Analizo de Kialoj por Malĝusta Funkciado de la Protektilo de Terkonektita Transformilo
En la ĉina elektra sistemo, la retoj de 6 kV, 10 kV kaj 35 kV ĝenerale adoptas operacian modon kun nekondukita neŭtrala punkto. La distribua voltado de la ĉeftransformiloj en la reto kutime estas konektita en triangula konfiguro, kiu ne provizas neŭtralan punkton por konekti konduktan reziston. Kiam unufaza terkonekta defekto okazas en sistemo kun nekondukita neŭtrala punkto, la tensiotrikotago inter la linioj restas simetria, kaŭzante minimuman perturbadon al la operacioj de la uzantoj. Plue, kiam la kapaca kuranta estas relativol malgranda (malpli ol 10 A), iuj transaĝaj terkonektaj defektoj povas esti malaperigataj mem, kio estas tre efika por plibonori la fidon de la elektroprovizo kaj redukti la incidentojn de manko.
Tamen, kun la daŭra vastiĝo kaj evoluo de la elektroindustrio, ĉi tiu simpla metodo ne plu respondas al la aktuala postulo. En modernaj urbangaj elektraj retoj, la pligrandiĝo de la uzo de kablaĵo kondukis al signife pli alta kapaca kuranta (super 10 A). Sub ĉi tiuj kondiĉoj, la terarko ne povas esti konfidinde malaperigata, rezultigante jenajn sekvojn:
Intermita malaperigo kaj rebruligo de la unufaza terarko povas generi arkterajn super-tensiojn kun amplitudo atinganta ĝis 4U (kie U estas la maksimuma faztensio) aŭ eĉ pli alta, daŭrantajn longe. Ĉi tio prezentas severajn danĝerojn al la izolado de la elektra equipaĵo, potenciala kaŭzante disrompojn je malfortaj izolaj punktoj kaj kondukantaj al gravaj perdoj.
Daŭra arko ionizas la ĉirkaŭan aeron, malbonigante ĝian izolajn ecojn kaj pliigante la verŝajnecon de faz-inter-faza kortkurco.
Ferrezonancan super-tension povas okazi, facile damaĝante tensio-transformilojn kaj fulmitraktorojn—potenciala eĉ kaŭzante eksplodo de fulmitraktoroj. Ĉi tiuj sekvoj severe danĝeras la integrecon de la izolado de la retequipaĵo kaj minacas la sekuran operacion de la tuta elektra sistemo.
Por eviti tiajn incidentojn kaj provizi sufiĉan nul-sekvencan kuranton kaj tension por garantii la fidan operacion de la terdefektprotekto, devas esti kreita artifika neŭtrala punkto, tiel ke konduktan reziston povas esti konektita. Ĉi tiu bezono kondukis al la evoluo de tertransformiloj (ofte referitaj kiel "tertransformiloj" aŭ "terunitejoj"). Tertransformilo artifike kreas neŭtralan punkton kun konduktan reziston, kutime havantan tre malaltan reziston (ordinare malpli ol 5 ohmoj).
Plie, pro siaj elektromagnetaj ecoj, la tertransformilo prezenti altan impedoncon al pozitiv- kaj negativ-sekvencaj kurantoj, permesante nur malgrandan ekscitan kuranton fluigi tra siaj vindaĵoj. Sur ĉiu kernero, du sekcioj de vindaĵo estas vunditaj en kontraŭdirekto. Kiam egalaj nul-sekvencaj kurantoj fluas tra ĉi tiuj vindaĵoj, ili montras malaltan impedoncon, rezultigante malgrandan voltpejon trans la vindaĵoj sub nul-sekvencaj kondiĉoj.
Specife, dum terdefekto, la vindaĵo portas pozitiv-, negativ- kaj nul-sekvencajn kurantojn. Ĝi prezenti altan impedoncon al pozitiv- kaj negativ-sekvencaj kurantoj sed malaltan impedoncon al nul-sekvencaj kurantoj. Ĉi tio okazas ĉar, en la sama fazo, la du vindaĵoj estas seriekonektitaj kun kontraŭpolusaj; iliaj indukitaj elmagaj fortoj estas egalaj en grandeco sed kontraŭdirigitaj, efektive nuligante unu la alian, do prezenti malaltan impedoncon al nul-sekvencaj kurantoj.
