110kV-muunnoksen nollajärjestys suoja: Ongelmat ja parannuskeinot

Ongelmat 110 kV-transformatorien nollajärjestelmäsuojassa

Tehokkaasti maanjätettyssä järjestelmässä transformaattorin neutraalin ja maan välisen siirtymäjänniten on rajattu tiettyyn tasoon, eikä neutraalipisteen väliavaruussuojaa käytetä. Väliavaruussuojan asentamisen tarkoituksena on estää transformaattorin eristysvaurioita korkeassa nollajärjestelmäjännitteessä tehokkaasti maanjätettyjen järjestelmien ulkopuolella. Lepoavaruus toimii vain yhden vaiheen maajohdossa, kun kaikki suoraan maanjätetyt neutraalipisteet on poistettu palvelusta ja sähköiset muodostimet, joilla ei ole maanjätettyä neutraalipistettä, pysyvät yhteydessä vikoiseen verkkoon. Tällöin lepoavaruus purkautuu vähentääksesi neutraalin ja maan välisen jännitteen ja välttääksesi eristysvaurioita.

Kuitenkin lepoavaruuden rikkoutuminen aiheuttaa katkoviiveitä, jotka ovat haitallisia transformaattorin kierroksen välisten eristysten kannalta. Siksi on suositeltavaa, että nollajärjestelmän ylivoltisuussuoja – ei lepoavaruuden sähkönsuojauksessa – sammuttaa transformaattorin, kun nollajärjestelmäjännite nousee yhden vaiheen maajohdon vuoksi. Toisaalta, lepoavaruuden sähkönsuojauksessa on satunnaisuutta, ja se voi epäonnistua monista syistä. Tästä näkökulmasta katsottuna, nollajärjestelmän ylivoltisuussuojalla on tärkeämpi rooli kuin lepoavaruuden sähkönsuojauksella neutraalipisteen eristyksen suojelemisessa.

Yleensä nollajärjestelmän ylivoltisuussuojaa ja lepoavaruuden sähkönsuojaa käytetään yhdessä muodostaakseen täydellisen neutraalipisteen erityssuojauksen. Siksi pelkästään lepoavaruuden sähkönsuojauksen asentaminen ilman nollajärjestelmän ylivoltisuussuojaa on riittämätöntä, varsinkin väliaikaisissa lepoavaruuden rikkoutumisissa, joissa purkautumissähkö ei pysty säilyttämään, mikä tekee lepoavaruuden sähkönsuojauksesta tehottomaksi.

Useimmissa nykyisin käytössä olevissa 110 kV-alijärjestelyissä on asennettu vain neutraalipisteen valosävyjä, mutta niillä ei ole vastaavia suojarelayjä. Tämä konfiguraatio on haitallinen. Kun verkoston nollajärjestelmäjännite nousee lähelle nominoidun vaihejännitteen tasoa, kaikki neutraalipistettä ei maanjätettyjen transformaattoreiden kokovat nollajärjestelmän ylivoltisuuden. Jos loppumuodostimen, jolla ei ole lepoavaruuden ylivirtasuojaa, neutraalipisteen valosävy purkautuu ennenaikaisesti – ja purkautumista ei pystytä ylläpitämään – sähköinen neutraalipistettä ei maanjätetty muodostin pysyy yhteydessä vikoiseen verkkoon.

Siksi, jos loppumuodostimilla ei ole alivoltisuuspäätteitä, ja jos täydellistä lepoavaruuden sähkönsuojauksia ja nollajärjestelmän ylivoltisuussuojaa ei ole asennettu, alkuperäisesti asennetut neutraalipisteen valosävyt tulisi joko poistaa tai niiden etäisyys lisätä tahallisesti estääksesi ennenaikaisen purkautumisen.

Sisäisten silta-kytkentöjen alijärjestelyissä perinteinen käytäntö, jossa ensimmäinen aika-asetus neutraalipisteen maanjätettyjen muodostimien nollajärjestelmän sähkönsuojauksessa sammutetaan kytkimet 900 ja 100 bus-tie, ei ole optimaalinen. Kun alivoltisuudet toimivat parallelin, kytkimen 900 sammuttaminen johtaa tarpeettomaan menetykseen yhdestä bus-osastosta. Samaan aikaan, neutraalipistettä ei maanjätetty muodostimen alivoltisuuden puoleinen kytkin pysyy suljettuna.

