Vilka är de neutralpunktskopplingslägena och skyddsmetoderna för transformatorer i elkraftnät？

Neutralpunktens jordningslägen och skydd av transformatorer i elkraftnät

För system som sträcker sig från 110 kV till 500 kV skall ett effektivt jordningsförfarande antas. Specifikt, under alla driftförhållanden bör förhållandet mellan nollsekvensreaktans och positivsekvensreaktans X₀/X₁ i systemet vara ett positivt värde och inte överstiga 3. Samtidigt bör förhållandet mellan nollsekvensmotstånd och positivsekvensreaktans R₀/X₁ oända vara ett positivt värde och inte överstiga 1.

I 330 kV- och 500 kV-system är neutralpunkterna på transformatorerna direktjordade.

I 110 kV- och 220 kV-nät är neutralpunkterna på de flesta transformatorer direktjordade. För vissa transformatorer är deras neutralpunkter jordade via gap, överspanningsbegränsare, eller en parallellkombination av gap och överspanningsbegränsare.

För att begränsa den ensidiga kortslutningsströmmen i elkraftnätet kan lågreaktansjordning tillämpas på neutralpunkterna för transformatorer med 110 kV och högre.

Skydd av neutralpunkter för 110 kV- och 220 kV-transformatorer

För att begränsa den ensidiga jordningskortslutningsströmmen, undvika kommunikationsstörningar, och uppfylla kraven för inställning och konfiguration av reläskydd, är neutralpunkten för en transformator direktjordad. För de återstående transformatorerna är deras neutralpunkter jordade genom överspanningsbegränsare, skyddsgap, eller parallellkoppling av överspanningsbegränsare och skyddsgap.

De flesta transformatorer använder ett skyddsschema som kombinerar överspanningsbegränsare med utsläppsgap. Utsläppsgappen använder vanligtvis en stav-stav-struktur, och de flesta överspanningsbegränsarna är konfigurerade som zinkoxidöverspanningsbegränsare.

Skyddsindelning för parallella gap med överspanningsbegränsare

Nätspänning och växlingsöverspänning hanteras av gappena, medan blixtnings- och transitoriska överspänningar tas om hand av överspanningsbegränsarna. Samtidigt fungerar gappena för att begränsa alltför höga amplituderna av nätspänningsovervoltage och alltför höga restspänningar som kan uppstå på överspanningsbegränsarna. Denna metod skyddar inte bara neutralpunkten på transformatorn utan ger också ömsesidigt skydd.

Skydd genom metalloxidöverspanningsbegränsare

När det inträffar en ensidig jordning och förlust av jordning, kan den resulterande överspänningen skada eller till och med orsaka explosion av överspanningsbegränsaren.

Skydd genom stav-stav-gap

Detta typ av skydd använder en delat installation. I praktiken tenderar avståndsjusteringen att vara oexakt, och koncentricitet är ofta dålig. Efter utsläpp kommer den genererade bågen att erosera elektroderna. Under blixtningsimpuls uppstår kluvna vågor, vilket utgör en hot mot inspännings säkerheten för utrustningen. Skyddsgapet kan inte självmant släcka bågen. Istället krävs reläskydd för att avbryta bågen, vilket kan leda till felaktig operation av reläskyddet.

Parallellt skydd genom överspanningsbegränsare och gap

Kraven på samordning mellan skyddsnivån för överspanningsbegränsaren, driftkaraktären för stavgapet, och inspänningsnivån för transformatorns neutralpunkt är extremt strikta och svåra att uppnå i praktiken.

Skydd genom sammansatta gap

Kompositisoler används för mekaniskt stöd. Högvoltselektroder och lågvoltselektroder är fastsatta vid båda ändarna av isolatorn, och gap-elektroder har formen av gethörn. Dess utsläppselektroder och bågelektroder är separata. Det erbjuder fördelar som bra koncentricitet, exakt avståndsbestämning, enkel installation och justering, stark erosionståndighet, och stabil utsläppsspänning. Det övervinner de inbyggda bristerna hos delade stavgapper och är mer lämpligt för skydd av transformatorns neutralpunkt.

Skyddsprinciper

• Under verkan av blixtningsöverspänning bör gapet brytas ned för att skydda isoleringen av transformatorns neutralpunkt. Dess blixtningsimpulsutsläppsspänning bör koordineras med transformatorns neutralpunkts blixtningsimpulstålighet.

• När det inträffar en ensidig jordningsfel i systemet bör neutralpunktsisoleringen kunna tåla den överspänning som uppstår av felet, och gapet bör inte brytas ned för att förhindra felaktig operation av reläskydd. När det inträffar en ensidig jordning i systemet tillsammans med förlust av jordning, eller när systemet upplever icke-fullfasoperation, resonansfel, etc., vilket leder till nätspänningsovervoltage över en viss amplitud, bör gapet brytas ned för att klampa systemets neutralpunkt och begränsa överspänningen vid transformatorns neutralpunkt.

Skydd genom kontrollerbara gap

Ett kontrollerbart gap består huvudsakligen av ett fast gap, ett kontrollgap, och en kondensator-spänningsjämningskrets. Gethörngapet fungerar som det fasta gapet, och en vakuumsvits används för att styra automatisk brytning av det kontrollerbara gapet.

Kontrollerbart gap används parallellt med överspanningsbegränsaren. Vid blixtnings- och transitoriska överspänningar opererar överspanningsbegränsaren för att begränsa överspänningen, och kontrollerbart gap förblir inaktivt. När det inträffar en ensidig jordningsfel i systemet, utgör denna överspänning ingen hot mot neutralpunktsisoleringen, så kontrollerbart gap opererar inte.

När det uppstår nätspänningsovervoltage (som ensidig jordning och förlust av jordning i ett isolerat ej-jordat system eller icke-fullfasoperation), aktiveras kontrollerbart gap för att skydda isoleringen av transformatorns neutralpunkt och överspanningsbegränsaren.

Kontrollerbart gap löser effektivt problemen som finns i gap, överspanningsbegränsare, och parallellt skydd av stavgap och överspanningsbegränsare. Parallellkopplingen av kontrollerbart gap och överspanningsbegränsare kan effektivt skydda transformatorns neutralpunkt.