Землеустановыш трансформаторының қорғауы: 110кВ түрткілеріндегі жалған жұмыс себептері және оларға қарсы шешімдер
Қазақстандың энергетикалық жүйесінде 6 кВ, 10 кВ және 35 кВ тармактары көбінесе нейтраль нүктесі жерге түсірілген режимде іске қосылады. Тармактағы негізгі трансформатордың қолдану напряциясы көбінесе дельта конфигурациясына байланысты, бұл нейтраль нүктесін жерге түсіру үшін қоюға мүмкіндік бермейді.
Егер нейтраль нүктесі жерге түсірген системада бір фазалық жерге түсіру ауытысуы болса, фазалар арасындағы напряциялық үшбұрыш симметриялы болады, бұл пайдаланушылардың жұмысына ең кіші әсер етеді. Осында, өнеркәсіби ток (10 А-ден аз) өте аз болғанда, біраз уақытқа өтуі мүмкін, бұл энергия қамтамасыз ету достығын және электр энергиясының тоқталуын азайтуда өте эффективті.
Бірақ, энергетикалық индустрияның үнемі өнімділігі мен өсуімен, бұл қарапайым ықтималдық тағы бірқатар талаптарды орындау үшін жетіспей қалады. Жаңа қала энергетикалық тармактарында кабель тармактарының қолданылуы артқан сайын, өнеркәсіби ток (10 А-нан астам) өте көп болып келеді. Бұл шарттарда, жер ауытысу аркасын надија түрінде соңға ұшырай алмайды, мынадай қаражаттарға әкеледі:
Бір фазалық жерге түсіру аркасының үнемі соңға ұшырауы мен қайта жарылуы 4U (мұнда U - максималды фазалық напряция) немесе одан да жоғары амплитудадағы жерге түсіру аркасын ұзын уақытқа ұшыратады. Бұл электр техникалық құрылғылардың изоляциясына өте зор қауіп тудырады, аз қауіпсіздікті нүктелерде бұзылуы мүмкін, бұлда үлкен жеңілдіктер болады.
Тұрақты аркасы түсіру ауытқуы ауаға ионизация тудырады, айналысқа жақын ауадағы изоляцияны бұзатын, бұл айналысқа жақын аркасын қолдануға ыңғайлаштырады.
Феррорезонансиялық ауытқуы ыңғайлаштырылатын, потенциалды трансформаторларды (PT) және жарық ауытқуын басқаратын құрылғыларды қолдануға ыңғайлаштырылатын, осы құрылғылардың басқысында, қараңғы құбылыстарға ыңғайлаштырылады. Бұл қаражаттар энергетикалық тармак құрылғыларының изоляциясына өте зор қауіп тудыратын, энергетикалық жүйенің қауіпсіздігіне ыңғайлаштырылады.
Осы қаражаттарды алдын алу үшін және нөлдік ток және напряцияның қажетті мөлшерін қамтамасыз ету үшін, нейтраль нүктесін өнімдерле құрастыру қажет. Осы мақсатта, жерге түсіру үшін трансформаторлар (адетте "жерге түсіру модулі" деп аталады) өнімдерленген. Жерге түсіру трансформаторы өнімдерле нейтраль нүктесін және жерге түсіру резисторын құрастырады, адатта өте төмен резистивтік мәнге (көбінесе 5 омнан төмен) ие болады.
Осында, электромагниттік қасиеттеріне байланысты, жерге түсіру трансформаторы оң және теріс секвенциялық токтарға өте жоғары импеданс көрсетеді, тек өте аз әрекетті ток құрылғының виткалары арқылы өтеді. Арқылық әрбір ядро бөлігінде, виткалар кері бағытта бір-біріне қарама-каршы қойылады. Егер тең нөлдік токтар бір ядро бөлігіндегі виткалар арқылы өтсе, олар өте төмен импеданс көрсетеді, бұл нөлдік секвенциялық шарттарда виткалардың арасындағы напряцияның өтуін минималдауға ыңғайлаштырады.
