Welche Neutralpunkterdungsarten und Schutzmethoden von Transformatoren in Stromnetzen gibt es
Neutralpunkt-Bereichs- und Schutzmodi von Transformatoren in Stromnetzen
Für Systeme von 110 kV bis 500 kV soll ein effektives Erdungsverfahren angewendet werden. Insbesondere sollte das Verhältnis der Nullfolgenreaktanz zur Positivfolgenreaktanz X0/X1 des Systems unter allen Betriebsbedingungen ein positiver Wert sein und 3 nicht überschreiten. Gleichzeitig sollte auch das Verhältnis der Nullfolgenwiderstand zur Positivfolgenreaktanz R0/X1 ein positiver Wert sein und 1 nicht überschreiten.
In 330-kV- und 500-kV-Systemen sind die Neutralpunkte der Transformatoren direkt geerdet.
In 110-kV- und 220-kV-Stromnetzen sind die Neutralpunkte der meisten Transformatoren direkt geerdet. Für einige Transformatoren sind ihre Neutralpunkte über Lücken, Überspannungsbegrenzer oder die parallele Kombination aus Lücken und Überspannungsbegrenzern geerdet.
Um den Einphasen-Kurzschlussstrom im Stromnetz zu begrenzen, kann für die Neutralpunkte von Transformatoren mit einer Spannung von 110 kV und höher eine Erdung mit geringer Reaktanz angewendet werden.
Neutralpunkt-Schutz von 110-kV- und 220-kV-Transformatoren
Um den Einphasen-Erdungskurzschlussstrom zu begrenzen, Kommunikationsstörungen zu vermeiden und die Anforderungen an die Einstellung und Konfiguration des Relais-Schutzes zu erfüllen, wird der Neutralpunkt eines Transformers direkt geerdet. Für die übrigen Transformatoren werden ihre Neutralpunkte über Überspannungsbegrenzer, Schutzlücken oder die parallele Verbindung von Überspannungsbegrenzern und Schutzlücken geerdet.
Die meisten Transformatoren verwenden ein Schutzkonzept, das Überspannungsbegrenzer mit Entladelücken kombiniert. Die Entladelücke verwendet in der Regel eine Stab-Stab-Struktur, und die meisten Überspannungsbegrenzer sind als Zinkoxid-Überspannungsbegrenzer konfiguriert.
Schutzteilung für parallele Lücken mit Überspannungsbegrenzern
Netzfrequenz- und Schaltüberspannungen werden durch die Lücken behandelt, während Blitz- und Transientüberspannungen von den Überspannungsbegrenzern getragen werden. Gleichzeitig dienen die Lücken dazu, übermäßig hohe Netzfrequenzüberspannungen und zu hohe Restspannungen, die auf den Überspannungsbegrenzern auftreten könnten, zu begrenzen. Dieser Ansatz schützt nicht nur den Neutralpunkt des Transformers, sondern erreicht auch einen gegenseitigen Schutz.
Schutz durch Metalloxid-Überspannungsbegrenzer
Bei einem Einphasen-Erdung- und Erdungsverlust-Fehler kann die resultierende Überspannung den Überspannungsbegrenzer beschädigen oder sogar zur Explosion führen.
Schutz durch Stab-Stab-Lücken
Dieser Schutztyp verwendet eine geteilte Installation. In der Praxis neigt die Distanzjustierung dazu, ungenau zu sein, und die Konzentrik ist oft schlecht. Nach der Entladung erodiert der entstehende Bogen die Elektroden. Unter Blitzimpuls entstehen abgeschnittene Wellen, die die Isolationsicherheit der Ausrüstung bedrohen. Der Schutzlücke kann den Bogen nicht selbst löschen. Stattdessen ist ein Relaisschutz erforderlich, um den Bogen zu unterbrechen, was zu Fehlfunktionen des Relaisschutzes führen kann.
Parallelschutz durch Überspannungsbegrenzer und Lücken
Die Koordinierungsanforderungen zwischen dem Schutzpegel des Überspannungsbegrenzers, den Betriebseigenschaften der Stab-Lücke und dem Isolationspegel des Neutralpunkts des Transformers sind extrem streng und in der Praxis schwer zu erreichen.
Schutz durch Verbundlücken
Verbundisolatoren werden für mechanische Unterstützung eingesetzt. Die Hoch- und Niederspannungselektroden sind an beiden Enden des Isolators befestigt, und die Lückenelektroden haben die Form von Ziegenhörnern. Ihre Entladelektroden und Bogenentzündungselektroden sind getrennt. Es bietet Vorteile wie gute Konzentrik, genaue Distanzbestimmung, einfache Installation und Justierung, hohe Abrasionsbeständigkeit und stabile Entladungsspannung. Es überwindet die inhärenten Nachteile von geteilten, installierten Stab-Lücken und ist besser geeignet, um den Neutralpunkt von Transformatoren zu schützen.
Schutzprinzipien
Unter dem Einfluss von Blitzüberspannungen sollte die Lücke durchschlagen, um die Isolation des Neutralpunkts des Transformers zu schützen. Ihre Blitzimpuls-Entladungsspannung sollte mit dem Blitzimpulswiderstandsniveau des Neutralpunkts des Transformers abgestimmt sein.
Wenn ein Einphasen-Erdungsfehler im System auftritt, sollte die Neutralpunkt-Isolation in der Lage sein, die durch den Fehler erzeugte Überspannung zu überstehen, und die Lücke sollte nicht durchschlagen, um Fehlfunktionen des Relaisschutzes zu verhindern. Wenn ein Einphasen-Erdung im System zusammen mit einem Neutralpunkt-Erdungsverlust auftritt oder wenn das System nicht vollständige Phasenoperation, Resonanzfehler usw. erlebt, die zu einer Netzfrequenzüberspannung über einem bestimmten Pegel führen, sollte die Lücke durchschlagen, um den Neutralpunkt des Systems zu klemmen und die Überspannung am Neutralpunkt des Transformers zu begrenzen.
Schutz durch steuerbare Lücken
Eine steuerbare Lücke besteht hauptsächlich aus einer festen Lücke, einer Steuerlücke und einem Kondensator-Spannungsausgleichsschaltkreis. Die Ziegenhorn-Lücke fungiert als feste Lücke, und ein Vakuumschalter wird verwendet, um die automatische Durchschlagung der steuerbaren Lücke zu kontrollieren.
Die steuerbare Lücke wird parallel zum Überspannungsbegrenzer verwendet. Bei Blitz- und Transientüberspannungen arbeitet der Überspannungsbegrenzer, um die Überspannung zu begrenzen, während die steuerbare Lücke inaktiv bleibt. Wenn ein Einphasen-Erdungsfehler im System auftritt, stellt diese Überspannung keine Bedrohung für die Neutralpunkt-Isolation dar, sodass die steuerbare Lücke nicht aktiviert wird.
Wenn eine Netzfrequenzüberspannung auftritt (wie z.B. Einphasen-Erdung und Erdungsverlust in einem isolierten ungeerdeten System oder nicht-vollständige Phasenoperation), aktiviert sich die steuerbare Lücke, um die Isolation des Neutralpunkts des Transformers und des Überspannungsbegrenzers zu schützen.
Die steuerbare Lücke löst effektiv die Probleme, die bei Lücken, Überspannungsbegrenzern und dem parallelen Schutz von Stab-Lücken und Überspannungsbegrenzern bestehen. Die parallele Verbindung der steuerbaren Lücke und des Überspannungsbegrenzers kann den Neutralpunkt des Transformers effektiv schützen.