En multaj aplikoj, tertransformiloj estas uzitaj nur por provizi neŭtralan punkton kun malgranda konduktan reziston kaj ne provizas iun ajn sekundaran ŝarĝon. Tial, multaj tertransformiloj estas dizajnitaj sen sekundara vindaĵo. Dum normala reto-operacio, la tertransformilo funkciadas esence en senŝarĝa stato. Tamen, dum defekto, ĝi portas defektan kuranton nur por mallonga tempo. En malalta rezistanca terkonektita sistemo, kiam unufaza terdefekto okazas en la 10 kV flanko, alt-sensa nul-sekvenco protektas rapide identigas kaj tempore izolas la defektan fazon.
La tertransformilo estas aktiva nur dum la mallonga intervalo inter la okazo de la defekto kaj la operacio de la fazon de la nul-sekvenco protektas. Dum ĉi tiu tempo, nul-sekvencan kuranton fluas tra la neŭtrala konduktan reziston kaj la tertransformilon, sekvas la formulon: I_R = U / (R₁ + R₂), kie U estas la sisteman faztensio, R₁ estas la neŭtrala konduktan reziston, kaj R₂ estas la aldona rezisto en la terdefekta ciklo.
Bazite sur la supre analitiko, la operaciaj karakteroj de la tertransformilo estas: longtempa senŝarĝa operacio kaj mallonga supraŝarĝa operacio dum defektoj.
En resumo, tertransformilo artifike kreas neŭtralan punkton por konekti konduktan reziston. Dum terdefekto, ĝi prezenti altan impedoncon al pozitiv- kaj negativ-sekvencaj kurantoj sed malaltan impedoncon al nul-sekvencaj kurantoj, tiel garantante la fidan operacion de la terdefektprotekto.
Ĉe nun, tertransformiloj instalitaj en transformilo-centroj servas du primaraj celoj:
Provizi malaltvoltagecan AC-elektron por la helpa uzo de la transformilo-centro;
Krei artifikan neŭtralan punkton en la 10 kV flanko, kiu, kombinita kun arkmalaperiga spiralo (Petersen spiralo), kompensas la kapacan terdefektkuranton dum 10 kV unufaza terdefekto, tiel malaperigante la arkon je la defekta punkto. La principo estas jena:
Lungtempe de la konduktiloj en tri-faza elektra reto, kapacito ekzistas inter fazo kaj inter ĉiu fazo kaj tero. Kiam la retneutra punkto ne estas solidkrekte konektita, la kapacito al tero de la defektita fazo iĝas nul dum unufaza terdefekto, dum la tensioj de la aliaj du fazoj altiras al √3 foje la normala faztensio. Kvankam ĉi tiu pli alta tensio restas en la izolada dezaina limo, ĝi pliigas ilian kapaciton al tero. La kapaca terdefektkuranto dum unufaza defekto estas proksimume trifoje la normala per-faza kapaca kuranto. Kiam ĉi tiu kuranto iĝas granda, ĝi facile sustenas intermitajn arkojn, ekscitante resonancan osciladon en la reto de induktivo-kapaca cirkvito kaj generante super-tension ĝis 2.5–3 foje la faztensio. La pli alta la reto-voltado, la pli granda la risko de tiaj super-tension. Tial, nur sistemoj sub 60 kV povas operaciadi kun nekondukita neŭtrala punkto, ĉar iliaj unufaza kapaca terdefektkuranto restas malgranda. Por pli alta voltadosistemo, devas esti uzita tertransformilo por konekti la neŭtralan punkton tra impedanco.
