110kV Μετασχισματοποιητής Προστασίας Ακολουθίας Zero-Sequence: Θέματα & Μέτρα Βελτίωσης

Προβλήματα με την Προστασία Μηδενικής Ακολουθίας σε Μετατροπείς 110 kV

Σε ένα αποτελεσματικά εδραιωμένο σύστημα, η τάση διατάραξης μεταξύ του μεσαίου και της γης ενός μετατροπέα περιορίζεται σε συγκεκριμένο επίπεδο και η προστασία του χάσματος στο μεσαίο δεν λειτουργεί. Ο στόχος της εγκατάστασης προστασίας χάσματος είναι να προστατεύσει την απομόνωση του μετατροπέα από βλάβες που προκαλούνται από υψηλή μηδενική τάση σε μη αποτελεσματικά εδραιωμένα συστήματα. Το χάσμα λειτουργεί μόνο όταν συμβαίνει μια μονοφασική συνδεσμοποίηση, όλοι οι μετατροπείς με εδραιωμένο μεσαίο σημείο αποσυνδέονται και οι ενεργοποιημένοι μετατροπείς με μη εδραιωμένο μεσαίο σημείο παραμένουν συνδεδεμένοι με το συστηματικό σύνδεσμο. Σε αυτή την περίπτωση, το χάσμα αποστολιώνει για να μειώσει την τάση μεταξύ του μεσαίου και της γης και να αποφύγει βλάβες στην απομόνωση.

Ωστόσο, η σπάσιμη του χάσματος παράγει χωρισμένες κύματα, οι οποίες είναι επιβλαβείς για την απομόνωση των στροφών του μετατροπέα. Συνεπώς, όταν η μηδενική τάση αυξάνεται λόγω μονοφασικής συνδεσμοποίησης, είναι προτιμότερο να ενεργοποιηθεί η προστασία υπερτάσης μηδενικής ακολουθίας και όχι η προστασία ρεύματος χάσματος. Σε αντίθεση, η προστασία ρεύματος χάσματος περιλαμβάνει μια στοιχείο τυχαιότητας και μπορεί να μην λειτουργήσει για διάφορους λόγους. Από αυτή την άποψη, για την προστασία της απομόνωσης του μεσαίου σημείου του μετατροπέα, η προστασία υπερτάσης μηδενικής ακολουθίας είναι πιο σημαντική από την προστασία ρεύματος χάσματος.

Τυπικά, η προστασία υπερτάσης μηδενικής ακολουθίας και η προστασία ρεύματος χάσματος χρησιμοποιούνται μαζί για να σχηματίσουν ένα ολοκληρωμένο σύστημα προστασίας της απομόνωσης του μεσαίου σημείου. Συνεπώς, η εγκατάσταση μόνο προστασίας ρεύματος χάσματος χωρίς προστασία υπερτάσης μηδενικής ακολουθίας είναι ανεπαρκής, ειδικά κατά τη διάρκεια διακοπής του χάσματος, όπου το ρεύμα αποστολιώνεις δεν μπορεί να διατηρηθεί, κάνοντας την προστασία ρεύματος χάσματος αναποτελεσματική.

Οι περισσότερες 110 kV υποσταθμείς που έχουν εισαχθεί στην λειτουργία είναι εφοδιασμένες μόνο με χάσματα μεσαίου σημείου, αλλά δεν διαθέτουν αντίστοιχη προστασία. Αυτή η διάταξη είναι μειονεκτική. Όταν η μηδενική τάση του συστήματος αυξάνεται κοντά στην τάση φάσης, όλοι οι μετατροπείς με μη εδραιωμένο μεσαίο σημείο εμποδίζουν την μηδενική υπερτάση. Εάν ένας τερματικός μετατροπέας χωρίς προστασία υπερρεύματος χάσματος έχει πρόωρη αποστολίωση του χάσματος του μεσαίου σημείου και το ρεύμα δεν μπορεί να διατηρηθεί, ο ενεργοποιημένος μετατροπέας με μη εδραιωμένο μεσαίο σημείο παραμένει συνδεδεμένος με το συστηματικό σύνδεσμο.

Επομένως, για τερματικούς μετατροπείς χωρίς πηγές ρεύματος στην χαμηλή τάση, αν δεν είναι εγκατεστημένες πλήρη προστασία ρεύματος χάσματος και προστασία υπερτάσης μηδενικής ακολουθίας, το χάσμα του μεσαίου σημείου πρέπει να αφαιρεθεί ή η απόστασή του πρέπει να αυξηθεί σκόπιμα για να αποφευχθεί η πρόωρη αποστολίωση.

Για υποσταθμείς με εσωτερική γέφυρα, η συνήθη πρακτική της χρήσης της πρώτης ρύθμισης της προστασίας μηδενικού ρεύματος του μετατροπέα με εδραιωμένο μεσαίο σημείο για να αποσυνδέσει τους διακόπτες 900 και την 100 σύνδεση μεταξύ λεκάνων δεν είναι ιδανική. Κατά την παράλληλη λειτουργία των χαμηλών τάσεων, η αποσύνδεση του διακόπτη 900 οδηγεί στην αναγκαστική απώλεια μιας λεκάνης. Ωστόσο, ο διακόπτης της χαμηλής τάσης του μετατροπέα με μη εδραιωμένο μεσαίο σημείο παραμένει κλειστός.