Жерге түсіру ауытқуы болғанда, оң, теріс және нөлдік секвенциялық токтар виткалар арқылы өтеді. Витка оң және теріс секвенциялық токтарға өте жоғары импеданс көрсетеді, бірақ нөлдік ток үшін, бір фазадағы екі витка кері бағытта сериялық байланысқа қойылады. Олардың индуцирленген ЭДС-тері өлшемінде тең, бірақ бағытында кері, олар бір-бірін жою үшін өте төмен импеданс көрсетеді.
Көптеген қолданыстарда, жерге түсіру трансформаторлар тек өте төмен резисторлы нейтраль нүктесін құрастыру үшін қолданылады және қандай да бір жүкке қолданылмайды; сондықтан, көптеген жерге түсіру трансформаторлар екінші виткасыз жасалады. Нормалды тармактың қызмет күнінде, жерге түсіру трансформаторы өте аз жүкпен қызмет етеді. Бірақ, ауытқуы болғанда, ол көп уақытқа қолданылады.
Нейтраль нүктесін өте төмен резистормен жерге түсірген системада, бір фазалық жерге түсіру ауытқуы болғанда, өте сезімді нөлдік қорғау әріп-әріп ауытқуын табып, қысқа уақытқа қолданылады. Жерге түсіру трансформаторы тек ауытқуы болған уақытқа мен нөлдік қорғау әріп-әріп ауытқуын табуға дейін қызмет етеді. Осы уақытқа, нөлдік ток нейтраль жерге түсіру резисторы арқылы және жерге түсіру трансформаторы арқылы өтеді, бұл формула бойынша есептеледі
мұнда U - система фазалық напряциясы, R1 - нейтраль жерге түсіру резисторы, R2 - жерге түсіру ауытқуының қосымша резисторы.
Жоғарыда айтылған анализ бойынша, жерге түсіру трансформаторлардың қызмет ету қасиеттері: узун мерзімде аз жүкпен қызмет ету және қысқа мерзімде өте жоғары жүкпен қызмет ету.
Жалпысынан, жерге түсіру трансформаторы өнімдерле нейтраль нүктесін жасап, жерге түсіру резисторын қолдануға мүмкіндік береді. Жерге түсіру ауытқуы болғанда, ол оң және теріс секвенциялық токтарға өте жоғары импеданс, бірақ нөлдік ток үшін өте төмен импеданс көрсетеді, бұл жерге түсіру қорғау әріп-әріп ауытқуын табуға мүмкіндік береді.
Азықтай, подстанцияларда орнатылған жерге түсіру трансформаторлар өзара екі мақсатын қолданады:
Подстанцияға көмекші қолдану үшін төмен напряциялы AC энергиясын қамтамасыз ету;
10 кВ жағында өнімдерле нейтраль нүктесін жасау, бұл арқылы аркасын басқаратын спиральмен бірге 10 кВ бір фазалық жерге түсіру ауытқуында өнеркәсіби жерге түсіру токаға компенсация жасау, бұл ауытқу нүктесіндегі аркасын соңға ұшыруға мүмкіндік береді. Принципы төмендегідей:
Үш фазалы энергетикалық тармактың барлық ұзындығында, фазалар арасында және аралықта және аралықта және жер арасында өнеркәсіби токтар бар. Егер тармак нейтраль нүктесін жерге түсірген болса, бір фазалық жерге түсіру ауытқуы болғанда, ауытқу фазасының фазалық жерге түсіру токтары нөлге айналады, бірақ екінші екі фазаның фазалық жерге напряциясы √3 есе артады. Бұл артуы қауіпсіздікті қамтамасыз ету үшін дизайналанған изоляцияға өте үлкен емес, бірақ олардың фазалық жерге токтарын арттырады.
Бір фазалық жоғалтыш уақытында өткізгіш түрде жоғалтыш ағымы нормалды бір фазадағы өткізгіш ағымдың төменгі сегіз есе қатты болады. Бұл ағым үлкен болғанда, ол айырмашылықпен ауыртастыруға себеп болады, сонымен қатар LC резонанс циклінде (сеть индуктивтілігі мен өткізгіштіктің құрылған) ауыртастыруға жол ашылады, оның мөлшері фазалық напругалықтан 2,5-3 есе үлкен болады. Сеть напругасы үлкен болғанша, сондай-ақ өткізгіш түрде жоғалтыш ағымының өзара әсері де үлкен болады. Сондықтан, 60 кВ-тен төмен системалар тек өткізгіш түрде жоғалтыш ағымдарының өте аз болуына қарай нейтраль нүктесіне қосылғансыз ишлей алады. Жоғары напругалық деңгейлер үшін нейтраль нүктесін земляге импеданс арқылы қосу үшін земле қосу трансформаторы қолданылуы керек.
