Protezzjoni ta’ Trasformatur tal-Terra: Kausi ta’ Operazzjonijiet Ħażina u Misħellgħun fl-Immaġġar 110kV

Fl-Isostil, il-6 kV, 10 kV, u 35 kV gridi solitamente adottaw l-operazzjoni tal-punt neutrali mhux mmexxi. Il lat laterali tal-distribuzzjoni tal-voltaggju tal-trasformatur prinċipali fil-grid hu sovent ikkonektat bl-konfigurazzjoni delta, li ma jipprovdiex punt neutrali għall-konezzjoni tal-resistanza tal-mexxija.

Meta jiġi verifikat erba’ ta’ miftuħ fil-sistema tal-punt neutrali mhux mmexxi, it-trojka tal-voltaggi bini-bini tigħaddi simmetrija, li tagħmel impatt minuri fuq l-operazzjonijiet tal-utenti. Fuq il-għalb, meta l-kurrent kapassittiv hu relattivament żgħir (infernur minn 10 A), dawn il-miftuħi etàriji jistgħu jsiru estinti spontanji, li hu effettivament importanti biex jiżdiedu l-affidabilità tal-fornitura tal-enerġija u biex innaqqsu l-inċidenti tal-miftuħi.

Imma, bil-kontinwa espansjoni u svilupp tal-industrija tal-enerġija, dan il-mod ta’ operazzjoni simpli ma jikkonformax iż-żieda tal-domandijiet attwali. Fil-grid urban modern, l-użu mhux qasir tal-kiti tal-kabli ġie lill-kurrenti kapassittivi akbar (ta’ aktar minn 10 A). F’dawn il-kondizzjonijiet, l-arċ ta’ miftuħ ma jistax jiġi estint fided, li jagħmel il-konsegwenzi segwenti:

• Il-speġniment u rinnovazzjoni intermitenti tar-rispost ta’ miftuħ bini-bini jipprodusaw overvoltaggi ta’ arċ ta’ miftuħ, li jistgħu irraggiungu amplitudni ta’ 4U (fejn U hu l-voltaggju ta’ fasa ta’ pinn) jew aktar, u jidheru għad-durata. Dan ipprezenta perikolu gravi għall-isolazzjoni tal-apparat elettriku, li jistgħu jiġu spezzati fil-punti tal-isolazzjoni dħoħfa u jgħoddew xejn kbir.

• Il-mexxija sostenuta taqsam l-ajr, li tipprovdied l-isolazzjoni tal-ajr ċirkuwindanti, u jgħin l-iżmirga tal-fasi bini-bini tkun aktar probabbli.

• Jistgħu jipprodotti overvoltaggi ta’ ferroresonanza, li sevrament jidammagjaw il-trasformaturi potenzjal (PTs) u l-protekturi kontro l-overvoltaggi, u fl-każijiet severi, jistgħu jipprodaw esplozzjonijiet tal-protekturi. Dawn il-konsegwenzi jagħmlu perikolu serju għall-isolazzjoni tal-apparat tal-grid u jminġħu l-operazzjoni sigura tas-sistema tal-enerġija.

Biex tippreveni l-avvenimenti hawn fuq u biex tipprovdi kurrenti u voltaggi ta’ sequenza zero sufficenti għall-operazzjoni fid ed tal-protezzjoni ta’ miftuħ, hu neċessarju li jikkonnessjaw punt neutrali artifìċjali biex tippermettu l-konezzjoni tal-resistanza tal-mexxija. Biex isoddisfi din il-necessita, saru disviluppati trasformaturi ta’ mexxija (spiss imsejħa "unitajiet ta’ mexxija"). It-trasformatur ta’ mexxija jikkonnessja punt neutrali artifìċjali b'resistanza ta' mexxija, tipikalment b'valur ta' resistanza relattivament żgħir (solitament infernur minn 5 ohmi).