Kiam unu flanko de la ĉefa transformilo en substacio (ekz. la 10 kV-flanko) estas konektita en triangulan konfiguron aŭ stelon sen neŭtrala elkonduko, kaj la unuopla kapacitiva terkurento estas granda, ne ekzistas disponebla neŭtrala punkto por terigo. En tiaj okazoj, oni uzas terigontransformilon por krei artifian neŭtralan punkton, permesante konekton al arkmalaperiga spiralo. Tiu artifia neŭtralo ebligas al la sistemo kompensi la kapacitan kurrenton kaj malpligrandigi terarkojn—tio estas la fundamenta rolo de la terigontransformilo.
Dum normala operacio, la terigontransformilo spertas balancitan tri-fazan voltanon kaj nur malgrandan eksitacionkurrenton, funkciante esence senlaste. La potencialdiferenco inter la neŭtralo kaj la tero estas nul (negligante malgrandan neŭtralajn dislokajn voltagojn pro la arkmalaperiga spiralo), kaj neniu kurrento fluas tra la spiralo. Se, ekzemple, fazo C suferas terdefekton, la rezulta nulsekvenca voltago (derivita de la asimetrio) fluegas tra la arkmalaperiga spiralo al la tero. La spiralo generas induktivan kurrenton, kiu kompensas la kapacitan terdefektan kurrenton, tiel malpligrandigante la arkon—funkcie identa al aparta arkmalaperiga spiralo.
En lastaj jaroj, multaj misoperacioj de protektado de terigontransformilo okazis en 110 kV-substacioj en certa regiono, severe afektantaj la stabilecon de la reto. Por malkovri la fundamentajn kaŭzojn, estis faritaj analizoj, korektaj mezuroj estis realigitaj, kaj lecionoj estis kunhavigitaj por prevenir ripeton kaj gvidi aliajn regionojn.
Pro la pliiĝo de la uzo de kabelfiducioj en 10 kV-retoj de 110 kV-substacioj, la unuopla kapacitiva terkurento estas signife pliigita. Por suprimi la magnitudon de supervoltagoj dum terdefektoj, multaj 110 kV-substacioj nun instalas terigontransformilojn por realizi malaltrezistancon terigon, starigante nulsekvencan kurrentan vojon. Tio ebligas selektivajn nulsekvencajn protektadojn por izoli terdefektojn laŭ loko, prevenirante renaskon de arkoj kaj sekurigante elektra provizadon.
De 2008, certa regiono retrofittis siajn 10 kV-sistemojn de 110 kV-substacioj al malalta rezisteco terigo per instalado de terigontransformiloj kaj rilataj protektaj aparatoj. Tio permesas rapidan izoladon de iu ajn 10 kV-fiducia terdefekto, minimumigante la efikon sur la reton. Tamen, lastatempe, kvin 110 kV-substacioj en la regiono sukcesis ripetajn misoperaciojn de protektado de terigontransformilo, kaŭzante interrompon kaj danĝerigante la stabilecon de la reto. Do, malkovro de kaŭzoj kaj realigo de solvoj estas esenca.
1. Analizo de Kaŭzoj por Misoperacio de Protektado de Terigontransformilo
Kiam 10 kV-fiducio suferas terdefekton, la fiducia nulsekvenca protektado en la 110 kV-substacio devus unue operaci pri izoli la defekton. Se ĝi malsukcesas, la rezerva nulsekvenca protektado de la terigontransformilo elŝaltos la bus-tie kaj ĉeftransformilan breketon por enhavi la defekton. Do, la ĝusta operacio de 10 kV-fiducia protektado kaj breketoj estas kritika. Statistika analizo de misoperacioj en kvin substacioj montras, ke la manko de fiducia protektado estas la ĉefa kaŭzo.
