Jafningaröflunarsvar: Rangvirki og áætluð aðgerðir í 110kV undirstöðum

Í störfum rafmagnarkerfisins Kínas eru 6 kV, 10 kV og 35 kV gridarnir venjulega með ógædd stillingu punktsins milli. Spennuskiptarhlutur hagnaðarrafmagnsins í gridinu er venjulega tengdur í þríhyrninga stillingu, sem hefur ekki punkt fyrir tenging við jörðrafast.

Þegar einhliða jörðatenging á eftir kemur upp í ógæddu punktstillingu, heldur spennubilanna milli lína áfram í samhverfu, sem hefur lítinn áhrif á notanda. Í raun, þegar kapasitískur straumur er sátt (lægri en 10 A), geta sumar tímamillilegar jörðatengingar sjálfsigurlega drepst, sem er mjög virkt til aukunar á öruggu gengi rafmagnsins og minnkingar á úrtökum.

Með því að rafmagnsverslunin heldur áfram að bætast og þróast, er þessi einfalda aðferð ekki lengur nægjanlegt. Í nútíma byggðarafmagnakerfum, er ökutækjaflöturinn sem er notaður orðinn mikið stærri (yfir 10 A). Undir slíkum skilyrðum, getur jörðaboginn ekki verið örugglega drept, sem leiðir til eftirtöldra afleiðinga:

• Brottfall og endurvaki einhliða jörðaboga myndar bogajörðarofverspenningar, sem geta orðið upp að 4U (þar sem U er toppspenna) eða hærri, sem halda áfram í lengri tíma. Þetta gerir mikla hættu fyrir dælu rafmagnsvélar, sem gæti valdi brottnám á svakum dælusmiðum og leitt til stórra tapa.

• Lengd bóga valdar jonanir loft, sem lækkar dælu umhverfislofta og aukar líklegu fyrir millihliða kortslökur.

• Ferromagnetskar ofverspenningar geta komið upp, sem auðveldlega skada spaningsbreytara (PTs) og ofverspenningarskyldur, og í værri lagi, gætu valdi smekkur skyldra. Þessi afleiðingar setja alvarlega dælu kerfa rafmagnsins á spil og hætta öruggu gengi rafmagnsskerfisins.

Til að forðast ofangreindar aðgerðir og gefa nægjanlegan núllsekvensstraum og spenna fyrir öruggu gengi jörðatengingarverndar, verður að búast til lýðræðispunktur svo að hægt sé að tengja jörðrafast. Til að uppfylla þessa nauðsyn, voru jörðatengingartrafolar (oft nefnd "jörðatengingar einingar") búin til. Jörðatengingartrafol búar til lýðræðispunkt með jörðrafast, sem hefur vanalega lága motstand (venjulega lægri en 5 ohm).

Auk þess, vegna sínar rafmagnsmagns eiginleika, býður jörðatengingartrafol hárannska fyrir jákvæða og neikvæða sekvensstrauma, sem leyfir aðeins litla áhningsstraum að ferðast gegnum spollar hans. Á hverju kjarnaliði eru tvær spollasetningar í mótvídd, og þegar jafn núllsekvensstraumar ferðast gegnum þessar spollar á sama kjarna, býða þau lága motstand, sem valdar litla spennufall á spollunum undir núllsekvensskilyrðum.

Á meðan jörðatenging er í gildi, ferðast jákvæð-, neikvæð- og núllsekvensstraumar gegnum spollar. Spollarinn býður hárannska fyrir jákvæða og neikvæða sekvensstrauma, en fyrir núllsekvensstraum, eru tvær spollar á sama fasi tengdar í röð með andstæðu falli. Þeirra framkvæmda spennur eru jafnstór en andstæðu átt, sem efstuðlar hvort annað, sem býður lága motstand.

Í mörgum tilfellum eru jörðatengingartrafol notað til að gefa núllpunkt með litla jörðrafast og gefa ekki neina spenna; þannig eru mörg jörðatengingartrafol búin til án seinnar spollar. Á meðan normalt gengi rafmagnsins, er jörðatengingartrafol í grunnvirði utan spenna. En á meðan villu er í gildi, fer hann með villustraum fyrir stutt tíma. 

