Maanduse变压器保护：110kV变电站中误操作的原因及对策
Hiina elektrivõrgus kasutatakse tavaliselt 6 kV, 10 kV ja 35 kV võrkude puhul neutraalpunktita juhtimist. Võrgu päästekandja põhitransformaatori jagamispinge poolt on tavaliselt kolmnurgakujuline konfiguratsioon, mis ei anna neutraalpunkti, millega saaks ühendada massi vastust.
Kui neutraalpunktita süsteemis esineb ühefaasi massikontakt, säilitab fasete vaheline pingetriangle oma sümmeetria, millel on väike mõju kasutajate operatsioonidele. Lisaks, kui kondensaatoripinne on suhteliselt väike (vähem kui 10 A), võivad mõned ajutised massikontaktid ise kaustuda, mis on väga efektivne elektritoe kindluse parandamiseks ja energiatõkestuste vähendamiseks.
Kuid elektroenergeetika jätkuva laienemise ja arenguga ei rahulda see lihtne meetod enam praegusi nõudmisi. Kaevandlike joonte kasvavas mahus modernsetes linnalikes võrkudes on kondensaatoripinna suurus oluliselt suurenenud (ületades 10 A). Sellisel tingimusel ei saa massikatku kindlalt kaustuda, mis toob kaasa järgmised tagajärjed:
Ühefaasilise massikontakti katkeline kaustumine ja taaskindlustamine tekitab massi-katku ülepingeid, mille amplituud võib jõuda 4U-ni (kus U on fasi pikkus) või isegi suurema, kestides pikka aega. See tekitab tõsiseid ohu elektriseadmete izolatsioonile, võimaldades läbimurdusid nõrgade izolatsioonikohtade kaudu ja põhjustades suuri kahju.
Püsiv kaustumine ioniseerib õhu, halvendades ümbritseva õhu izolatsiooni ja suurendades fase-fase lühikute ohtlikkust.
Ferroresonantsi ülepinged võivad tekkida, kahjustades potentsiaaltransformaatoreid (PT) ja ülepingekaitseelemente, ning tõsisemates juhtumites isegi põhjustades kaitseelementide plahvatamist. Need tagajärjed ohustavad tõsiselt võrguseadmete izolatsiooni ja hoiatavad elektrivõrgu turvalist töötamist.
Et vältida eelnimetatud õnnetusi ja pakkuda piisavat nulljärgulist pinna ja voltijärgulist voltijärgu, et tagada usaldusväärne töö massikontakti kaitse, tuleb looduda teine neutraalpunkt, millega saaks ühendada massi vastust. Selleks on arenenud massiümbritsejad (tavaliselt nimetatud "massiümbritsejateks"). Massiümbritseja loob teine neutraalpunkt väga madala vastuvastusega (tavaliselt alla 5 ohmi).
Lisaks, tugeva magnetvälja tõttu, näitab massiümbritseja suurt impedantsi positiiv- ja negatiivjärgulistele arvule, lubades ainult väikest stimuleerimisarvu kulgeda selle spiraalides. Igal tuumal on kaks spiraaliosa, mis on rullatud vastupidises suunas. Kui sama tuuma kaudu kulgeb võrdne nulljärguline arv, näitavad need spiraalid madalat impedantsi, mille tulemuseks on minimaalne pingelangus spiraalides nulljärgulistes tingimustes.
Massikontakti korral kulgeb spiraalides positiiv-, negatiiv- ja nulljärguline arv. Spiraal näitab suurt impedantsi positiiv- ja negatiivjärgulistele arvule, kuid nulljärgulise arv puhul on samal faasiga kaks spiraali rullatud vastupidises suunas. Nende indukeeritud elektromotive jõud on võrdsed, kuid vastupidises suunas, nii et nad välja kantavalt nullivad, näitades madalat impedantsi.
