Что представляют собой нейтральные точки заземления и методы защиты трансформаторов в энергосистемах
Режимы заземления нейтрали и защита трансформаторов в электрических сетях
Для систем от 110 кВ до 500 кВ следует применять эффективный метод заземления. В частности, при всех условиях эксплуатации отношение нулевой последовательности реактивного сопротивления к положительной последовательности реактивного сопротивления X0/X1 системы должно быть положительным значением и не превышать 3. Одновременно отношение нулевой последовательности активного сопротивления к положительной последовательности реактивного сопротивления R0/X1 также должно быть положительным значением и не превышать 1.
В системах 330 кВ и 500 кВ нейтральные точки трансформаторов заземлены напрямую.
В электрических сетях 110 кВ и 220 кВ нейтральные точки большинства трансформаторов заземлены напрямую. Для некоторых трансформаторов их нейтральные точки заземлены через разрядники, ограничители перенапряжений или параллельное соединение разрядников и ограничителей перенапряжений.
Для ограничения однофазного короткого замыкания в электрической сети можно применять низкореактивное заземление нейтральных точек трансформаторов с напряжением 110 кВ и выше.
Защита нейтральной точки трансформаторов 110 кВ и 220 кВ
Для ограничения однофазного короткого замыкания на землю, предотвращения помех в коммуникациях и удовлетворения требований к настройке и конфигурации реле защиты, нейтральная точка одного трансформатора заземлена напрямую. Для остальных трансформаторов их нейтральные точки заземлены через ограничители перенапряжений, защитные разрядники или параллельное соединение ограничителей перенапряжений и защитных разрядников.
Большинство трансформаторов используют схему защиты, сочетающую ограничители перенапряжений с разрядниками. Разрядник обычно имеет стержневую конструкцию, а большинство ограничителей перенапряжений настроены как оксид-цинковые ограничители перенапряжений.
Разделение защиты для параллельных разрядников с ограничителями перенапряжений
Постоянные и коммутационные перенапряжения обрабатываются разрядниками, а грозовые и переходные перенапряжения воспринимаются ограничителями перенапряжений. Одновременно разрядники служат для ограничения слишком высоких постоянных перенапряжений и чрезмерно высоких остаточных напряжений, которые могут возникнуть на ограничителях перенапряжений. Этот подход не только защищает нейтральную точку трансформатора, но и обеспечивает взаимную защиту.
Защита оксид-цинковыми ограничителями перенапряжений
При однофазном замыкании на землю и потере заземления возникающие перенапряжения могут повредить или даже вызвать взрыв ограничителя перенапряжений.
Защита стержневыми разрядниками
Этот тип защиты использует раздельную установку. На практике регулировка расстояния часто бывает неточной, а центрирование часто плохое. После разряда образующаяся дуга может эродировать электроды. При грозовых импульсах возникают обрезанные волны, которые угрожают изоляционной безопасности оборудования. Защитный разрядник не может самогасящийся дугу. Вместо этого требуется реле защиты для прерывания дуги, что может привести к ошибочному срабатыванию реле защиты.
Параллельная защита ограничителями перенапряжений и разрядниками
Требования к координации между уровнем защиты ограничителя перенапряжений, характеристиками работы стержневого разрядника и уровнем изоляции нейтральной точки трансформатора крайне строгие и трудновыполнимые на практике.
Защита композитными разрядниками
Для механической поддержки используются композитные изоляторы. Высоковольтные и низковольтные электроды закреплены на обоих концах изолятора, а электроды разрядника имеют форму рогов. Его разрядные электроды и электроды зажигания разделены. Он обладает преимуществами, такими как хорошее центрирование, точное определение расстояния, удобная установка и настройка, высокая устойчивость к абляции и стабильное разрядное напряжение. Он преодолевает врожденные недостатки раздельно установленных стержневых разрядников и более подходит для защиты нейтральной точки трансформаторов.
Принципы защиты
Под воздействием грозового перенапряжения разрядник должен пробивать, чтобы защитить изоляцию нейтральной точки трансформатора. Его грозовой импульсный разрядный ток должен согласовываться с грозовым импульсным выдерживаемым уровнем нейтральной точки трансформатора.
При возникновении однофазного замыкания на землю в системе, изоляция нейтральной точки должна выдерживать перенапряжение, вызванное аварией, и разрядник не должен пробивать, чтобы предотвратить ошибочное срабатывание реле защиты. При возникновении однофазного замыкания на землю в системе, сопровождающемся потерей заземления нейтральной точки, или при возникновении режима неполной фазы, резонансных аварий и т.д., приводящих к перенапряжению частоты питания, превышающему определенную амплитуду, разрядник должен пробивать, чтобы зажимать нейтральную точку системы и ограничивать перенапряжение на нейтральной точке трансформатора.
Защита управляемыми разрядниками
Управляемый разрядник состоит из фиксированного разрядника, контрольного разрядника и конденсаторной цепи выравнивания напряжения. Разрядник в форме рогов выполняет функцию фиксированного разрядника, а вакуумный выключатель используется для управления автоматическим пробоем управляемого разрядника.
Управляемый разрядник используется параллельно с ограничителем перенапряжений. При грозовых и переходных перенапряжениях ограничитель перенапряжений работает, чтобы ограничить перенапряжение, а управляемый разрядник остается неактивным. При возникновении однофазного замыкания на землю в системе это перенапряжение не представляет угрозы для изоляции нейтральной точки, поэтому управляемый разрядник не работает.
При возникновении перенапряжения частоты питания (например, при однофазном замыкании на землю и потере заземления в изолированной незаземленной системе или при работе в неполном фазовом режиме) управляемый разрядник активируется, чтобы защитить изоляцию нейтральной точки трансформатора и ограничитель перенапряжений.
Управляемый разрядник эффективно решает проблемы, существующие в разрядниках, ограничителях перенапряжений и параллельной защите стержневых разрядников и ограничителей перенапряжений. Параллельное соединение управляемого разрядника и ограничителя перенапряжений может эффективно защищать нейтральную точку трансформатора.