Егер электростанцияның негізгі трансформаторының 10 кВ жағы дельта немесе Y-қосылғыштарымен, нейтраль нүктесіз қосылса, және бір фазалық өткізгіш түрде жоғалтыш ағымы үлкен болса, ауыртастыру спиралына қосылу үшін жасалма нейтраль нүктені жасау үшін земле қосу трансформаторы қажет. Бұл жасалма нейтраль земле қосу системасын құрайды - бұл земле қосу трансформаторының негізгі функциясы. Нормалды іске қосу уақытында земле қосу трансформаторы баланстап тұратын сеть напругасын қабылдайды және ғана әлсіз ағым (бос іске қосу) өтеді.
Нейтраль-земле потенциалдық айырмашылығы нөл (ар ауыртастыру спираласынан пайда болған қиылыс ауыртастыру напругасын ескермеумен), және ауыртастыру спираласы арқылы ағым өтпейді. Егер C-фазасы-земле қысқартуы пайда болса, үш фазадағы асимметрия нәтижесінде пайда болған нөлдеуісі напругасы ауыртастыру спираласы арқылы землеге өтеді. Ауыртастыру спираласында пайда болған индуктивтік ағым өткізгіш түрде жоғалтыш ағымын компенсациялап, жоғалтыш нүктесіндегі ауыртастыруды жоюға қолданылады.
Неңселерде, белгілі бір аймақтағы 110 кВ электростанцияларында земле қосу трансформаторының қорғауының неше рет қате іске қосылуы пайда болды, бұл сеть стабилділігіне қатты әсер етті. Табиғатты әрекеттердің себептерін анықтау үшін талдау жүргізілді, сонымен қатар қайталануын басқару үшін сәйкес шешімдер қолданылды және басқа аймақтар үшін салыстыру мақсатында қолданылады.
Азықта, 110 кВ электростанцияларында 10 кВ шығындары кабельден шығу үшін өнімдерін қолдану үнімделіп отыр, бұл 10 кВ системадағы бір фазалық өткізгіш түрде жоғалтыш ағымын өткізеді. Бір фазалық жоғалтыш уақытында ауыртастыру мөлшерлерін басқару үшін, 110 кВ электростанциялары земле қосу трансформаторларын қолданып, төмен импеданс басқару схемасын қолдануды бастады, бұл нөлдеуісі ағым жолын құрайды. Бұл қатаң нөлдеуісі қорғау арқылы жоғалтыш нүктесіне қарай қатты бақылау жүргізуге мүмкіндік береді, ауыртастыру және ауыртастыру қайта қалпына келтіруін басқару арқылы сеть құрылғыларына қауіпті тағам етуге мүмкіндік береді.
2008 жылдан бастап, белгілі бір аймақтық сеть 110 кВ электростанцияларының 10 кВ системасын земле қосу трансформаторлары және сәйкес қорғау құрылғыларын орнату арқылы төмен импеданс басқаруға өңдірді. Бұл қандай да бір 10 кВ шығындағы жоғалтышты тез қосуға мүмкіндік береді, сетьге әсерін минималдандырады. Бірақ, соңғы уақытта, аймақтағы бес 110 кВ электростанциясында земле қосу трансформаторының қорғауының қайталануы пайда болды, бұл электростанциялардың құрылғыларын қосуына және сеть стабилділігіне қатты әсер етті. Сондықтан, себептерді анықтау және туессіз қадамдарды қолдану аймақтық сеть қауіпсіздігін сақтау үшін маңызды.