Paljudes rakendustes kasutatakse massiümbritsejaid ainult neutraalpunkti loomiseks väikega massi vastustega ja neil ei ole mingit koormust; seetõttu on paljud massiümbritsejad disainitud ilma sekundaarse spiraalita. Tavalises võrgu töös toimib massiümbritseja peaaegu täiesti koormuseteta. Kuid vigastuse korral kannab see lühikese aja jooksul vigastuse arvu.
Madala vastuvastusega neutraalpunktile ühendatud süsteemis, kui esineb ühefaasilise massikontakt, tuvastab tundlik nulljärguline kaitse kiiresti ja ajutiselt eraldab vigastusega varaleiteri. Massiümbritseja on aktiivne ainult lühikese perioodi, kui massikontakt tekib ja nulljärguline kaitse sellega tegeleb. Sel ajal kulgeb nulljärguline arv neutraalpunkti massi vastust ja massiümbritseja kaudu, mille andmed on järgmised
kus U on süsteemi fasi voltage, R1 on neutraalpunkti massi vastus ja R2 on lisavastus massikontakti tsüklis.
Eeltoodud analüüsi põhjal on massiümbritseja töötingimused: pikendatud töö koormuseteta ja lühikese aja jooksul ülekoormatuna.
Kokkuvõttes loob massiümbritseja teine neutraalpunkt, millega saaks ühendada massi vastust. Massikontakti korral näitab see suurt impedantsi positiiv- ja negatiivjärgulistele arvule, kuid madalat impedantsi nulljärgulisele arvule, lubades usaldusväärset tööd massikontakti kaitse.
Praegu teenivad substaatsioonides paigaldatud massiümbritsejad kahte eesmärki:
Substaatsioonide abikaupade tarbimiseks alacolise AC energiakaupade pakkumine;
Teine neutraalpunkt loomine 10 kV poolt, mis - kombinatsioonis arkide vaiksidest - kompenseerib kapatsiitse massikontakti arvu 10 kV ühefaasilise massikontakti korral, nii et katku kaustub vigastuse punktis. Printsiip on järgmine:
Üle kogu transmissiooniliini pikkuse kolmeosalisel võrgul eksisteerib kapatsiit fasi vahel ja igal fasi ja maapinna vahel. Kui võrgu neutraalpunkt ei ole solidaarselt ühendatud, muutub vigastuse fasi maapinna kapatsiit nulliks ühefaasilise massikontakti korral, samas kui muid fasi maapinna voltmid tõusevad √3 korda normaalse fasi voltage. Kuigi see tõusnud voltage ei ületa turvalisuse jaoks disainitud izolatsioonipinge, suurendab see nende fasi maapinna kapatsiiti.
Üksikfaasi vea tingimustes on kondensatiivne maapeteeruv vool umbes kolm korda suurem kui tavaline faasisisesed kondensatiivsed voog. Kui see vool on suur, siis see lihtsasti põhjustab katkendlikku särkimist, mis viib ülevoolu LC resoonantsringis, mis moodustub võrgu induktiivsusena ja kapatsiitena, mille suurus jõuab 2,5 kuni 3 korda faasispannungu. Mida suurem on võrguspannung, seda suurem on selliste ülevoolude ohu tase. Seetõttu võivad ainult süsteemid allpool 60 kV töötada neutraalipunkti mittemaapituna, kuna nende üksikfaasiset kondensatiivset maapeteeruvat voolu on suhteliselt väike. Suuremate pingetasemete korral tuleb kasutada maapitvat transformatort, et ühendada neutraalipunkt impedanssi kaudu maaga.
Kui alamvoolustransformatori 10 kV pool on ühendatud delta- või wye-konfiguratsioonis ilma neutraalipunktita ja üksikfaasiset kondensatiivset maapeteeruvat voolu on suur, on vaja maapitvat transformatort, et luua teoreetiline neutraalipunkt, lubades ühendada kaarsurmikoiliga. See moodustab teoreetilise neutraalmaapingu süsteemi – maapitva transformatori peamine funktsioon. Tavalistes töötingimustes kannab maapitav transformatoor tasakaalustatud võrguspannangu ja läbib ainult väikese juurutusvooga (tühi laadimisolek).