Í rafmagnskerfi með lága motstand jörðpunkt, þegar einhliða jörðatenging kemur upp, greinir háþróað núllsekvensvernd fljótt og tímabundið skipt út villu. Jörðatengingartrafol er virkt aðeins á stuttu tíma milli jörðatengingar og aðgerð núllsekvensverndar til að losa villu. Á þessum tíma fer núllsekvensstraum gegnum jörðpunktsrafast og jörðatengingartrafol, sem gefið er með

þar sem U er kerfisspenning, R1 er jörðpunktsrafast, og R2 er auka motstand í jörðatengingarhringnum.

Byggt á ofangreindum grein, eiginleikar jörðatengingartrafol eru: löngt tímabil utan spenna með stutt tímabil með ofrspenna.

Samkvæmt þessu, búar jörðatengingartrafol til lýðræðispunkt til að tengja jörðrafast. Á meðan jörðatenging er í gildi, býður hann hárannska fyrir jákvæða og neikvæða sekvensstrauma, en lága motstand fyrir núllsekvensstraum, sem gerir mögulegt öruggu gengi jörðatengingarverndar.

Nú á dag, jörðatengingartrafol sett inn í spennuskiptastöðum hafa tvö tilgangi:

• Gefa lágspenna AC rafmagn fyrir hjáverk notkun í spennuskiptastöð;

• Búa til lýðræðispunkt á 10 kV hlið, sem, sameinkert með bogadraparkil, lagar fyrir kapasitískan jörðatengingarstraum á 10 kV einhliða jörðatenging, sem drepir boga á villum stöð. Skyldan er eins:

Langs allar senda rafmagnsleysa í þríhliða rafmagnskerfi, er dæla milli hliða og milli hverrar hliðar og jarðar. Þegar kerfispunkt er ekki fastur, kemur dæla milli villu hliðar og jarðar niður að núlli, en dæla milli hinna tveggja hliða og jarðar stígur upp að √3 sinnum venjulegu hliðarafmagn. Þó þessi hækkan spenna sé ekki yfir hæfileika dælu, munar hún auka dælu milli hliða og jarðar. 

Efnagrunnar straumur við einhliða villu er um þrjú sinnum stærri en venjulegur efnagrunnstreymi fyrir hvern fasa. Þegar þessi straumur er stór, valdi hann auðveldlega fluttum boganum, sem leiðir til ofanmarka í LC yfirvarpsferlinu sem myndast af rásinductance og efnagrunni, með stærð á 2,5 til 3 sinnum fasspanninginum. Joð hærri rásarspenningurinn er, þá er hærra hættan af slíkum ofanmarkum. Því miður má aðeins kerfi undir 60 kV vinna án grundunaraðgerðar, vegna þess að efnagrunnstreymur einhliða villu eru samlengd lítill. Fyrir hærri spennuvæði verður notuð grundunartransformator til að tengja neutrálpunktinn með motstandi til jarðar.

Þegar 10 kV-hlið hovshusatransformators er tengdur í þríhyrnung eða stjörnu án neutrálpunkts, og efnagrunnstreymi einhliða villu er stórt, þá er nauðsynlegt að nota grundunartransformator til að búa til grunnbundið neutrálpunkt, sem leyfir tengingu við bogasundurverkaröfur. Þetta myndar grunnbundið neutralgrunnakerfi—höfudvirka grundunartransformatorar. Á meðal gangi staðar standar rásarspenningur á transformatorinum og bæði litill optrýstingarstraumur (utan takmarka).

Spennuskil á milli neutrálpunkts og jarðar er núll (með tilliti til lítils neutrálpunktsfluttar frá bogasundurverkaröfu), og enginn straumur fer í gegnum bogasundurverkaröfun. Ef gerist phase-C-to-ground short circuit, þá fer zero-sequence voltage sem myndast af ósamstilltri þrigongangi í gegnum bogasundurverkaröfun til jarðar. Svo sem sjálfur bogasundurverkaröfun, svo veikinduinduceður straumur kompenserar efnagrunnstreymi einhliða villu, sem eyðir boganni á villustöðinni.

Á síðku tímabili hafa orðið margar misoperations af grundunartransformatorsskyddi í 110 kV hovshús, sem hafa alvarlega áhrif á rásstöðugleika. Til að finna rætur þessara misoperations voru gerðar greiningar á ástæðum fyrir það, og viðkomandi aðgerðir fyrirteknar til að forðast endurtekningu og gefa til dæmis annarri svæðum.

