Protection de séquence nulle du transformateur 110kV : Problèmes et mesures d'amélioration

Problèmes de la protection par séquence nulle des transformateurs 110 kV

Dans un système efficacement mis à la terre, le déplacement de tension neutre-terre d'un transformateur est limité à un certain niveau, et la protection par écartement du point neutre ne fonctionne pas. L'installation de la protection par écartement vise à prévenir les dommages à l'isolation du transformateur causés par une tension de séquence nulle élevée dans les systèmes non efficacement mis à la terre. L'écartement ne fonctionne que lorsqu'une panne monophasée se produit, tous les transformateurs avec point neutre directement mis à la terre sont déconnectés, et les transformateurs sous tension avec point neutre non mis à la terre restent connectés au réseau en panne. Dans ce cas, l'écartement se décharge pour réduire la tension neutre-terre et éviter les dommages à l'isolation.

Cependant, la rupture de l'écartement génère des ondes tronquées, qui sont nuisibles à l'isolation entre spires du transformateur. Par conséquent, lorsque la tension de séquence nulle augmente en raison d'une panne monophasée, il est préférable que la protection par surtension de séquence nulle, et non la protection par courant d'écartement, déclenche le transformateur. En revanche, la protection par courant d'écartement comporte un degré d'aléatoire et peut ne pas fonctionner pour diverses raisons. De ce point de vue, pour protéger l'isolation du point neutre du transformateur, la protection par surtension de séquence nulle est plus critique que la protection par courant d'écartement.

Généralement, la protection par surtension de séquence nulle et la protection par courant d'écartement sont utilisées ensemble pour former un schéma complet de protection de l'isolation du point neutre. Ainsi, installer uniquement la protection par courant d'écartement sans protection par surtension de séquence nulle est insuffisant—surtout pendant les ruptures intermittentes de l'écartement, où le courant de décharge ne peut pas être maintenu, rendant la protection par courant d'écartement inefficace.

La plupart des postes électriques 110 kV actuellement en service sont équipés uniquement d'écartements de tige au point neutre mais manquent de relais de protection correspondants. Cette configuration est désavantageuse. Lorsque la tension de séquence nulle du réseau s'élève à proximité de la tension de phase nominale, tous les transformateurs avec point neutre non mis à la terre subissent simultanément une surtension de séquence nulle. Si un transformateur terminal sans protection par surintensité d'écartement a son écartement au point neutre déchargé prématurément—et que le décharge ne peut pas être maintenue—le transformateur sous tension avec point neutre non mis à la terre reste connecté au réseau en panne.

Par conséquent, pour les transformateurs terminaux sans sources d'alimentation côté basse tension, si la protection complète par courant d'écartement et par surtension de séquence nulle n'est pas installée, l'écartement de tige au point neutre devrait soit être retiré, soit sa distance augmentée intentionnellement pour éviter une décharge prématurée.

Pour les postes électriques avec des connexions internes en pont, la pratique conventionnelle consistant à utiliser le premier réglage temporel de la protection par courant de séquence nulle du transformateur à point neutre mis à la terre pour déclencher les disjoncteurs 900 et le couplage de bus 100 n'est pas optimale. Lorsque les côtés basse tension fonctionnent en parallèle, le déclenchement du disjoncteur 900 entraîne la perte inutile d'une section de bus. Pendant ce temps, le disjoncteur côté basse tension du transformateur non mis à la terre reste fermé.

En l'absence de protection par surtension de séquence nulle, si une source d'alimentation basse tension temporaire existe (par exemple, en raison d'un transfert de puissance 10 kV), le transformateur non mis à la terre est à risque de surtension. Par conséquent, étant donné que des transformateurs de tension triphasés (VT) sont déjà installés côté 110 kV, l'ajout d'une protection par surtension de séquence nulle est une mesure de sécurité simple et efficace.

Contrôle des méthodes de mise à la terre du point neutre des transformateurs et mesures d'amélioration de la protection par séquence nulle

Tout d'abord, il est essentiel de s'assurer que le système 110 kV fonctionne comme un système efficacement mis à la terre. Prévenir les mauvais fonctionnements est l'approche la plus fondamentale—assurant que le point neutre 110 kV du transformateur côté source est efficacement mis à la terre. Si permis par les paramètres de coordination de protection, les deux transformateurs côté source parallèles peuvent avoir leurs points neutres mis à la terre simultanément.

Si un transformateur d'alimentation perd son point neutre mis à la terre, le système peut devenir non efficacement mis à la terre. Par conséquent, lors de la phase de conception, les transformateurs côté source—ou ceux qui peuvent fournir de l'énergie à l'avenir—devraient être équipés d'une protection complète par écartement du point neutre, y compris la protection par surintensité de séquence nulle du point neutre, la protection par courant d'écartement du point neutre, et la protection par surtension de séquence nulle en delta ouvert sur le bus.

Sur les lignes de sortie 110 kV, quel que soit le nombre de transformateurs connectés en parallèle, les transformateurs terminaux peuvent fonctionner avec des points neutres non mis à la terre, tant que le point neutre côté source est mis à la terre. En opération réelle, pour atténuer les risques potentiels, un point neutre de transformateur peut être mis à la terre. Lors du choix du point neutre à mettre à la terre, l'ordre de priorité suivant doit être appliqué:

• Privilégier les transformateurs dont le côté basse tension fournit temporairement de l'énergie;

• Ensuite, considérer les transformateurs dont le côté haute tension manque de disjoncteur;

• Finalement, sélectionner le transformateur le plus proche de la source d'énergie.

Pour la majorité des postes électriques terminaux 110 kV déjà en service qui manquent actuellement de protection par surtension de séquence nulle (de VT de bus) et de protection par courant d'écartement du point neutre, les écartements de tige au point neutre initialement installés devraient soit être retirés, soit leur espacement augmenté intentionnellement pour éviter une décharge prématurée.

Pour les conceptions futures de postes électriques 110 kV, des transformateurs de tension triphasés devraient être envisagés côté haute tension, ainsi que la protection par surtension de séquence nulle et la protection par courant d'écartement du point neutre du transformateur. Cette configuration offre une flexibilité opérationnelle et s'adapte aux changements futurs de la structure du réseau.

Pour les postes électriques avec des connexions internes en pont, le premier réglage temporel de la protection par courant de séquence nulle du point neutre du transformateur principal devrait déclencher l'autre transformateur non mis à la terre pour éviter d'étendre la zone de coupure ou de provoquer une surtension à fréquence industrielle.