Jos nollajärjestelmän ylivoltisuussuojaa ei ole, ja jos on tilapäinen alivoltisuuspäällystys (esimerkiksi 10 kV:n voiman siirrossa), neutraalipistettä ei maanjätetty muodostin on alttiina ylivoltisuudelle. Siksi, koska kolmivaiheisia jännitesiirtoja (VT) on jo asennettu 110 kV-puolelle, nollajärjestelmän ylivoltisuussuojan lisääminen on yksinkertainen ja tehokas turvatoimi.

Transformaattorien neutraalipisteen maanjättämismenetelmien hallinta ja parannuskeinot nollajärjestelmäsuojalle

Ensinnäkin on varmistettava, että 110 kV-järjestelmä toimii tehokkaasti maanjätettynä järjestelmänä. Virhetapahtumien estäminen on perustavanlaatuinen lähestymistapa – varmistaa, että 110 kV-neutraalipiste lähtösijainnin muodostimessa on tehokkaasti maanjätetty. Jos suojauksen koordinoinnin asetuksissa sallitaan, molemmat paralleliin kytketyt lähtösijainnin muodostimet voivat maanjätettyjä neutraalipisteitä samaan aikaan.

Jos virta-antava muodostin häviää maanjätetyn neutraalipisteen, järjestelmä voi muuttua tehokkaasti maanjätettynä järjestelmäksi. Siksi suunnitteluvaiheessa lähtösijainnin muodostimet – tai ne, jotka saattavat myöhemmin antaa virtaa – pitäisi varustaa täydellisellä neutraalipisteen väliavaruussuojauksella, mukaan lukien neutraalipisteen nollajärjestelmän ylivirtasuojauksen, neutraalipisteen väliavaruuden sähkönsuojauksen ja avoimen deltamuodon nollajärjestelmän voltisuussuojauksen bussilla.

110 kV-ulosmenovirta-aarteissa, riippumatta siitä, kuinka monta muodostinta on kytketty paralleliin, loppumuodostimet voivat toimia neutraalipistettä ei maanjätettyinä, kun lähtösijainnin neutraalipiste on maanjätetty. Todellisessa toiminnassa potentiaalisten riskien lievittämiseksi yhden muodostimen neutraalipistettä voidaan maanjätää. Valittaessa, mikä neutraalipiste maanjätetään, seuraava prioriteettijärjestys tulisi soveltaa:

• Suositaan muodostimia, joiden alivoltisuuspuoli toimii tilapäisesti;

• Seuraavaksi otetaan huomioon muodostimet, joiden korkeavoltisuuspuolella ei ole kytkintä;

• Lopuksi valitaan muodostin, joka on lähimpänä energianlähdettä.

Suurimmassa osassa jo käytössä olevista 110 kV-loppumuodostimista, joilla ei ole avoimen deltamuodon nollajärjestelmän voltisuussuojaa (bussi-VT:stä) ja neutraalipisteen väliavaruuden sähkönsuojauksia, alkuperäisesti asennetut neutraalipisteen valosävyt tulisi joko poistaa tai niiden etäisyys lisätä tahallisesti välttääksesi ennenaikaisen purkautumisen.

Tulevaisuuden 110 kV-alijärjestelyjen suunnittelussa pitäisi ottaa huomioon kolmivaiheiset jännitesiirtimet korkeavoltisuuspuolella, sekä nollajärjestelmän ylivoltisuussuojauksen ja transformaattorin neutraalipisteen väliavaruuden sähkönsuojauksen. Tämä konfiguraatio tarjoaa toiminnallista joustavuutta ja sopeutuu tuleviin verkon rakenteen muutoksiin.

Sisäisten silta-kytkentöjen alijärjestelyissä päämuodostimen neutraalipisteen nollajärjestelmän sähkönsuojauksen ensimmäinen aika-asetus tulisi sammuttaa toinen neutraalipistettä ei maanjätetty muodostin, välttääksesi laajentuneen keskeytysalueen tai sähkötaajuuden ylivoltisuuden.