Núverandi 10 kV útflutningarrásir í 110 kV hovshús er nokkrum tíma notaðar kabel útflutningar, sem aukar mjög efnagrunnstreymi einhliða villu í 10 kV kerfinu. Til að dæma ofanmarkavæði við einhliða ground faults, 110 kV hovshús hafa byrjað að setja upp grundunartransformatorar til að framkvæma low-resistance grundunarkerfi, að mynda zero-sequence current path. Þetta leyfir valdir zero-sequence skydd til að dreifa ground faults eftir villostað, forðast bogaendurtekningu og ofanmarka, sem tryggir örugga ríf til rásartækja.

Frá 2008 hefur ákveðið svæðisnetið uppfært 10 kV kerfi 110 kV hovshúsa til low-resistance grundunar með stillingu grundunartransformatora og tengdra skyddsræktar. Þetta leyfir hratt dreifingu allra 10 kV útflutningarrása ground faults, með minnstum áhrifum á netið. En nýlega hafa fimm 110 kV hovshús í svæðinu orðið misoperations af grundunartransformatorsskyddi oft, sem valdi hovshús útsetningum og alvarlegum rásstöðugleika. Því miður er mikilvægt að finna ástæður og framkvæma réttindi aðgerðir til að halda svæðisnet öryggis.

1. Greining á ástæðum fyrir misoperation af grundunartransformatorsskyddi

Þegar 10 kV útflutningarrás gerist ground short-circuit fault, ætti zero-sequence skydd á villaútflutningarrásinni í 110 kV hovshúsinu að virka fyrst til að dreifa villuna. Ef ekki gert rétt, mun zero-sequence skydd grundunartransformatorar virka sem backup, að dreifa bus tie breykir og bæði hliðar hovshusatransformatorar til að dreifa villuna. Þannig er rétt virkni 10 kV útflutningarrás skyddar og breykir mikilvæg fyrir rásöryggi. Tölfræðileg greining á misoperations í fimm 110 kV hovshús sýnir að aðalárstæða er misoperation af 10 kV útflutningarrás skyddi.

Principle of 10 kV Feeder Zero-Sequence Protection:

Zero-sequence CT sampling → Feeder protection activation → Circuit breaker tripping.
Frá þessu skilyrði eru zero-sequence CT, feeder protection relay, og circuit breaker mikilvæg hlutar fyrir rétt virkni. Eftirfarandi greinar misoperation ársakir frá þessari högun:

1.1 Zero-sequence CT villa sem valdi misoperation af grundunartransformatorsskyddi.
Þegar 10 kV útflutningarrás gerist ground fault, þá dregur zero-sequence CT á villaútflutningarrásinni villustraum, sem virkar skydd til að dreifa villuna. Samhliða því dregur zero-sequence CT á grundunartransformatorinn villustraum og virkar skydd. Til að tryggja selectivity, er 10 kV útflutningarrás zero-sequence skydd sett með lægri straum og styttri tíma en grundunartransformatorsskydd. Straumsstillingar: grundunartransformator—75 A primary, 1.5 sekúndur til að dreifa 10 kV bus tie, 1.8 sekúndur til að blokkera 10 kV auto-transfer, 2.0 sekúndur til að dreifa transformator low-voltage side, 2.5 sekúndur til að dreifa bæði hliðar; 10 kV útflutningarrás—60 A primary, 1.0 sekúndur til að dreifa breykir.

En CT villur eru óþarfi. Ef grundunartransformator CT hefur -10% villa og útflutningarrás CT hefur +10% villa, þá verða raunverulegu virkni straumar 67.5 A og 66 A—næst jafn. Með að vera aðeins á tíma gradation, getur 10 kV útflutningarrás ground fault auðveldlega valdi grundunartransformator zero-sequence overcurrent skydd til að virka fyrir tíma.

1.2 Rangur kabel shield grounding sem valdi misoperation.
110 kV hovshús 10 kV útflutningarrásar nota shielded cables með shield grounded á bæði endum—vanaleg EMI mitigation aðgerð. Zero-sequence CTs eru toroidal tegund sett á kabel við switchgear outgoing terminals. Þegar ground faults gerast, unbalanced currents dregur signal í CT til að virka skydd. En með bæði-endar shield grounding, dregur induced currents í shield líka í gegnum zero-sequence CT, sem myndar falsk signals. Ef ekki rétt með ósk, þá harmar það feeder zero-sequence skydd nákvæmni, sem valdi grundunartransformator backup tripping.

1.3 10 kV útflutningarrás skydd misskeypt sem valdi misoperation.

Nútíma mikilvirkju relays bera betri árangur, en mismunandi framleiðslu gæði og slemba hittu eru ennþá vandamál. Villustofnun sýnir að power supply modules, sampling boards, CPU boards, og trip output modules í 10 kV útflutningarrás skydd eru mestar villur. Undantekin villur geta valdi skydd misskeypt, sem valdi grundunartransformator misoperation.

