110kV transformátor ochrana nulové posloupnosti: Problémy a opatření k zlepšení

Problémy s nulovou sérií ochrany transformátorů 110 kV

V efektivně zazeměném systému je výkon zapojení středního vodiče transformátoru omezen na určitou úroveň a ochrana středního vodiče neprojeví. Účelem instalace ochrany středního vodiče je prevence poškození izolace transformátoru způsobeného zvýšeným nulovým sekvencovým napětím v neefektivně zazeměných systémech. Výbojový prostor funguje pouze při jednofázovém zemním zkratu, kdy jsou všechny transformátory s přímo zazeměným středním vodičem odpojené a transformátory s nezazeměným středním vodičem zůstávají připojené k porušené síti. V tomto případě výboj snižuje napětí mezi středním vodičem a zemí a zabránil poškození izolace.

Nicméně, při selhání výbojového prostoru dochází ke generování přerušovaných vln, které škodí vrstevnaté izolaci transformátoru. Proto, když dojde k zvýšení nulového sekvencového napětí způsobeného jednofázovým zemním zkratem, je preferováno, aby transformátor odpojila ochrana před přetížením nulového sekvencového napětí, nikoliv ochrana proudu výbojového prostoru. Naopak, ochrana proudu výbojového prostoru má určitou míru náhodnosti a může z různých důvodů nefungovat. Z tohoto hlediska je ochrana před přetížením nulového sekvencového napětí klíčovější než ochrana proudu výbojového prostoru pro ochranu izolace středního vodiče transformátoru.

Typicky se ochrana před přetížením nulového sekvencového napětí a ochrana proudu výbojového prostoru používají společně k vytvoření kompletního schématu ochrany izolace středního vodiče. Tedy, instalace pouze ochrany proudu výbojového prostoru bez ochrany před přetížením nulového sekvencového napětí je nedostatečná, zejména během intermittujících selhání výbojového prostoru, kdy výbojový proud nemůže být udržován a ochrana proudu výbojového prostoru tak není efektivní.

Většina současných 110 kV podstanic je vybavena pouze výbojovými rodičky středního vodiče, ale chybí jim odpovídající reléová ochrana. Tato konfigurace je nevýhodná. Když se nulové sekvencové napětí sítě blíží k nominálnému fázovému napětí, všechny transformátory s nezazeměným středním vodičem současně zažijí přetížení nulového sekvencového napětí. Pokud má konečný transformátor bez ochrany před přetížením proudu výbojového prostoru jeho výbojový prostor středního vodiče předčasné výboje a tento výboj nelze udržet, energizovaný transformátor s nezazeměným středním vodičem zůstane připojen k porušené síti.

Proto, pokud konečné transformátory nemají zdroje napájení na straně nízkého napětí a pokud nejsou nainstalovány kompletní ochrana před přetížením proudu výbojového prostoru a ochrana před přetížením nulového sekvencového napětí, by měly být původně nainstalované výbojové rodičky středního vodiče buď odstraněny, nebo by jejich vzdálení mělo být záměrně zvětšeno, aby se zabránilo předčasnému výboji.

Pro podstanice s vnitřním mostovým spojením není optimální tradiční postup, kdy se první časové nastavení ochrany nulového sekvencového proudu transformátoru se zazeměným středním vodičem používá k odpojení vypínačů 900 a 100. Když se nízkovoltové strany provozují paralelně, odpojení vypínače 900 vedou k ztrátě jedné části sběrné linky, zatímco nízkovoltový vypínač transformátoru s nezazeměným středním vodičem zůstává uzavřený.

Při absenci ochrany před přetížením nulového sekvencového napětí, pokud existuje dočasný zdroj napájení na straně nízkého napětí (např. kvůli předávání elektrické energie na 10 kV), je transformátor s nezazeměným středním vodičem ohrožen přetížením. Proto, s ohledem na to, že třífázové napěťové transformátory (VT) jsou již nainstalovány na straně 110 kV, přidání ochrany před přetížením nulového sekvencového napětí je jednoduchou a efektivní bezpečnostní opatřením.

Řízení způsobů zazemění středního vodiče transformátoru a opatření k zlepšení nulové sekvencové ochrany

Zaprvé je nezbytné zajistit, aby 110 kV systém fungoval jako efektivně zazeměný systém. Prevence nesprávného chování je nejzákladnějším přístupem - zajistit, aby byl střední vodič transformátoru na straně zdroje efektivně zazeměn. Pokud to dovolí koordinace ochrany, mohou být střední vodiče obou paralelně provozovaných transformátorů na straně zdroje zazeměny současně.

Pokud transformátor dodávající elektrickou energii ztratí svůj zazeměný střední vodič, systém může přejít do stavu neefektivně zazeměného. Proto by měly být v projektové fázi transformátory na straně zdroje, nebo ty, které budou v budoucnu dodávat elektrickou energii, vybaveny kompletní ochranou středního vodiče, včetně ochrany před přetížením nulového sekvencového proudu středního vodiče, ochrany proudu výbojového prostoru středního vodiče a ochrany před přetížením nulového sekvencového napětí na sběrné lince.

Na vývodní částech 110 kV, bez ohledu na to, kolik transformátorů je paralelně připojených, mohou konečné transformátory fungovat s nezazeměným středním vodičem, pokud je střední vodič na straně zdroje zazeměn. V reálném provozu, aby se minimalizovaly potenciální rizika, může být zazeměn střední vodič jednoho transformátoru. Při výběru, který střední vodič zazemět, by se měla uplatnit následující priorita:

• Preferovat transformátory, jejichž nízkovoltová strana dočasně dodává elektrickou energii;

• Následovat transformátory, jejichž vysokovoltová strana nemá vypínač;

• Nakonec, vybrat transformátor nejblíže zdroji elektrické energie.

Pro většinu již nasazených konečných 110 kV podstanic, které aktuálně nemají ochranu před přetížením nulového sekvencového napětí (z VT na sběrné lince) a ochranu proudu výbojového prostoru středního vodiče, by měly být původně nainstalované výbojové rodičky středního vodiče buď odstraněny, nebo by jejich vzdálení mělo být záměrně zvětšeno, aby se zabránilo předčasnému výboji.

Pro budoucí návrhy 110 kV podstanic by se měly zvážit třífázové napěťové transformátory na straně vysokého napětí spolu s ochranou před přetížením nulového sekvencového napětí a ochranou proudu výbojového prostoru středního vodiče transformátoru. Tato konfigurace poskytuje flexibilitu v provozu a přizpůsobí se budoucím změnám struktury sítě.

Pro podstanice s vnitřním mostovým spojením by mělo první časové nastavení ochrany nulového sekvencového proudu hlavního transformátoru odpojit druhý transformátor s nezazeměným středním vodičem, aby se zabránilo rozšíření oblasti výpadku nebo způsobení síťového přetížení s frekvencí síťového toku.