Liema, għal raġunijiet elettromagnetiki, it-trasformatur ta’ mexxija jippreżenti impedanza għoli għal kurrenti ta’ sequenza pozitiva u negativa, li jpermetti biss kurrenti ta’ ekcitazzjoni żgħar li jaffluwat fit-teljiet tiegħu. Su kull ħaġġa tal-qalb, huma mitlufa teljiet bi dawk direzzjonijiet opposti. Meta kurrenti ta’ sequenza zero ugwalifluwat fit-teljiet su l-istess ħaġġa tal-qalb, huma jippreżenti impedanza bassa, li jgħodda nifs minimu tal-voltaggju ftit-teljiet taż-żieda ta’ sequenza zero.

Meta jiġi verifikat erba’ ta’ miftuħ, kurrenti ta’ sequenza pozitiva, negativa, u zero iffluwat fit-teljiet. It-teljiet jippreżenti impedanza għoli għal kurrenti ta’ sequenza pozitiva u negativa, imma għal kurrent ta’ sequenza zero, it-teljiet su l-istess fasa huma miżżew fis-serje b'direzzjonijiet opposti. L-forza mottriċi indotta hi ugwal fil-valur imma opposta fid-direzzjon, li jgħoddu l-un lill-ieħor, li jippreżenti impedanza bassa.

Fil-kazuri mhux qasir, it-trasformatur ta’ mexxija jikkonnessja biss biex tipprovdi punt neutrali mal-resistanza ta’ mexxija żgħira u ma jipprovdiex kwalunkwe karigg; għalhekk, ħafna trasformaturi ta’ mexxija huma disegnati mingħajr teljiet sekondari. Fl-operazzjoni normali tal-grid, it-trasformatur ta’ mexxija joperat essenzjalment f’stat ta’ karigg null. Imma, meta jiġi verifikat erba’, jporta kurrent tal-erba’ għal perjodu qasir ta’ żmien. 

Fis-sistema tal-mexxija tal-punt neutrali ta’ resistanza bassa, meta jiġi verifikat erba’ ta’ miftuħ bini-bini, il-protezzjoni ta’ sequenza zero sensibbli jidentifikaw u jisilgaw temporanjamint il-linia defektiva. It-trasformatur ta’ mexxija jkun attiv biss fit-tqas għal qasir bejn il-verifikazzjoni tal-erba’ u l-operazzjoni tal-protezzjoni ta’ sequenza zero biex jelimina l-erba’. Dak il-ħin, il-kurrent ta’ sequenza zero ifluwtwa permezz tal-resistanza tal-mexxija neutrale u tal-trasformatur ta’ mexxija, skont il-formola

fejn U hu l-voltaggju tal-fasa tas-sistema, R1 hu l-resistanza tal-mexxija neutrali, u R2 hu r-resistanza addizzjonali fil-loop tal-erba’.

Bis-salva tal-analiżi hawn fuq, il-karatteristiċi operattivi tal-trasformaturi ta’ mexxija huma: operazzjoni ta’ karigg nulla f’durata lunga, u kapabbiltà ta’ karigg sovrastanti f’durata qasira.

Infine, it-trasformatur ta’ mexxija jikkonnessja punt neutrali artifìċjali biex tippermetti l-konezzjoni tal-resistanza tal-mexxija. Meta jiġi verifikat erba’, jippreżenti impedanza għoli għal kurrenti ta’ sequenza pozitiva u negativa imma impedanza bassa għal kurrent ta’ sequenza zero, li jgħin lil-protezzjoni ta’ erba’ tiġi operata fid ed.

Attualment, it-trasformaturi ta’ mexxija installati fil-sottostazzjonijiet għandhom dawk l-obbligazzjonijiet:

• Tipprovdi karrent alternativ ta’ voltaggju bass ta’ għażla għal użu ausiliarju tal-sottostazzjoni;

• Jikkonnessja punt neutrali artifìċjali fuq is-silġ 10 kV, li meta jikkombinaw ma’ spira tal-mexxija, ikkompensaw il-kurrent tal-erba’ kapassittiv waqt l-erba’ ta’ miftuħ bini-bini ta’ 10 kV, bl-ħsieb li jispeġnu l-arċ fil-punt tal-erba’. Il-prinċipju hu hekk:

Fl-aħħar tal-kiti tal-transmissjoni tas-sistema tal-enerġija tri-fase, jinkunu kapassità bejn l-ifsar u bejn kunkurs ifsar u t-talb. Meta l-neutral tas-sistema ma jkunx mmexxi solidament, il-kapassità tal-ifsar tal-erba’ ta’ fasa tal-erba’ tigħaddi null, waqt li l-voltaggi tal-ifsar tal-erba’ tal-ifsar oħra jirrislu għal √3 darba l-voltaggju normali tal-ifsar. Anki fejn din l-aumentazzjoni tal-voltaggju ma toverfasx l-forza tal-isolazzjoni disegnata għas-sigurtà, tizdied il-kapassità tal-ifsar tal-erba’ tagħhom. 