1.4 10 kV tengisbrotavirkja skekkja veldur rangvirkni.
Með aldrun, tíðum rekstri eða afbrigði í gæðum hafa villur í 10 kV rafbúnaði – sérstaklega í stýringarkerfum – aukist. Á fátækjum fjallaeignum eru eldri GG-1A rafbúnaðir enn í notkun með hærri jarðleka hlutföll. Jafnvel ef núllröðuvernd virkar rétt, veldur brotavirkjans villa (t.d. brennt útslökkvivindla sem krefst virkni) rangvirkni jörðunarveitu.

1.5 Hátt viðnám jarðleka á tveimur 10 kV tengi (eða alvarlegur einn háviðnáms jarðleki) veldur rangvirkni.
Þegar tveir tengir fá jarðleka í sömu fasa með hátt viðnám gætu einstök núllröðustraumar verið undir 60 A afbrugðslumarki (t.d. 40 A og 50 A), svo að tengiverndir gefa eingöngu viðvörun. En samtals straumurinn (90 A) fer yfir stillingu jörðunarveitunnar á 75 A, sem veldur óviðunandi afbroti. Með öllum 10 kV tenglum í snúru geta venjulegir grunnsræðingarstraumar náð 12–15 A. Jafnvel einn alvarlegur háviðnáms jarðleki (t.d. 58 A) ásamt venjulegum grunnsræðingarstraumi nær 75 A. Kerfis sveiflur gætu þá auðveldlega valdið rangvirkni jörðunarveitu.

2.Aðgerðir til að koma í veg fyrir rangvirkni jörðunarveituverndar

Á grundvelli ofangreindrar greiningar eru eftirfarandi aðgerðir bent á:

2.1 Til að koma í veg fyrir CT villu sem veldur rangvirkni
Notaðu góð gæði núllröðu CT; prófaðu CT eiginleika náið áður en sett er upp og hafnaðu öllum sem hafa >5% villu; stilltu verndarvirknunargildi byggð á aðalstraumi; staðfestu stillingar með aðalstraums innflutningsprófun.

2.2 Til að koma í veg fyrir rangt skjól jarðleka

• Skjólsleiðarar snúra verða að fara niður í gegnum núllröðu CT og vera einangraðir frá snúruskálfunum. Engin jarðhneppi skal vera áður en leiðari fer í gegnum CT. Sýnið metallenda fyrir aðalstraums innflutningsprófun; einangraðu restina örugglega.

• Ef jarðhneppispunktur skjólsins er undir CT skal leiðarinn ekki fara í gegnum CT. Forðastu að leiða skjólsjarðhneppileiðara í gegnum miðju CT.

• Styrktu tæknikennslu svo að relé- og snúrustaff verpi fullt samanburður CT og aðferðir við uppsetningu skjólsjarðleka.

• Styrktu móttökufyrirmæli með sameiginlegri inspectíon milli relé-, rekstri- og snúrustaffs.

2.3 Til að koma í veg fyrir tengiverndarbrot
Veldu reyndar, traustar verndarvélir; skiptu út eldri eða tíðum gallanlegum einingum; aukið við viðhald; settu upp loftrásar og loftkælingu til að koma í veg fyrir háhita rekstur.

2.4 Til að koma í veg fyrir 10 kV tengisbrotavirkjabrot
Notaðu traustan, fullorðin rafbúnað; farið úr eldri GG-1A kassa og beitið lokuðum gerðum með fjöður- eða motorhleðslu; viðhaldið stýringarkerfum; notaðu CT af góðu gæði.

2.5 Til að koma í veg fyrir rangvirkni vegna háviðnáms jarðleka
Farið strax í umferð og lagfærið tengi við núllröðu viðvörun; minnktu lengd tengja; jafnvigtu fasalast til að lágmarka venjulega grunnsræðingarstrauma.

3. Lokahugmynd

Eftir sem fleiri svæðisnet setja upp jörðunarveitu og tengdar vernd til að bæta uppbyggingu og stöðugleika, benda endurtekin atvik um rangvirkni á nauðsyn á að leysa slæm áhrif. Þessi grein greinar helstu orsakir rangvirkingar jörðunarveituverndar og leggur fram gegengildi, og veitir leiðbeiningar fyrir svæði sem hafa sett upp eða ætla að setja upp slík kerfi.