Neutraalipunkti ja maavahe erinevus on null (ignoreerides kaarsurmikoili poolt tekkinud minimaalset neutraalipunkti niiskusepinge), ja kaarsurmikoil läbib mingisugust voolu. Kui eeldada, et toimumas on C-faasisse maaga lühikutus, siis kolmefaasiset ebavõrdsust tingiv nulljärjestiku pinge virtsab maaga kaarsurmikoili kaudu. Kaarsurmikoil iseinditsveokompenseerib kondensatiivset maapeteeruvat voolu, eliminides läheduses asuvat kaarulülituspunkti.
Viimastel aastatel on teatud piirkonnas 110 kV alamvoolusteis toimunud mitmeid maapitva transformatori kaitse vigaseid käivitumisi, mis on tõsiselt mõjunud võrgu stabiilsusele. Vigaseid käivitumisi analüüsides ja vastavate meetmete rakendades püütakse takistada nende kordumist ja anda viitetähistusi muudele piirkondadele.
Praegu kasutavad 110 kV alamvooluste 10 kV väljavoolud üha rohkem kaabelga väljaviideid, mis oluliselt suurendab 10 kV süsteemis üksikfaasiset kondensatiivset maapeteeruvat voolu. Üksikfaasiset maaga lühikutuse tingimustes ülevoolude kontrollimiseks on 110 kV alamvooluste hajutatud maapitvaid transformatoreid, et rakendada madala vastusega maapingu skema, loodudes nulljärjestiku voolutee. See võimaldab selektiivset nulljärjestiku kaitset isoleerida maaga lühikutused sõltuvalt vigasest asukohast, takistades kaare uuesti sündimist ja ülevoolu, tagades nii võrguvarustuse turvalise energiatöö.
Alates 2008. aastast on teatud piirkonna võrk ümber ehitatud 110 kV alamvooluste 10 kV süsteemid madala vastusega maapinguks, installeerides maapitvaid transformatoreid ja seotud kaitsevahendeid. See võimaldab kiiresti isoleerida 10 kV väljavoolu igasuguseid maaga lühikutusi, vähendades võrgu mõju. Siiski on hiljuti viie 110 kV alamvoolu piirkonnas toimunud mitmeid maapitva transformatori kaitse vigaseid käivitumisi, põhjustades alamvoolu lõpetamist ja tõsist võrgu stabiilsuse häirimist. Seega on oluline tuvastada põhjused ja rakendada parandusmeetmeid, et säilitada piirkonna võrgu turvalisus.
1. Maapitva transformatori kaitse vigaseid käivitumisi põhjuste analüüs
Kui 10 kV väljavoolul toimub maaga lühikutus, peaks 110 kV alamvoolu nulljärjestiku kaitse esimesena reageerima, et isoleerida viga. Kui see ei toimu õigesti, siis maapitva transformatori nulljärjestiku kaitse tuletab abikaitsena maaga ühenduse lõpetamiseks, lülitades välja busiühenduse ja peamise transformaatori mõlemad pooled, et isoleerida viga. Nii on 10 kV väljavoolu kaitse ja lüliti korrektne toimimine oluline võrguohutuse seisukohalt. Viie 110 kV alamvoolu vigaseid käivitumisi statistilises analüüsis nähtub, et peamine põhjus on 10 kV väljavoolu ebaõnnestumine maaga lühikutuste õigeks isoleerimiseks.
10 kV väljavoolu nulljärjestiku kaitse põhimõte:
Nulljärjestiku CT proov – väljavoolu kaitse aktiveerimine – lüliti lülitatakse välja.
