisi və açar düzgün işləmə üçün əsas komponentlərdir. Aşağıda bu aspektlərə əsasən yanlış işləmə səbəbləri təhlil edilir:

1.1 Torpaqlama transformatorunun mühafizəsinin yanlış işləməsinə səbəb olan sıfır ardıcıllıq CT xətası.
10 kV qidalanıcıda yer qısaması qısaması baş verdiyi zaman nasaz qidalanıcının sıfır ardıcıllıq CT nasazlıq cərəyanını aşkar edir və mühafizəni işə salır ki, nasazlıq izolyasiya edilsin. Eyni zamanda torpaqlama transformatorunun sıfır ardıcıllıq CT-si də nasazlıq cərəyanını hiss edir və mühafizəni işə salır. Seçiciliyi təmin etmək üçün 10 kV qidalanıcı sıfır ardıcıllıq mühafizəsi torpaqlama transformatoru mühafizəsindən daha aşağı cərəyan və daha qısa vaxt parametrləri ilə tənzimlənir. Cərəyan tənzimləmələri: torpaqlama transformatoru — 75 A birincil, 1,5 saniyədə 10 kV avtobloklaşdırıcıyı söndürmək, 1,8 saniyədə 10 kV avtomatik köçürülməni blok etmək, 2,0 saniyədə transformatorun aşağı gərginlik tərəfini söndürmək, 2,5 saniyədə hər iki tərəfi söndürmək; 10 kV qidalanıcı — 60 A birincil, 1,0 saniyədə açarı söndürmək.

Lakin CT xətaları qarşısını almaq mümkün deyil. Əgər torpaqlama transformatorunun CT-si -10% xəta və qidalanıcı CT-si +10% xəta göstərsə, faktiki işləmə cərəyanları 67,5 A və 66 A olar — demək olar ki, bərabərdir. Yalnız vaxt pillələndirməsinə əsaslanaraq, 10 kV qidalanıcıda baş verən yer qısaması torpaqlama transformatorunun sıfır ardıcıllıq artıq cərəyan mühafizəsinin erkən işləməsinə səbəb ola bilər.

1.2 Kabellərin ekranının düzgün olmayan torpaqlanması səbəbindən yanlış işləmə.
110 kV-luq paylayıcı stansiyaların 10 kV qidalanıcılarında ekranlı kabellərdən istifadə olunur və ekranlar hər iki ucundan torpaqlanır — bu, elektromaqnit girişinin azaldılması üçün ümumi praktikadır. Sıfır ardıcıllıq CT-lər toroidal tiplidir və panellərdə çıxış terminalında kabellərin ətrafına quraşdırılır. Yer qısamaları zamanı tarazsız cərəyanlar CT-də siqnallar induksiya edir və mühafizəni işə salır. Lakin hər iki ucda ekranın torpaqlanması ilə ekran içində induksiya olunan cərəyanlar da sıfır ardıcıllıq CT-ni keçir və bu da yalancı siqnallar yaradır. Uyğun tədbirlər görülmasa, bu, qidalanıcı sıfır ardıcıllıq mühafizəsinin dəqiqliyini pisləşdirir və torpaqlama transformatorunun ehtiyat mühafizəsinin işləməsinə səbəb olur.

1.3 10 kV qidalanıcı mühafizəsinin işləməməsi səbəbindən yanlış işləmə.

Müasir mikroprosessor əsaslı relelər yaxşı performans təqdim etsə də, istehsalçıların keyfiyyətinin fərqli olması və istilik dissipasiyasının zəif olması hələ də problem sayılır. Nasazlıq statistikası göstərir ki, 10 kV qidalanıcı mühafizələrində enerji təchizatı modulları, nümunələmə lövhələri, CPU lövhələri və açma çıxışı modulları ən çox nasazlıq baş verən komponentlərdir. Müəyyən edilməmiş nasazlıqlar mühafizənin işləməməsinə səbəb ola bilər və bu da torpaqlama transformatorunun yanlış işləməsinə səbəb olur.

1.4 10 kV ləngliyin xətanın nəticəsində səhv işləməsi.
Yaşlanma, tez-təz işlənmə və ya özünlü çətinliklər nəticəsində 10 kV şalter qutularında - xüsusilə idarəetmə dairələrində - xətalar artıq. Az inkişaf etmiş dağlıq bölgələrdə, daha köhnə GG-1A şalter qutusu hələ də istifadədədir və yerdən uzun məsafədən yüksək xəta sayına malikdir. Sıfır ardıcıllıq qoruyucu düzgün işləsə də, lənglin xətası (məsələn, yanmış tripləşmə bobini) zərərə səbəb olur və yerləşdirici transformator səhv işləyir.