La 10 kV-fiducia nulsekvenca protektado funkcias tiel: nulsekvenca CT-provaĵo → protektado iniciatas → breketon elŝaltas. Klavaj komponentoj estas la nulsekvenca CT, protektada relaiso, kaj breketo. La analizo fokusas sur tiuj:
1.1 Eraroj de nulsekvenca CT kaŭzas misoperacion
Dum terdefekto, la defekta fiducia nulsekvenca CT detektas defektan kurrenton, lanĉante sian protektadon. Simultane, la nulsekvenca CT de la terigontransformilo ankaŭ sentas la kurrenton. Por sekureco, la fiducia protektada agordo (ekz. 60 A, 1.0 s) estas pli malalta ol la terigontransformila agordo (ekz. 75 A, 1.5 s por elŝalti bus-tie, 2.5 s por elŝalti ĉeftransformilon). Tamen, eraroj de CT (ekz. -10% por terigontransformila CT, +10% por fiducia CT) povas igi la efektivajn pickup-kurrentojn preskaŭ egalajn (67.5 A kontraŭ 66 A), dependanta nur de tempodiferenco. Tio pliigas la riskon de supera etendiĝo de terigontransformilo.
1.2 Malĝusta terigo de kabelskudo kaŭzas misoperacion
10 kV-fiducioj uzas ŝutitajn kablosnare kun skudoj terigitaj je ambaŭ fino—komuna EMI-malpligrandiganta praktiko. Nulsekvencaj CT-eroj kutime estas toroidaj, instale en la kablon je la eliro de la switchgear. Dum terdefekto, malbalanca kurrento induktas signalon en la CT. Tamen, se la skudo estas terigita je ambaŭ fino, cirkulantaj skudokurrentoj ankaŭ pasas tra la CT, distordante la mezuron. Sen ĝusta instalo (ekz. skuda terkablon pasante ĝuste tra la CT), la fiducia protektado povas malsukcesi, kaŭzante superan etendiĝon de terigontransformilo.
1.3 Mankado de fiducia protektado kaŭzas misoperacion
Malgraŭ la alta performanco de mikroprocesor-bazitaj relaisoj, la produktaĵkvalito varias. Komunaj malsukcesoj inkluzivas energion, provantaron, CPU, aŭ trip-elŝutan moduleton. Se nedetektita, tiuj povas kaŭzi protektadan rifuzon, kondukantan al misoperacio de terigontransformilo.
1.4 Mankado de fiducia breketo kaŭzas misoperacion
Aging, ofta operacio, aŭ malbonkvalitaj breketoj (especialte pli malnovaj GG-1A tipoj en landaj areoj) pliigas la malsukcesegron. Kontrolcirkvaj defektoj—speciale brulitaj trip-spiretoj—prezentas la funkciadon de breketo, eĉ kiam protektado ordonas trip, forigante la rezervan agordon de terigontransformilo.
1.5 Alta impedanca terdefekto en unu aŭ du fiducioj kaŭzas misoperacion
Se du fiducioj suferas samtempan altimpedancan terdefekton en la sama fazo, individuaj nulsekvencaj kurrentoj (ekz. 40 A kaj 50 A) povas resti sub la fiducia pickup (60 A), sed ilia sumo (90 A) superas la terigontransformilan agordon (75 A), kaŭzante superan etendiĝon. Eĉ sola severa altimpedanca defekto (ekz. 58 A) kombinita kun normala kapacitiva kurrento (ekz. 12–15 A) povas proksimiĝi al 75 A. Sistemansturoj tiam povas trigere misoperacion.
2. Kontraŭmezuroj por Preveni Misoperacion
2.1 Solvi CT-erarojn
Uzu alta-kvalitajn nulsekvencajn CT-erojn; rifuzu unitojn kun >5% eraro dum komisionado; agordu protektadlimojn bazitajn sur primaraj valoroj; verifu agordojn per primara injekttestado.
2.2 Korrectigi terigon de kabelskudo
Konduktu la blindilon malsupren tra la nulsekva CT kaj izole ĝin de la kabelfuŝaroj; evitu kontakton antaŭ la CT.
Lasu ekspozitajn konduktorfinojn por testado; izole la reston.
Se la blindilpunkto estas sub la CT, ne konduktu ĝin tra la CT. Evitu meti la blindilpunkton en la fenestro de la CT.
Instruu la protektan kaj kabelan personaron pri prava instalado.
Enforsigu komunajn akceptkontrolojn de releo, operacioj, kaj kabelaj teamoj.
