Mitä sähkökuorma suojausmenetelmiä käytetään H61-jakautusmuuntimissa

Mitä sähkökatkoseurantasuojatoimenpiteitä käytetään H61-jakotransformatorissa?

H61-jakotransformaattorin korkean jännitteen puolelle tulisi asentaa ylikuormitusvalvonta. SDJ7–79 "Tekninen ohje sähköasemien ylikuormitusseuraamisen suunnitteluun" mukaan H61-jakotransformaattorin korkean jännitteen puolen tulisi yleensä suojata ylikuormitusvalvonnalla. Valvontalaitteen maajohde, transformaattorin alhaan jännitteen puolen neutraalipiste ja transformaattorin metallinen kuori pitäisi yhdistää samaan pisteeseen ja maata yhteisesti. Tätä menetelmää suositellaan myös entisen Sähköministeriön antamassa DL/T620–1997 "Ylikuormitusseuranta ja eristyskoordinointi vaihtosähköasemille".

Kuitenkin laaja tutkimus ja käyttökokemus osoittavat, että vaikka ylikuormitusvalvonta on asennettu vain korkean jännitteen puolelle, transformaattorin vaurioituminen tapahtuu edelleen ukkoskuormituksen vaikutuksesta. Yleisillä alueilla vuotuinen vikaosuus on noin 1 %; korkea-ukkosalueilla se voi saavuttaa noin 5 %; ja äärimmäisissä ukkosalttiissa alueilla, joissa on yli 100 ukkospäivää vuodessa, vuotuinen vikaosuus voi olla jopa 50 %. Pääasiallinen syy on niin kutsuttu "edestakaisin muuntovoltti", joka aiheutuu ukkoskuormituksen aiheuttaman korkean jännitteen puolen kytkennän sisälle tulevan vaikutuksen. Nämä ylikuormitusmekanismit ovat seuraavat:

1. Takaisinmuuntoylikuormitus
Kun ukkoskuormitus tulee 3–10 kV:n korkean jännitteen puolelta ja aiheuttaa valvonnan toiminnan, suuri impulssisähkö virtaa maaristeeseen, mikä luo jänniteputoamisen. Tämä jänniteputoama ilmenee alhaan jännitteen kytkennän neutraalipisteessä, nostaa sen potentiaalia. Jos alhaan jännitteen linja on suhteellisen pitkä, se käyttäytyy aallomuinaiseksi impedanssina maasta. Tämän korotetun neutraalipisteen potentiaalin vaikutuksessa suuri impulssisähkö virtaa alhaan jännitteen kytkennässä. Kolmen vaiheen impulssisähkö on samansuuntaista ja -suuruista, mikä tuottaa voimakkaan nollajärjestysmagneettivirtauksen.

Tämä fluxi aiheuttaa korkean jännitteen kytkennässä hyvin korkean pulssijännitteen muuntokertoimen mukaisesti. Nämä kolme vaihetta aiheuttavat pulssijännitteitä, jotka ovat samansuuntaisia ja -suuruisia. Koska korkean jännitteen kytkennässä ei ole maatua neutraalipistettä, vaikka korkeat pulssijännitteet ilmenevät, ei vastaava impulssisähkö virtaa korkean jännitteen kytkennässä vastustamaan magneettistä vaikutusta. Näin ollen koko impulssisähkö alhaan jännitteen kytkennässä toimii magneettovirtana, tuottaen voimakasta nollajärjestysmagneettivirtausta ja aiheuttaen erittäin korkeita potentiaaleja korkean jännitteen puolella. 

Koska korkean jännitteen päähän liittyvä jännite on rajattu valvonnan residuaalijännitteellä, tämä indusoitu potentiaali jakautuu kytkenteen pituudelta, saavuttaen suurimman arvonsa neutraalipisteen lopussa. Tämän vuoksi neutraalipisteen eristys on altis rikkoutumiselle. Lisäksi kerrosten ja pyyhkeiden väliset jännitegradientit kasvavat merkittävästi, mikä voi aiheuttaa eristyksen epäonnistumisen muualla. Tämäntyyppinen ylikuormitus syntyy korkean jännitteen puolen sisään tulevasta kuormituksesta ja siirtyy takaisin korkean jännitteen kytkenteeseen alhaan jännitteen kytkennän kautta – tunnetaan nimellä "takaisinmuunto."