1.5 İki 10 kV lənglərdə yüksək müqaviməli yer xətaları (və ya ciddi tək yüksək müqaviməli xəta) səhv işləməsinə səbəb olur.
İki ləng eyni fazada yüksək müqaviməli yer xətaları yaşayırsa, ayrı-ayrı sıfır ardıcıllıq akımları 60 A tripləşmə limitinin altında qalır (məsələn, 40 A və 50 A), buna görə də ləng qoruyucular yalnız xəbərdarlıq edirlər. Amma toplanan akım (90 A) yerləşdirici transformatorun 75 A ayarını aşır, bu da əvvəlcədən tripləşməyə səbəb olur. Tamamilə kabl olan 10 kV lənglərdə normal kapasitiv akımlar 12-15 A-a çatmağa bilər. Hətta tək ciddi yüksək müqaviməli xəta (məsələn, 58 A) ilə normal kapasitiv akım birgə 75 A-yə yaxınlaşa bilər. Bu halda sistem dalgalanmaları yerləşdirici transformatorun səhv işləməsinə asanlıqla səbəb ola bilər.

2. Yerləşdirici Transformator Qoruyucusunun Səhv İşləməsini Önəmək Üçün Tövsiyə Olunan Tədbirlər

Yuxarıdakı təhlilə əsasən, aşağıdakı tədbirlər tövsiyə olunur:

2.1 CT xətası səbəbindən səhv işləməni önəmək
Yüksək keyfiyyətli sıfır ardıcıllıq CT-lərindən istifadə edin; quraşdırma əvvəlində CT xüsusiyyətlərini ciddi şəkildə sınayın və >5% xəta olanları rədd edin; qoruyucu alıcılıq dəyərlərini asılı akıma əsasən təyin edin; asılı enjeksiya testləri ilə ayarları yoxlayın.

2.2 Kabel qoruyucunun yanlış yerləşdirilməsini önəmək

• Kabel qoruyucu əllər sıfır ardıcıllıq CT-nin aşağı keçməlidir və kabel panelindən izolyasiya olunmalıdır. CT-dən keçmədən öncə heç bir yerləşdiricilik əlaqəsi olmamalıdır. Asılı enjeksiya testləri üçün metal ucları açığ saxlayın; qalan hissələri isə güvənli şəkildə izolyasiya edin.

• Əgər qoruyucunun yerləşdirilməsi CT-dən aşağıda olarsa, əllər CT-nin içindən keçməməlidir. Qoruyucu əllərini CT-nin ortasından keçirməyin.

• Texniki təlimi artıraraq, rele qoruyucu və kabel komandalarının CT və qoruyucu əllərinin quraşdırılması metodlarını tamamilə anlasınlar.

• Qəbul prosedurlarını gücləndirərək, rele, işlər və kabel komandalarının ortaq inspeksiyalarını təmin edin.

2.3 Ləng qoruyucusunun xətasını önəmək
İslah edilmiş, etibarlı qoruyucu cihazlardan istifadə edin; köhnə və tez-tez xətalı birimləri əvəz edin; təchizatı artırın; hava kondisioneri və ventilasiya quraşdırarak yüksək temperaturda işləməni önələyin.

2.4 Lənglərin xətasını önəmək
Etibarlı, mövcud şalter qutularından istifadə edin; köhnə GG-1A şalter qutularını bağlanmış, yaylı və ya motorla yüklü növlər ilə əvəz edin; idarəetmə dairələrini təchizat edin; yüksək keyfiyyətli tripləşmə bobinlərindən istifadə edin.

2.5 Yüksək müqaviməli xətanın səhv işləməsini önəmək
Sıfır ardıcıllıq xəbərdarlığı olduqda ləngləri daima yoxlamaq və təmir etmək lazımdır; ləng uzunluqlarını azaltın; fazalı yükü balanslaşdıraraq normal kapasitiv akımları minimuma endirin.

3. Nəticə

Daha çox rejon şəbəkələri yerləşdirici transformator və onunla bağlı qoruyucular quraşdırıraq, bu da struktur və stabiylliyi artırır. Buna baxmayaraq, təkrarlanan səhv işləmə hadisələri, olumsuz təsirlərin həllinə ehtiyac olduğunu göstərir. Bu məqalə yerləşdirici transformator qoruyucusunun səhv işləməsinin əsas səbəblərini təhlil edir və qarşı tədbirləri təklif edir, bu da belə sistemləri quraşdırmış və ya quraşdırmaq istəyən bölgələr üçün yönəldici olur.