1. Земле қосу трансформаторының қорғауының қате іске қосылуының себептерін талдау
10 кВ шығында земле қысқартуы пайда болғанда, 110 кВ электростанциясындағы қате шығындағы нөлдеуісі қорғау іске қосылуы керек, содан кейін қате қосылуы керек. Егер ол тура қосылмаса, земле қосу трансформаторының нөлдеуісі қорғауы қолданылатын қосуын қолданады, автобус байланыс қосуын және негізгі трансформатордың екеуін қосады. Демек, 10 кВ шығын қорғау және қосуының тура қосылуы сеть қауіпсіздігіне маңызды. Бес 110 кВ электростанциясындағы қате қосылулардың статистикалық талдауы 10 кВ шығындарының земле қысқартуын тура қосуынан кейінгі қателіктерден қателіктердің негізгі себепі болып табылады.
10 кВ шығындарының нөлдеуісі қорғауының принципі:
Нөлдеуісі CT өңдеу → Шығын қорғауының іске қосылуы → Қосуының қосылуы.
Бұл принциптен, нөлдеуісі CT, шығын қорғауы және қосуы тура қосылуы үшін маңызды құрылғылар. Келесі нөлдеуісі қорғауының қателіктерін талдайды:
1.1 Нөлдеуісі CT қателігі земле қосу трансформаторының қорғауының қате іске қосылуына әкеледі.
10 кВ шығында земле қысқартуы пайда болғанда, қате шығындағы нөлдеуісі CT қате ағымын анықтайды, оның қорғауы қате қосуын қосады. Содан кейін, земле қосу трансформаторының нөлдеуісі CT да қате ағымын анықтайды және қорғауын қосады. Себебі, 10 кВ шығындарының нөлдеуісі қорғауы земле қосу трансформаторының қорғауынан төмен ағым және қысқа уақыт параметрлерімен орнатылады. Ағым параметрлері: земле қосу трансформаторы - 75 А бастапқы, 1,5 с 10 кВ автобус байланыс қосуы, 1,8 с 10 кВ автоматтық қосуын басқылау, 2,0 с трансформатордың төмен напругалық жағы, 2,5 с екеуін қосу; 10 кВ шығын - 60 А бастапқы, 1,0 с қосуын қосу.
Бірақ, CT қателіктері қолданылатын. Егер земле қосу трансформаторының CT-сында -10% қате, ал шығын CT-сында +10% қате болса, нақты іске қосылу ағымдары 67,5 А және 66 А болады - дербесдей тең. Уақыт параметрлеріне тəуелсіз, 10 кВ шығындағы земле қысқартуы земле қосу трансформаторының нөлдеуісі ағым қорғауын қосуына әкеледі.
1.2 Қате кабель қорғауы қате іске қосылуына әкеледі.
110 кВ электростанцияларында 10 кВ шығындары қорғауы бар кабельдер қолданылады, бұл EMI қолданылатын практика. Нөлдеуісі CT-лер торшы түрінде, шығын кабинеттерінің шығыс терминалдарында орнатылады. Земле қысқартуы пайда болғанда, біртектісіз ағымдар CT-де сигналдар қосылады, қорғауы қосылады. Бірақ, екеуін қосуымен, қорғау қосылған ағымдар да нөлдеуісі CT арқылы өтеді, жалған сигналдар қосылады. Егер тура қосылуы болмаса, бұл 10 кВ шығындарының нөлдеуісі қорғауының дәлдігін басқаруға әкеледі, земле қосу трансформаторының резерв қорғауы қосылады.
1.3 10 кВ шығындарының қорғауының қате іске қосылуы қате іске қосылуына әкеледі.
Жаңа микропроцессорлық реле қорғауының қызметі жақсартылады, бірақ әр түрлі өндірушілердің сапасы және жылу айналуының қындығы әлі де проблемалар. Қате статистикасы 10 кВ шығындарының қорғауындағы энергия модулдері, өңдеу тақталары, CPU тақталары және қосу қызметтері қате қосылуына әкеледі. Анықталмаған қателер қорғау қате қосылуына әкеледі, земле қосу трансформаторының қорғауы қосылады.
1.4 10 кВ жұмысқа алу арқылы нәтижесінде қате ағу.
Ескіріп, сирек қолданылатын немесе табиғи сапа мәселелерінен 10 кВ коммутаторларының - әсіресе басқару цептеріндегі - қындықтары артып келе жатыр. Даму деңгейі төмен ауыл шаарларында, ескі GG-1A коммутаторлары әлі де қолданылып, жерге қосылу мүмкіндігі жоғары. Нөлдік тәртібті қорғау дұрыс ишлейді деп есептесек те, ағушының қындығы (мисалы, ағу спиральі жылтылған) земляной трансформатордың қате ағуына әкеледі.
