Protección de secuencia cero del transformador de 110kV: Problemas y medidas de mejora

Problemas con la Protección de Secuencia Cero en Transformadores de 110 kV

En un sistema efectivamente a tierra, el voltaje de desplazamiento neutro-tierra del transformador se limita a cierto nivel, y la protección de brecha en el punto neutro no opera. El propósito de instalar la protección de brecha es prevenir daños a la aislación del transformador causados por un voltaje de secuencia cero elevado en sistemas no efectivamente a tierra. La brecha solo opera cuando ocurre un fallo a tierra monofásico, todos los transformadores con punto neutro directamente a tierra son desconectados, y los transformadores energizados con puntos neutros no a tierra permanecen conectados a la red fallada. En este caso, la brecha descarga para reducir el voltaje neutro-tierra y evitar daños a la aislación.

Sin embargo, la ruptura de la brecha genera ondas cortadas, que son perjudiciales para el aislamiento entre espiras del transformador. Por lo tanto, cuando el voltaje de secuencia cero aumenta debido a un fallo a tierra monofásico, es preferible que la protección contra sobrevoltaje de secuencia cero, y no la protección de corriente de brecha, desconecte el transformador. En contraste, la protección de corriente de brecha implica un grado de aleatoriedad y puede no operar por diversas razones. Desde esta perspectiva, para proteger la aislación del punto neutro del transformador, la protección contra sobrevoltaje de secuencia cero es más crítica que la protección de corriente de brecha.

Generalmente, la protección contra sobrevoltaje de secuencia cero y la protección de corriente de brecha se utilizan juntas para formar un esquema completo de protección de aislación del punto neutro. Por lo tanto, instalar solo la protección de corriente de brecha sin la protección contra sobrevoltaje de secuencia cero es insuficiente, especialmente durante la ruptura intermitente de la brecha, donde la corriente de descarga no puede mantenerse, lo que hace que la protección de corriente de brecha sea ineficaz.

La mayoría de las subestaciones de 110 kV actualmente en servicio están equipadas solo con brechas de varilla en el punto neutro, pero carecen de relés de protección correspondientes. Esta configuración es desventajosa. Cuando el voltaje de secuencia cero de la red se acerca al voltaje de fase nominal, todos los transformadores con neutro no a tierra experimentan simultáneamente un sobrevoltaje de secuencia cero. Si un transformador terminal sin protección de sobrecorriente de brecha tiene una descarga prematura en su brecha del punto neutro y la descarga no puede mantenerse, el transformador energizado con neutro no a tierra permanecerá conectado a la red fallada.

Por lo tanto, para transformadores terminales sin fuentes de alimentación en el lado de baja tensión, si no se instalan completos la protección de corriente de brecha y la protección contra sobrevoltaje de secuencia cero, la brecha de varilla del punto neutro debe ser removida o su distancia intencionalmente aumentada para evitar la descarga prematura.

Para subestaciones con conexiones internas en puente, la práctica convencional de usar el primer ajuste de tiempo de la protección de corriente de secuencia cero del transformador a tierra para desconectar los interruptores 900 y el enlace 100 de barras no es óptima. Cuando los lados de baja tensión están operando en paralelo, desconectar el interruptor 900 resulta en la pérdida innecesaria de una sección de barras. Mientras tanto, el interruptor del lado de baja tensión del transformador no a tierra permanece cerrado.

En ausencia de protección contra sobrevoltaje de secuencia cero, si existe una fuente de alimentación temporal de baja tensión (por ejemplo, debido a la transferencia de energía de 10 kV), el transformador no a tierra está en riesgo de sobrevoltaje. Por lo tanto, dado que ya se han instalado transformadores de voltaje trifásicos (VT) en el lado de 110 kV, agregar la protección contra sobrevoltaje de secuencia cero es una medida de seguridad simple y efectiva.

Control de Métodos de Aterrizaje del Neutro del Transformador y Medidas de Mejora para la Protección de Secuencia Cero

Primero, es esencial asegurar que el sistema de 110 kV opere como un sistema efectivamente a tierra. Prevenir la operación incorrecta es el enfoque más fundamental, asegurando que el punto neutro de 110 kV del transformador en el extremo de alimentación esté efectivamente a tierra. Si lo permiten las configuraciones de coordinación de protección, ambos transformadores del lado de alimentación pueden tener sus puntos neutros a tierra simultáneamente.

Si un transformador de alimentación pierde su punto neutro a tierra, el sistema puede convertirse en uno no efectivamente a tierra. Por lo tanto, durante la fase de diseño, los transformadores del extremo de alimentación, o aquellos que puedan suministrar energía en el futuro, deben estar equipados con una protección completa de brecha en el punto neutro, incluyendo la protección contra sobrecorriente de secuencia cero en el punto neutro, la protección de corriente de brecha en el punto neutro y la protección contra sobrevoltaje de secuencia cero en delta abierto en la barra.

En las salidas de alimentación de 110 kV, independientemente de cuántos transformadores estén conectados en paralelo, los transformadores terminales pueden operar con puntos neutros no a tierra siempre que el punto neutro del lado de alimentación esté a tierra. En la operación real, para mitigar los riesgos potenciales, el punto neutro de un transformador puede estar a tierra. Cuando se selecciona qué punto neutro a tierra, se debe aplicar el siguiente orden de prioridad:

• Preferir transformadores cuyo lado de baja tensión suministra temporalmente energía;

• A continuación, considerar transformadores cuyo lado de alta tensión carece de interruptor;

• Finalmente, seleccionar el transformador más cercano a la fuente de alimentación.

Para la mayoría de las subestaciones terminales de 110 kV ya en servicio que actualmente carecen de protección contra sobrevoltaje de secuencia cero en delta abierto (de VT de barras) y protección de corriente de brecha en el punto neutro, las brechas de varilla del punto neutro originalmente instaladas deben ser removidas o su espacio intencionalmente aumentado para evitar la descarga prematura.

Para los diseños futuros de subestaciones de 110 kV, se deben considerar transformadores de voltaje trifásicos en el lado de alta tensión, junto con la protección contra sobrevoltaje de secuencia cero y la protección de corriente de brecha en el punto neutro del transformador. Esta configuración proporciona flexibilidad operativa y se adapta a los cambios futuros en la estructura de la red.

Para subestaciones con conexiones internas en puente, el primer ajuste de tiempo de la protección de corriente de secuencia cero en el punto neutro del transformador principal debe desconectar el otro transformador no a tierra para evitar ampliar el área de apagón o causar sobrevoltaje de frecuencia de red.