2.3 Preventu malpermeson de protekto
Uzu pruvitajn, fidindajn releojn; anstataŭigu vetustajn aŭ defektajn unuojn; plibonigu manutenecon; instalu refresigilojn/ventilejojn por preveni supervarmon.
2.4 Preventu malpermeson de dismetilo
Uzu fidindajn, modernajn dismetilojn (ekz., printemp- aŭ motorŝarĝitaj sigilitaj specimenoj); forigu malnovajn GG-1A ŝrankojn; manutenku kontrolcirkvitojn; uzu alta-kvalitajn tripglutojn.
2.5 Malpligrandigu riskojn de alta impedancfaultoj
Prompte esploru kaj klarigu nutrilojn kiam teralarmoj okazas; reduktu longojn de nutriloj; balancigu fazlastojn por minimumigi normalan kapacitan kuranton.
3. Konkludo
Kvankam tertransformiloj plibonigas la gridstrukturon kaj stabilecon, ripetaj misoperacioj emfazas kaŝitajn riskojn. Ĉi tiu artikolo analizas klavajn kaŭzojn kaj proponas praktikajn solvojn por gvidi regionojn, kiuj jam instalitis aŭ planas instaliti tertransformilojn.
Zigzag (Z-Tipo) Tertransformiloj
En 35 kV kaj 66 kV distribuciaj retoj, transformila vindingoj estas tipike wye-konektitaj kun disponebla neutra punkto, eliminante la bezoncon de tertransformiloj. Tamen, en 6 kV kaj 10 kV retoj, deltakonektitaj transformiloj mankas neutran punkton, necesigante tertransformilon por provizi unu—primare por konekti arkmalaperigajn spirojn.
Tertransformiloj uzas zigzag (Z-tipo) vindingokonektojn: ĉiu fazvindingo estas divida trans du kernmembroj. Nulsekva magnetflujo el la du vindingoj nuligas unu la alian, rezultigante tre malaltan nulsekvan impedancan (tipike <10 Ω), malaltajn senlastajn perdojn, kaj utiligon de pli ol 90% de indikita kapablo. Kontraste, konvenciaj transformiloj havas multe pli altan nulsekvan impedancan, limigante arkmalaperigan spiron kapablecon al ≤20% de transformila indiko. Do, Z-tipaj transformiloj estas optimumaj por teraplikoj.
Kiam sistemo nebalanca voltajo estas granda, balancitaj Z-tipaj vindingoj sufiĉas por mezurado. En malalta nebalancsistemoj (ekz., tute kabla retoj), la neutra estas dezinita por produkti 30–70 V nebalanca voltajo por mezurbezoncoj.
Tertransformiloj povas ankaŭ liveri sekundaran laston, servante kiel stacia servotransformilo. En tiaj kazoj, la primara indiko egalas la sumon de arkmalaperiga spiron kapablo kaj sekundara lastkapablo.
La primara funkcio de tertransformilo estas liveri terdefektkompensan kuranton.
Figuro 1 kaj Figuro 2 montras du komunajn Z-tipajn tertransformila konektojn: ZNyn11 kaj ZNyn1. La principo malantaŭ malalta nulsekva impedanco estas jena: ĉiu kernmembro enhavas du identajn vindingojn konektitajn al malsamaj fazvoltajoj. Sub pozitiva aŭ negativa sekvavoltajo, la magnetmotivforco (MMF) sur ĉiu membrum estas la vektor-sumo de du faz-MMF. La tri membrum-MMF estas balancitaj kaj 120° apartaj, formantaj fermitan magnetan vojon kun malalta rezisteco, alta flujo, alta induktita voltajo, kaj do alta magnetizadimpedanco.
Sub nulsekva voltajo, la du vindingoj sur ĉiu membrum produktas egalajn sed kontraŭajn MMF, rezultigante nulan netan MMF por ĉiu membrum. Neniu nulsekva fluxo flugas en la kern; anstataŭe, ĝi cirkulas tra la tanko kaj ĉirkaŭa medio, renkontante altan rezistecan. Konsekvence, nulsekva fluxo kaj impedanco estas tre malaltaj.