1.5 Екі 10 кВ жұмысқа алу линиясында (немесе бір тяжелі қатаң затта) жоғары инпеданс жерге қосылу қындығының қате ағуына әкелуі.
Егер екі линияда бірдей фазада жоғары инпеданс жерге қосылу қындығы пайда болса, әрбір нөлдік тәртібті ағым 60 А ағу порогынан төмен (мисалы, 40 А және 50 А) болуы мүмкін, сондықтан линия қорғаулары тек хабарлауға ғана әкеледі. Бірақ қосылған ағым (90 А) земляной трансформатордың 75 А параметрінен астам, ол өте жылдам ағуға әкеледі. Толық кабельден құрылған 10 кВ жұмысқа алу линияларында, нормалды капаситивті ағымдар 12-15 А-ға жетуі мүмкін. Егер бір тяжелі қатаң заттағы қындық (мисалы, 58 А) және нормалды капаситивті ағым қосылса, ол 75 А-ға жеткізеді. Система осцилляциялары земляной трансформатордың қате ағуына әкелуі мүмкін.
2. Земляной трансформатор қорғау қате ағуын басқару үшін қолданылатын әдістер
Жоғарыда берілген талдауға негізделе отырып, мынадай әдістер ұсынылады:
2.1 CT қателерінен қате ағуын басқару үшін
Жақсы сападағы нөлдік CT-лерді қолдану; орнату алдында CT қасиеттерін тыңдатып, >5% қате бар CT-лерді реттеу; қорғау қабылдау мәндерін негізгі ағымға негізделе отырып орнату; негізгі іріктеме тесттері арқылы мәндерді тексеру.
2.2 Кабель қорғау қателерін басқару үшін
Кабель қорғау қатарының проводтары нөлдік CT арқылы төмен өтуі керек және кабель қорғау қатарынан изолациялануы керек. CT арқылы өткен жерде қорғау қосылуы болмауы керек. Металл бұталарын негізгі іріктеме тесттері үшін ашық қалдыру; басқа бөліктерді надежно изолациялану.
Егер қорғау нүктесі CT-тен төмен болса, провод CT арқылы өтпеуі керек. Қорғау қатарының проводын CT-нің ортасы арқылы өткізуінбегендік.
CT және қорғау қатарының орнату әдістерін толығымен түсіну үшін техникалық білімділікті арттыру.
Релей, иш-ақыр, кабель командаларының ортақ тексеру процедураларын күшейту.
2.3 Жұмысқа алу қорғау қындығын басқару үшін
Денсаулыққа ие, ыңғайлы қорғау құрылғыларын таңдау; ескі же сиректі қындықтарға ұшырайтын құрылғыларды ауыстыру; қызмет ету процесін жақсарту; жылқы иш-ақыр үшін кондиционер және вентиляция қолдану.
2.4 Жұмысқа алу арқылы қындықты басқару үшін
Денсаулыққа ие, дәл құрылғыларды қолдану; ескі GG-1A шкафдарын жабық, пружиналық немесе электр қозғалтқышы бар түрлермен ауыстыру; басқару цептерін қызмет ету; жақсы сападағы ағу спиралілерін қолдану.
2.5 Жоғары инпеданс қындығын басқару үшін
Нөлдік хабарлау үшін деректерді жоғары инпеданс қындығының пайда болуынан кейін кезінде қарау және төзілу; жұмысқа алу линияларының ұзындығын азайту; фазалардың жүктерін теңестіру, нормалды капаситивті ағымдарды минималдау.
3. Пікір
Больше региональных сетей устанавливают заземляющие трансформаторы и связанные с ними системы защиты для улучшения структуры и стабильности, повторяющиеся случаи неправильного срабатывания подчеркивают необходимость решения неблагоприятных последствий. В данной статье анализируются основные причины неправильного срабатывания защиты заземляющего трансформатора и предлагаются меры противодействия, предоставляя руководство для регионов, которые уже установили или планируют установить такие системы.