Il-flus tal-falt tal-terra kapasitiv waqt il-falt ta' faza wahda huwa approssimativament tersa l-ammont normali tal-flus kapasitiv għal kull faza. Meta dan il-flus huwa kbir, jista’ sikkil ħafna l-għarġ intermittenza, li tellej għall-sovrafflu tal-kurkunta LC formata mill-induttanza tal-građ u tal-kapacità, bl-aċċessjoni ta’ 2.5 sa 3 darba l-volt tal-faza. L-iżraq iktar lil građ, iktar riskju minn din is-sovrafflu. Għalhekk, biss is-sistemi ta' inqas minn 60 kV jistgħu jioperaw bil-neutrali mhux imxarrab, għax il-flus tal-falt kapasitiv ta’ faza wahda tagħhom huwa relativament żgħir. Għal livelli ta’ iżraq akbar, għandu ikun użu trasformatur ta’ xarġ biex jikkonektja l-punt neutrali permezz tal-impedanza mal-terra.

Meta l-lanċa ta' 10 kV ta’ trasformatur prinċipali ta’ stazzjonijiet kurrent elektrik tkun mikonnessa f’delta jew wye mingħajr punt neutrali, u l-flus tal-falt kapasitiv ta’ faza wahda huwa kbir, huwa meħtieġ trasformatur ta’ xarġ biex jikkrejaw punt neutrali artifiċjal, li jippermetti l-konnessjoni ma’ spira tan-negazzjoni tal-ark. Dan jagħmel sistemu ta’ xarġ neutrali artifiċjali – l-funzjoni prinċipali tal-trasformatur ta’ xarġ. Waqt l-operazzjoni normali, it-trasformatur ta’ xarġ jisbiba l-volt tal-građ bil-ħolqien u jinkludi biss flus elettriku żgħir ta’ motivażjoni (kundizzjoni mingħajr cariga).

Il-differenza potenzjali bejn il-neutrali u l-terra hija żero (ignorjando l-volt minori tal-ispazju tal-neutrali mill-spira tan-negazzjoni tal-ark), u ma jkunx flus elektriku li jippassa permezz tal-spira tan-negazzjoni. Jfassru li jiksemm ftit tal-faza C mal-terra, il-volt zero-sekwenzjali resultanti mill-asimetrija tal-tliet fazi jippassa permezz tal-spira tan-negazzjoni għal terra. Kif l-istessa spira tan-negazzjoni, il-flus induktiv indut li jkompenża l-flus kapasitiv tal-falt tal-terra, li jelimina l-ark fil-post tal-falt.

Fl-aħħar snin, ġew verifikati ħafna erori tal-protezzjoni tal-trasformatur ta’ xarġ fi stazzjonijiet kurrent elektrik ta’ 110 kV f’reġjun partikulari, li afeċċjaw severament istabbiltà tal-građ. Biex jidentifikaw l-għatir prinċipali, ġew effettwati analiżi dwar ir-raġuni għal dawn l-erori, u implementati misuri korrispondenti biex jprevennu rerepetizzjoni u jipprovdu referenza għal reġjonijiet oħra.

F’dawn il-ħin, l-infeeders ta’ 10 kV fis-stazzjonijiet kurrent elektrik ta’ 110 kV qed jiksbu aktar u aktar użu ta’ kabels għal l-ebdul, li qiegħed jżid b’sodisfafl l-flus kapasitiv tal-falt ta’ faza wahda fis-sistema ta’ 10 kV. Biex jissovvrapjew l-aċċessjoni tal-sovravolti waqt il-falts tal-terra ta’ faza wahda, l-stazzjonijiet kurrent elektrik ta’ 110 kV qagħqu jistabillixxu trasformaturi ta’ xarġ biex jimplementaw skema ta’ xarġ ta’ rezistanza bassa, li jistabillixxi pass tal-flus zero-sekwenzjali. Dan jippermetti protezzjoni selektiva tal-flus zero-sekwenzjali biex jisolaw falts tal-terra skont l-lokazzjoni, li tippreveni l-irrepetizzjoni tal-ark u sovravolti, bl-aġġust tal-isigurtà tas-suppliment tal-kurrent elektrik għall-materjal tal-građ.