Sellest põhimõttest tulenevalt on nulljärjestiku CT, väljavoolu kaitserelay ja lüliti olulised osad korrektseks toimimiseks. Järgnev analüüs on vigaste käivitumiste põhjuste analüüs nendest aspektidest:
1.1 Nulljärjestiku CT viga, mis põhjustab maapitva transformatori kaitse vigase käivitumise.
10 kV väljavoolu maaga lühikutuse tingimustes tuvastab vigane väljavoolu nulljärjestiku CT viga, aktiveerides selle kaitse, et isoleerida viga. Samal ajal tuvastab ka maapitva transformatori nulljärjestiku CT viga ja algatab kaitse. Valikulisuse tagamiseks on 10 kV väljavoolu nulljärjestiku kaitse seatud madalamate voolu- ja lühemate ajasaadetega kui maapitva transformatori kaitse. Voolu seatud väärtused: maapitva transformatori – 75 A primaar, 1,5 sekundit 10 kV bussiühenduse lülitamiseks, 1,8 sekundit 10 kV automaatse ühenduse blokeerimiseks, 2,0 sekundit transformaatori madala pooli lülitamiseks, 2,5 sekundit mõlemate poolte lülitamiseks; 10 kV väljavool – 60 A primaar, 1,0 sekundit lüliti lülitamiseks.
Siiski on CT vigu välistada võimatu. Kui maapitva transformatori CT-s on -10% viga ja väljavoolu CT-s +10% viga, siis tegelikud töövoolud muutuvad 67,5 A ja 66 A – umbes võrdsed. Olles ainult aja gradueerimisel sõltuv, võib 10 kV väljavoolu maaga lühikutus lihtsalt põhjustada maapitva transformatori nulljärjestiku ülevoolukaitsme varajase käivitumise.
1.2 Vale kaabe kaitsekummri maapitus, mis põhjustab vigast käivitumist.
110 kV alamvoolu 10 kV väljavoolud kasutavad kaitsekummriga kaabeid, mille kaitsekummrid on maapitud mõlemal pool. See on levinud EMI miinimummise praktika. Nulljärjestiku CT-d on toroidaalne tüüp, mis on paigutatud kaabe ümber lüliti väljaviitepunktides. Maaga lühikutuse tingimustes univormsete voolude puudumine indutseerib signaale CT-s, aktiviseerides kaitse. Kuid mõlemal pool maapituna kaitsekummris genereeritavad voolud lähevad nulljärjestiku CT kaudu, tekitades valeid signaale. Valede signaalide mittekontrollimisel kahjustatakse väljavoolu nulljärjestiku kaitse täpsust, viies maapitva transformatori varakaitse käivitumiseni.
1.3 10 kV väljavoolu kaitse ebaõnnestumine, mis põhjustab vigast käivitumist.
Kaasaegsed mikroprotsessorilised relaadid pakuvad paremat jõudlust, kuid valmistaja kvaliteedi ja halva soojuslahenduse erinevused on endiselt probleemiks. Vigade statistika näitab, et 10 kV väljavoolu kaitse varustusmoodulites, proovimisplaatidel, CPU-plaatidel ja lülitusmoodulitel on kõige tõenäolisemad vigad. Tuhandeile vigade tuvastamata jäämine võib põhjustada kaitse ebaõnnestumise, viies maapitva transformatori varakaitse käivitumiseni.
1.4 10 kV juhtme lüliti tõrge põhjustab valetoimimist.
Vananemise ja sagedaste toimingute või omane kvaliteediprobleemide tõttu on 10 kV lülituseadmete tõrgede – eriti juhtimisringkondade – arv kasvamas. Vähem arenenud mägipiirkondades jääb vanem GG-1A lülituseade tööle, mis suurendab maanduslüliti tõrgete arvu. Isegi kui nulljärjestikune kaitse töötab korralikult, viib lülituseadme tõrge (nt käivituse spooli põletumine) maandustransformatori valetoimimiseni.