2. Edestakaisinmuuntoylikuormitus
Edestakaisinmuuntoylikuormitus tapahtuu, kun ukkoskuormitus tulee alhaan jännitteen linjan kautta. Impulssisähkö virtaa alhaan jännitteen kytkennässä, induktoiden jännitteen korkean jännitteen kytkenteeseen muuntokertoimen mukaisesti, mikä nostaa huomattavasti korkean jännitteen neutraalipisteen potentiaalia. Tämä lisää myös kerrosten ja pyyhkeiden välisiä jännitegradienntejä. Tämä prosessi, jossa alhaan jännitteen puolen kuormitus aiheuttaa ylikuormituksen korkean jännitteen puolella, tunnetaan nimellä "edestakaisinmuunto." Testit osoittavat, että kun 10 kV:n kuormitus tulee alhaan jännitteen puolelta ja maariste on 5 Ω, korkean jännitteen kytkenteen kerroskerrosjännitegradientti voi ylittää kerroskerros_erityksen täysi_ajastoinen_impulssikestävyyden yli 100 %:lla, mikä aiheuttaa väistämättä eristysrikon.

Siksi H61-jakotransformaattorin alhaan jännitteen puolelle tulisi asentaa myös tavallisia venttiili- tai metallioxidiylikuormitusvalvontoja. Tässä suojamekanismissa molempien korkean ja alhaan jännitteen valvontalaitteiden maajohdet, alhaan jännitteen neutraalipiste ja transformaattorin metallinen kuori yhdistetään yhteen pisteeseen ja maataan yhteisesti (myös kutsutaan "neljä pistettä sidottuna" tai "kolme yhdeksi maatuksi").

Toimintakokemus ja kokeelliset tutkimukset osoittavat, että vaikka eristyksellä hyvin varustetuilla jako-transformaattoreilla, edestakaisinmuuntoylikuormituksesta aiheutuvat ukkoskuormituksen aiheuttamat vikat tapahtuvat silti, kun valvonta-asemat on asennettu vain korkean jännitteen puolelle. Tämä johtuu siitä, että korkean jännitteen puolen valvonta-asemat eivät voi hillitä edestakaisinmuuntoylikuormituksen. Kerroskerrosjännitegradientti näissä ylikuormituksissa on verrannollinen pyyhkien määrään ja riippuu kytkennän jakaumasta; eristysrikko voi tapahtua kytkennän alussa, keskellä tai lopussa, mutta loppu on kaikkein altis. Alhaan jännitteen puolen valvonta-asemien asentaminen voi tehokkaasti rajoittaa sekä edestakaisinmuuntoylikuormituksen turvalliselle tasolle.

Toinen suojamekanismi on erillinen maayhdistys korkean ja alhaan jännitteen puolille. Tässä kokoonpanossa korkean jännitteen valvonta-asema maataan itsenäisesti, alhaan jännitteen puolelle ei asenneta valvonta-asemaa, ja alhaan jännitteen neutraalipiste ja transformaattorin kuori sidotaan yhteen ja maataan erillisesti korkean jännitteen maajärjestelmästä.

Tämä menetelmä hyödyntää maan heikennysvaikutusta ukkoskuormituksen aaltoihin, mikä perustavanlaatuisesti poistaa takaisinmuuntoylikuormituksen. Edestakaisinmuuntoylikuormituksen osalta laskelmat osoittavat, että alhaan jännitteen maaristen vähentäminen 10 Ω:sta 2.5 Ω:aan voi vähentää korkean jännitteen edestakaisinmuuntoylikuormituksen noin 40 %. Oikealla hoidolla alhaan jännitteen maaristeen kanssa, edestakaisinmuuntoylikuormitus voidaan poistaa kokonaan.

Tämä suojajärjestelmä on yksinkertainen ja taloudellinen, vaikka asettaa korkeampia vaatimuksia alijännitteen maanpäällystysvastuulle, mikä antaa sille tiettyä käytännön arvoa laajempaan soveltamiseen.

Lisäksi edellä mainittuihin menetelmiin nähden muihin jakaumamuuntajan salaman suojaamiseen tähtääviin toimenpiteisiin kuuluu muun muassa tasapainottavan kierroksen asentaminen muuntajan ydinrakenteeseen etuliikkeen ja vastaliikkeen muuntovolttiylijäämien hillitsemiseksi tai metallioksideihmisten ylijäännössuojien sisällyttäminen suoraan muuntajaan.