Mill-2008, reġjun partikulari ta’ građ qiegħel ibdil is-sistemi ta’ 10 kV tas-stazzjonijiet kurrent elektrik ta’ 110 kV għal xarġ ta’ rezistanza bassa permezz tal-installazzjoni tal-trasformaturi ta’ xarġ u l-apparat tal-protezzjoni relatati. Dan permise l-isolazzjoni rapid tal-ebdul ta’ falts tal-terra ta’ 10 kV, li qiegħed jminimu l-impatj ta’ građ. Imma, ftit l-aħħar, ħamsa stazzjonijiet kurrent elektrik ta’ 110 kV fil-reġjun qegħlu jverifikaw ripetuzzjoni ta’ erori tal-protezzjoni tal-trasformatur ta’ xarġ, li qegħlu jikkażaw l-interruzzjoni tas-stazzjonijiet u jaffeċċaw severament l-istabbiltà tal-građ. Għalhekk, identifikazzjoni ta’ għatir u implementazzjoni ta’ misuri korrettivi huma essenzjali biex is-sigurtà tal-građ fil-reġjun tiġi mmantiena.

1.Analisi tal-Għatir għal Erori tal-Protezzjoni tal-Trasformatur ta’ Xarġ

Meta l-infeeder ta’ 10 kV jkun hemm falt tal-xarġ tal-terra, il-protezzjoni zero-sekwenzjali fuq il-infeeder defektiv fis-stazzjon tal-kurrent elektrik ta’ 110 kV għandha tifdal awżil biex tisolaf il-falt. Jekk ma tifdalx korrettament, il-protezzjoni zero-sekwenzjali tal-trasformatur ta’ xarġ se tfdal bħala backup, trippjan il-brok tal-bus tieħu u siddu tal-trasformatur prinċipali biex tisolaf il-falt. Għalhekk, l-operazzjoni korretta tal-protezzjoni tal-infeeders ta’ 10 kV u tal-brok huma essenzjali għal is-sigurtà tal-građ. Analisi statistika tal-erori fis-ċinque stazzjonijiet kurrent elektrik ta’ 110 kV tura li l-għatir prinċipali huwa l-falj ta’ l-infeeders ta’ 10 kV biex isolvaw korrettament l-falts tal-terra.

Prinċipju tal-Protezzjoni Zero-Sekwenzjali tal-Infeeder ta’ 10 kV:

Sampling CT zero-sekwenzjali → Attivazzjoni tal-protezzjoni tal-infeeder → Trippjar il-brok.
Minn dan il-prinċipju, il-CT zero-sekwenzjali, il-relè tal-protezzjoni tal-infeeder, u l-brok huma l-komponenti ħafiela għal l-operazzjoni korretta. Il-analisi seguenta tara l-erori mill-partejiet sew:

1.1 Erroju tal-CT zero-sekwenzjali li jkunu magħmul għal erori tal-protezzjoni tal-trasformatur ta’ xarġ.
Waqt falt tal-terra tal-infeeder ta’ 10 kV, il-CT zero-sekwenzjali tal-infeeder defektiv jdetekta l-flus tal-falt, li jattiva l-protezzjoni tagħha biex tisolaf il-falt. Nistenni, il-CT zero-sekwenzjali tal-trasformatur ta’ xarġ wkoll jistenna l-flus tal-falt u jattiva l-protezzjoni. Biex nasseguraw selezzjoni, l-protezzjoni zero-sekwenzjali tal-infeeder ta’ 10 kV hija settjata b’flus inizjali inferjuri u agħla ta’ Żmien risposti minn id-dipartiment tal-protezzjoni tal-trasformatur ta’ xarġ. Impostazzjonijiet tal-flus: trasformatur ta’ xarġ - 75 A primarji, 1.5 s biex trippja l-brok tal-bus ta’ 10 kV, 1.8 s biex blokka l-auto-transfer tal-10 kV, 2.0 s biex trippja l-hnejja tal-trasformatur, 2.5 s biex trippja l-hnejja u l-oħra; infeeder ta’ 10 kV - 60 A primarji, 1.0 s biex trippja l-brok.