1.5 Kaks 10 kV juhtme (või tõsine üksikune) kõrge impedantsiga maandustõrge põhjustab valetoimimist.
Kui kahel juhtridel esineb samafaasis kõrge impedantsiga maandustõrge, võivad individuaalsed nulljärjestikud ströömid jääda alla 60 A käivitumispiirile (nt 40 A ja 50 A), nii et juhtme kaitseid ainult hoiatatakse. Kuid summeeritud ström (90 A) ületab maandustransformatori 75 A seadistust, mis viib eelnevale käivitumisele. Kogu kaabeliga 10 kV juhtmedel võivad normaalsed kapatsiivsed ströömid ulatuda 12–15 A-ni. Isegi üks tõsine kõrge impedantsiga tõrge (nt 58 A) pluss normaalne kapatsiivne ström läheb lähedale 75 A-le. Sellest tulenevalt võivad süsteemi nutused lihtsasti põhjustada maandustransformatori valetoimimise.
2.Maatransiirikukaitse valetoimimise vältimise meetmed
Eespool analüüsitud põhjal soovitatakse järgmisi meetmeid:
2.1 CT vea põhjustatud valetoimimise vältimiseks
Kasutage kõrgekvaliteedilisi nulljärjestikuid CT-d; enne paigaldamist kontrollige täpselt CT omadusi ja tagasivõtke need, millel on >5% viga; seadistage kaitse käivitumisväärtused põhiströömi alusel; kontrollige seadistusi põhiströömi injektiooniga.
2.2 Vale kaabe pildi maandumise vältimiseks
Kaabe pildi maandumiskonduktor peab läbima nulljärjestiku CT-st alla ja olema isoleeritud kaabe raamidest. Enne CT läbimist ei tohi aset leida maandumiskontakt. Avastage metallilised otsad põhiströömi injektiooniks; muud osad tuleb kindlalt isoleerida.
Kui pildi maandumispunkt on CT-st alla, ei tohi konduktor läbida CT-d. Vältige pildi maandumiskonduktori viimist CT keskel.
Tähistage tehnilist koolitust, et releekaitse ja kaabe meeskonnad täielikult mõistaksid CT ja pildi maandumise paigaldusmeetodeid.
Tugevdage vastuvõtmisprotseduure rele, operatsioonide ja kaabe meeskondade ühisinspektoritega.
2.3 Juhtme kaitse tõrke vältimiseks
Valige proovitud, usaldusväärsed kaitsevahendid; asendage vananenud või sagedasti tõrkeseadmed; tugevdage hooldust; installeerige õhukonditsioneer ja ventileerimine, et vältida kõrge temperatuuri töötlemist.
2.4 Juhtme lülituseadme tõrke vältimiseks
Kasutage usaldusväärset, kogemustega lülituseadet; väljaenda vanu GG-1A kabinette, kasuta selle asemel tiivituse või mootoriga laetavaid tüübeid; hoolda juhtimisringkonde; kasutage kõrgekvaliteedilisi käivitusspooleid.
2.5 Kõrge impedantsiga tõrke põhjustatud valetoimimise vältimiseks
Päris hetkel patrullige ja parandage juhmeid nulljärjestiku hoiatuse korral; vähendage juhme pikkust; tasakaalustage faasi koormust, et minimeerida normaalseid kapatsiivseid strööme.
3. Lõppkokkuvõte
Kuna rohkem piirkondlikke võrkude installitakse maandustransformatorid ja nendega seotud kaitse, et parandada struktuuri ja stabiilsust, siis pidevad valetoimimised rõhutavad vajadust lahendada negatiivsed mõjud. See artikkel analüüsib maandustransformatori kaitse valetoimimise peamisi põhjuseid ja pakub vastameetmeid, andes juhiseid piirkondadele, mis on installinud või plaanivad installida selliseid süsteeme.
