Protección de secuencia cero en transformadores de 110kV: Problemas e medidas de mellora

Problemas coa protección de secuencia cero de transformadores de 110 kV

Nun sistema eficazmente aterrado, o voltaxe de desprazamento neutro-terra dun transformador está limitado a un determinado nivel, e a protección do intervalo no punto neutro non actúa. O obxectivo de instalar a protección do intervalo é evitar danos na aislación do transformador causados por unha elevada tensión de secuencia cero en sistemas non eficazmente aterrados. O intervalo de descarga só actúa cando ocorre un fallo de terra monofásico, todos os transformadores con punto neutro directamente aterrado son desligados, e os transformadores enerxizados con puntos neutros non aterrados permanecen conectados á rede con fallo. Neste caso, o intervalo descarga para reducir o voltaxe neutro-terra e evitar danos na aislación.

No entanto, a ruptura do intervalo xera ondas cortadas, que son perniciosas para a aislación entre espiras do transformador. Polo tanto, cando a tensión de secuencia cero aumenta debido a un fallo de terra monofásico, é preferible que a protección contra sobretensión de secuencia cero, e non a protección contra corrente de intervalo, desligue o transformador. En contraste, a protección contra corrente de intervalo implica un grao de aleatoriedade e pode non actuar por varias razóns. Deste punto de vista, para protexer a aislación do punto neutro do transformador, a protección contra sobretensión de secuencia cero é máis crítica que a protección contra corrente de intervalo.

Xeralmente, a protección contra sobretensión de secuencia cero e a protección contra corrente de intervalo úsanse xuntas para formar un esquema completo de protección da aislación do punto neutro. Polo tanto, instalar só a protección contra corrente de intervalo sen a protección contra sobretensión de secuencia cero é insuficiente, especialmente durante a ruptura intermitente do intervalo, onde a corrente de descarga non pode manterse, facendo que a protección contra corrente de intervalo sexa ineficaz.

A maioría das subestacións de 110 kV actualmente en servizo están equipadas só con intervalos de varillas no punto neutro, pero carecen de relés de protección correspondentes. Esta configuración é desvantaxosa. Cando a tensión de secuencia cero da rede se aproxima ao voltaxe fase nominal, todos os transformadores con punto neutro non aterrado experimentan simultaneamente sobretensión de secuencia cero. Se un transformador terminal sen protección contra corrente de intervalo ten unha descarga prematura do intervalo do punto neutro, e a descarga non pode manterse, o transformador enerxizado con punto neutro non aterrado permanecerá conectado á rede con fallo.

Polo tanto, para transformadores terminais sen fuentes de alimentación no lado de baixa tensión, se non se instala unha protección completa contra corrente de intervalo e contra sobretensión de secuencia cero, o intervalo de varillas do punto neutro debe ser retirado ou a súa distancia intencionadamente aumentada para evitar a descarga prematura.

Para subestacións con conexión de puente interna, a práctica convencional de usar a primeira configuración temporal da protección contra corrente de secuencia cero do transformador aterrado para desligar os interruptores 900 e a ligadura 100 non é óptima. Cando os lados de baixa tensión están operando en paralelo, o desligue do interruptor 900 resulta na perda innecesaria dunha sección de barramento. Mentres tanto, o interruptor de baixa tensión do transformador non aterrado permanece pechado.

Na ausencia de protección contra sobretensión de secuencia cero, se existe unha fonte de alimentación de baixa tensión temporaria (por exemplo, debido á transferencia de potencia de 10 kV), o transformador non aterrado está en risco de sobretensión. Polo tanto, dado que xa están instalados transformadores de tensión trifásicos (VT) no lado de 110 kV, engadir a protección contra sobretensión de secuencia cero é unha medida de seguridade simple e eficaz.

Control dos métodos de aterrado do punto neutro dos transformadores e medidas de mellora para a protección de secuencia cero

Primeiro, é esencial asegurar que o sistema de 110 kV opere como un sistema eficazmente aterrado. Evitar a malfuncionamento é o enfoque máis fundamental, asegurando que o punto neutro de 110 kV do transformador no extremo da fonte estea eficazmente aterrado. Se permitido polas configuracións de coordinación de protección, ambos os transformadores do lado da fonte en paralelo poden ter os seus puntos neutros aterrados simultaneamente.

Se un transformador de alimentación perde o seu punto neutro aterrado, o sistema pode convertirse nun sistema non eficazmente aterrado. Polo tanto, durante a fase de deseño, os transformadores no extremo da fonte, ou aqueles que poden suministrar potencia no futuro, deben estar equipados con unha protección completa do intervalo do punto neutro, incluíndo a protección contra corrente de secuencia cero no punto neutro, a protección contra corrente de intervalo no punto neutro e a protección contra tensión de secuencia cero en delta aberto na barra.

Nos alimentadores de saída de 110 kV, independentemente de cantos transformadores estean conectados en paralelo, os transformadores terminais poden operar con puntos neutros non aterrados sempre que o punto neutro do lado da fonte estea aterrado. Na operación real, para mitigar os posibles riscos, pode aterrarse o punto neutro dun transformador. Ao seleccionar cal punto neutro aterrar, debe aplicarse a seguinte orde de prioridade:

• Preferir transformadores cuxo lado de baixa tensión fornece potencia temporariamente;

• A seguir, considerar transformadores cuxo lado de alta tensión carece de interruptor;

• Finalmente, seleccionar o transformador máis próximo á fonte de potencia.

Para a maioría das subestacións terminais de 110 kV xa en servizo que carecen de protección contra tensión de secuencia cero en delta aberto (dende VTs da barra) e de protección contra corrente de intervalo no punto neutro, os intervalos de varillas do punto neutro orixinalmente instalados deben ser retirados ou a súa separación intencionadamente aumentada para evitar a descarga prematura.

Para o deseño futuro de subestacións de 110 kV, deben considerarse transformadores de tensión trifásicos no lado de alta tensión, xunto coa protección contra sobretensión de secuencia cero e a protección contra corrente de intervalo no punto neutro do transformador. Esta configuración proporciona flexibilidade operativa e adapta-se a futuros cambios na estrutura da rede.

Para subestacións con conexión de puente interna, a primeira configuración temporal da protección contra corrente de secuencia cero do punto neutro do transformador principal debe desligar o outro transformador non aterrado para evitar ampliar a área de interrupción ou causar sobretensión de frecuencia de rede.