Imma, l-erroji tal-CT huma inevitabbli. Jekk it-trasformatur ta’ xarġ jkun magħmul b’erroju ta’ -10% u l-CT tal-infeeder b’erroju ta’ +10%, il-flus operattivi reali jissoddisfa 67.5 A u 66 A – quasi ugwal. Dipendenti biss mill-gradwazzjoni ta’ Żmien, falt tal-terra ta’ infeeder ta’ 10 kV jista’ sikkil facilment li l-protezzjoni tal-overcurrent zero-sekwenzjali tal-trasformatur ta’ xarġ trippja qabel il-tempu.

1.2 Xarġ incorrett tal-skild tal-kabel li jkunu magħmul għal erori.
L-infeeders ta’ 10 kV tas-stazzjonijiet kurrent elektrik ta’ 110 kV jiksbu użu ta’ kabels skild, bil-skild xarġa f’dawk l-ġejjin – prattika komuni għal mitigazzjoni EMI. L-CTs zero-sekwenzjali huma tip ta’ toroidal installati attorn il-kabels fl-outgoing terminals tal-switchgear. Waqt il-falts tal-terra, l-flus mhux bil-ħolqien jindutu signali fil-CT biex jattivaw l-protezzjoni. Imma, b’xarġ tal-skild f’dawk l-ġejjin, l-flus indutu fil-skild wkoll jiġi permezz tal-CT zero-sekwenzjali, li jkunu jħalqu signali falsi. Minn b’mankanza ta’ mitigazzjoni adekwa, dan jgħamdi l-akkuratizza tal-protezzjoni zero-sekwenzjali tal-infeeder, li tifdal bħala backup tal-trasformatur ta’ xarġ.

1.3 Falj tal-protezzjoni tal-infeeder ta’ 10 kV li jkunu magħmul għal erori.

L-relays mikroproċessor moderni jipprovdew performanċi aġġornata, imma l-varjazzjoni fid-daqxiet tal-manufatturisti u l-disipazzjoni tal-ħalqan qed tibqa’ problema. Statistika tal-falj juri li l-moduli tal-power supply, l-board tal-sampling, l-board tal-CPU, u l-moduli tal-output tal-tripp fil-protezzjoni tal-infeeders ta’ 10 kV huma l-aktar suġġetti għal falj. Il-falj mhux detektati jistgħu jkunu mgħadda l-protezzjoni, li jifftuhu l-erori tal-trasformatur ta’ xarġ.

1.4 Falz tal-brikka ta' l-10 kV li jikkawżaw operazzjonijiet ħażina.
Bil-laqgħa, l-operazzjonijiet frekwenenti, jew il-problemi ta' kwalità inerenti, il-falz fil-għodda tas-silġ tas-10 kV – speċjalment fid-daqqs tal-kontroll – qed jiżdiedu. Fid-dixxien minuri u manfusa, il-għodda tas-silġ GG-1A qadima tibqa' fiż-żviluppu b'rat tal-falz għas-silġ akbar. Anki jekk il-protezzjoni tad-daqqs tal-kuljank isir bil-mod korrett, ifalz tal-brikka (pereżempju, il-kuljank tal-brikka inkisra timpedixxi l-operazzjoni) jiġi l-operazzjoni ħażina tal-trasformatur tal-silġ.