Χωρίς προστασία υπερτάσης μηδενικής ακολουθίας, αν υπάρχει προσωρινή πηγή ρεύματος στη χαμηλή τάση (π.χ. λόγω μεταφοράς 10 kV), ο μετατροπέας με μη εδραιωμένο μεσαίο σημείο είναι εκτεθειμένος σε υπερτάση. Συνεπώς, δεδομένου ότι οι τριφασικοί μετατροπείς τάσης (VTs) είναι ήδη εγκατεστημένοι στην πλευρά 110 kV, η προσθήκη προστασίας υπερτάσης μηδενικής ακολουθίας είναι μια απλή και αποτελεσματική μέτρο ασφαλείας.

Έλεγχος των Μεθόδων Εδραίωσης του Μεσαίου Σημείου των Μετατροπέων και Μέτρα Βελτίωσης της Προστασίας Μηδενικής Ακολουθίας

Πρώτα, είναι απαραίτητο να εξασφαλιστεί ότι το σύστημα 110 kV λειτουργεί ως αποτελεσματικά εδραιωμένο σύστημα. Η πρόληψη λανθασμένης λειτουργίας είναι η πιο βασική προσέγγιση - να εξασφαλιστεί ότι το μεσαίο σημείο 110 kV του μετατροπέα στο σημείο πηγής είναι αποτελεσματικά εδραιωμένο. Αν επιτρέπεται από τις ρυθμίσεις συντονισμού προστασίας, και οι δύο μετατροπείς στην πηγή μπορούν να έχουν τα μεσαία σημεία τους εδραιωμένα ταυτόχρονα.

Αν ένας μετατροπέας που εφοδιάζει ρεύμα χάνει το εδραιωμένο μεσαίο σημείο, το σύστημα μπορεί να γίνει μη αποτελεσματικά εδραιωμένο. Συνεπώς, κατά τη φάση σχεδιασμού, οι μετατροπείς στο σημείο πηγής ή εκείνοι που μπορεί να εφοδιάσουν ρεύμα στο μέλλον, πρέπει να είναι εφοδιασμένοι με ολοκληρωμένη προστασία χάσματος μεσαίου σημείου, περιλαμβανομένης της προστασίας υπερρεύματος μηδενικής ακολουθίας, της προστασίας ρεύματος χάσματος μεσαίου σημείου και της προστασίας υπερτάσης μηδενικής ακολουθίας στη λεκάνη.

Στις 110 kV εξόδους, ανεξάρτητα από το πόσοι μετατροπείς είναι συνδεδεμένοι παράλληλα, οι τερματικοί μετατροπείς μπορούν να λειτουργούν με μη εδραιωμένο μεσαίο σημείο, αρκεί το μεσαίο σημείο στην πηγή να είναι εδραιωμένο. Στην πραγματική λειτουργία, για την ελάττωση των πιθανών κινδύνων, μπορεί να εδραιωθεί το μεσαίο σημείο ενός μετατροπέα. Στην επιλογή του μεσαίου σημείου που θα εδραιωθεί, θα πρέπει να εφαρμοστεί η παρακάτω προτεραιότητα:

• Προτίμηση μετατροπέων που παρέχουν προσωρινά ρεύμα στη χαμηλή τάση;

• Επόμενο, μετατροπέας που δεν έχει διακόπτη στην υψηλή τάση;

• Τελικά, επιλογή του μετατροπέα πιο κοντά στην πηγή ρεύματος.

Για τις περισσότερες 110 kV τερματικές υποσταθμείς που έχουν εισαχθεί στην λειτουργία και δεν διαθέτουν προστασία υπερτάσης μηδενικής ακολουθίας (από VTs λεκάνης) και προστασία ρεύματος χάσματος μεσαίου σημείου, τα αρχικά εγκατεστημένα χάσματα μεσαίου σημείου πρέπει να αφαιρεθούν ή η απόστασή τους πρέπει να αυξηθεί σκόπιμα για να αποφευχθεί η πρόωρη αποστολίωση.

Για τις μελλοντικές 110 kV υποσταθμείς, θα πρέπει να ληφθούν υπόψη τριφασικοί μετατροπείς τάσης στην υψηλή τάση, μαζί με προστασία υπερτάσης μηδενικής ακολουθίας και προστασία ρεύματος χάσματος μεσαίου σημείου. Αυτή η διάταξη παρέχει ευελιξία λειτουργίας και προσαρμόζεται σε μελλοντικές αλλαγές στη δομή του δικτύου.

Για υποσταθμείς με εσωτερική γέφυρα, η πρώτη ρύθμιση της προστασίας μηδενικού ρεύματος του κύριου μετατροπέα στο μεσαίο σημείο πρέπει να αποσυνδέσει τον άλλο μετατροπέα με μη εδραιωμένο μεσαίο σημείο, προκειμένου να αποφευχθεί η επέκταση της περιοχής αποσύνδεσης ή η προκλήση υπερτάσης μεταβαλλόμενης συχνότητας.