1.5 Falz tal-silġ ta' alta impedanza fuq żewġ feeders ta' 10 kV (jew falz ta' alta impedanza waħda severa) li jikkawżaw operazzjonijiet ħażina.
Meta żewġ feeders ikunu qiegħdin għal falz tal-silġ ta' alta impedanza nello stess faz, il-kurrenti tad-daqqs tal-kuljank indiwiżwal jistgħu jiġu infeħmija mill-limit tal-brikka ta' 60 A (pereżempju, 40 A u 50 A), bl-protezzjoni tal-feeders tiktbilġa biss. Ma dan il-kurrent totali (90 A) jagħmel xiexi l-limit tal-trasformatur tal-silġ ta' 75 A, jikkawża l-brikka preċiwa. Mat-feeders ta' 10 kV komplutament ta' kabel, il-kurrenti kapassivi normali jistgħu jiġu 12–15 A. Anki falz ta' alta impedanza waħda severa (pereżempju, 58 A) plu l-kurrent kapassiv normali jagħmlu xiexi l-75 A. Il-moviment tal-sistema jista' allora b'silġ jikkawża l-operazzjoni ħażina tal-trasformatur tal-silġ.

2.Misuri biex Jprevennu l-Operazzjonijiet Ħażina tal-Protezzjoni tal-Trasformatur tal-Silġ

Bazat fuq l-analiżi ta' fuq, huma rikomandati dawk il-misuri:

2.1 Biex jprevennu l-operazzjonijiet ħażina miskonnessjoni tal-CT
Użu CTs tad-daqqs tal-kuljank ta' alta kwalità; ittestja riguruzament it-tifl tal-CT qabel l-installazzjoni u rrifi quelli b'errur magħrufa ta' >5%; settja l-valuri ta' pickup tal-protezzjoni bażata fuq il-kurrent primarju; verifika l-settjar bill-injezzjoni primarja.

2.2 Biex jprevennu l-grounding tal-scud tal-kable mhux korretta

• Il-konduċturi tal-grounding tal-scud tal-kable għandhom jpassaw lejn il-leġel tal-CT tad-daqqs tal-kuljank u jkunu isolati mid-daqqs tal-kable. L-ebda kontatt tal-grounding għandu jikseb qabel ma jpassa ppropi mal-CT. Esposti l-aħħot tal-metal għall-injezzjoni primarja; isolax il-rest b'mod affidabbli.

• Jekk il-punt tal-grounding tal-scud huwa taħt il-CT, il-konduċtur għandu ma jipassax ppropi mal-CT. Iviti t-trodd tal-konduċturi tal-grounding tal-scud fit-tifl tal-CT.

• Iżżid il-formazzjoni teknika biex il-teams tal-protezzjoni reljanza u tal-kable jkunu jafu b'mod komplet il-modi tal-installazzjoni tal-CT u tal-grounding tal-scud.

• Iżżid il-proċeduri tal-akċess b'ispezzjoni kollettiva mill-teams tal-reljanza, tal-operazzjonijiet, u tal-kable.

2.3 Biex jprevennu tfalz tal-protezzjoni tal-feeder
Iżżig il-dispożitivi tal-protezzjoni provati u affidabbli; iċċangja l-uniż vecchi jew li jkun qed jifalz fekkier; iżżid il-manutenzjoni; installa il-kondizjonatur tal-ħal u t-tneħħija biex tprevenni l-operazzjoni fl-temperature alte.

2.4 Biex jprevennu tfalz tal-brikka tal-feeder
Iżżig il-għodda tas-silġ affidabili u mature; iċċangja l-armadijiet GG-1A vecchi għan-nifs tal-tipi sigillati, tal-qalba, jew tal-karika tal-motur; immanen il-daqqs tal-kontroll; użu kuljank tal-brikka ta' alta kwalità.

2.5 Biex jprevennu l-operazzjonijiet ħażina minn falz ta' alta impedanza
Patrolja u ripara l-feeders wara l-allarm tad-daqqs tal-kuljank; iżżid il-lunghezz tal-feeders; bilanża l-karigi tal-faz biex tminimizza l-kurrenti kapassivi normali.

3. Konkluzzjoni

Waqt li aktar reġjonali grids jinstallaw trasformaturi tal-silġ u protezzjoni assoċjati biex jilgħqu s-silġ u stabilità, l-incidenti riċorrenti ta' operazzjonijiet ħażina jiġu fokusati biex jindirizzaw l-effetti negativi. Dan id-dokument analizza l-kausali prinkipali tal-operazzjonijiet ħażina tal-protezzjoni tal-trasformatur tal-silġ u proponi misuri kontrari, jfornixxi direttivi għall-reġjonali li installaw jew pianifikaw li jinstallaw dawn is-sistemi.