110kV transformator - nultostrujna zaštita: Problemi i mjere unapređenja

Problemi s nulto-sekvencijskim zaštitama transformatora od 110 kV

U učinkovito zemljenom sustavu, napon između neutralnog voda i zemlje transformatora ograničen je na određeni nivo, a zaštita preko rastojanja ne funkcionira. Cilj instalacije zaštite preko rastojanja je sprečiti oštećenje izolacije transformatora uzrokovano povišenim nulto-sekvencijskim naponom u ne-učinkovito zemljenim sustavima. Rastojanje iskorišteno je samo kada dođe do jednofaznog strujnog udara, sve transformatori s direktno zemljenim neutralnim vodovima su isključeni, a energirani transformatori s nezemljenim neutralnim vodovima ostaju povezani s oštećenom mrežom. U tom slučaju, rastojanje ispušta da bi smanjilo napon između neutralnog voda i zemlje i spriječilo oštećenje izolacije.

Međutim, razbijanje rastojanja generira prekidane valove, što je štetno za međusobnu izolaciju zavojnice transformatora. Stoga, kada se nulto-sekvencijski napon poveća zbog jednofaznog strujnog udara, bolje je da transformator isključi zaštita preko nulto-sekvencijskog prekomjernog napona, a ne zaštita preko struje rastojanja. U suprotnom, zaštita preko struje rastojanja uključuje element nasumičnosti i može ne djelovati iz različitih razloga. S tog stajališta, za zaštitu izolacije neutralnog voda transformatora, zaštita preko nulto-sekvencijskog prekomjernog napona je važnija od zaštite preko struje rastojanja.

Obično se zaštita preko nulto-sekvencijskog prekomjernog napona i zaštita preko struje rastojanja koriste zajedno kako bi se formirao potpuni shema zaštite izolacije neutralnog voda. Stoga, instalacija samo zaštite preko struje rastojanja bez zaštite preko nulto-sekvencijskog prekomjernog napona nije dovoljna – posebno tijekom intermitentnog razbijanja rastojanja, gdje se struja ispuštanja ne može održati, čime zaštita preko struje rastojanja postaje neefektivna.

Većina trenutno u funkciji 110 kV podstajalica opremljena je samo s neutralnim vodovima s rođicima, ali nemaju odgovarajuće relé-zaštite. Ova konfiguracija je nedostupna. Kada se nulto-sekvencijski napon mreže približi nominalnom faznom naponu, svi transformatori s nezemljenim neutralnim vodovima istodobno iskusit će nulto-sekvencijski prekomjerni napon. Ako terminalni transformator bez zaštite preko struje rastojanja ima prematurno ispuštanje iz neutralnog voda - a to ispuštanje se ne može održati - energirani transformator s nezemljenim neutralnim vodom ostaje povezan s oštećenom mrežom.

Stoga, za terminalne transformatore bez niskonaponskih izvora snage, ako nisu instalirane potpune zaštite preko struje rastojanja i preko nulto-sekvencijskog prekomjernog napona, neutralni vodi s rođicima trebaju biti uklonjeni ili njihova udaljenost namjerno povećana kako bi se spriječilo prematurno ispuštanje.

Za podstajalice s unutrašnjim mostovitim spojem, uobičajena praksa korištenja prvog vremenskog postavljanja zaštite preko nulto-sekvencijske struje transformatora s zemljenim neutralnim vodom za isključivanje prekidača 900 i prekidača za vezu busa 100 nije optimalna. Kada se niskonaponske strane rade paralelno, isključivanje prekidača 900 rezultira nepotrebnom gubitkom jedne bus sekcije, dok se niskonaponski prekidač nezemljenog transformatora zadrži zatvoren.

U odsustvu zaštite preko nulto-sekvencijskog prekomjernog napona, ako postoji privremeni niskonaponski izvor snage (npr. zbog prijenosa snage na 10 kV), nezemljeni transformator je izložen riziku od prekomjernog napona. Stoga, uz već instalirane trofazne naponske transformatore (VT) na strani od 110 kV, dodavanje zaštite preko nulto-sekvencijskog prekomjernog napona predstavlja jednostavnu i učinkovitu sigurnosnu mjeru.

Kontrola metoda zemljenja neutralnog voda transformatora i poboljšanja za nulto-sekvencijsku zaštitu

Prvo, nužno je osigurati da 110 kV sustav radi kao učinkovito zemljeni sustav. Sprječavanje pogrešnog funkcioniranja je najosnovniji pristup - osiguravanje da je 110 kV neutralni vod izvora efektivno zemljen. Ako dopušta koordinacija zaštita, oba paralelna transformatora s strane izvora mogu imati svoje neutralne vode zemljene istodobno.

Ako transformator koji opskrbljuje izgubi zemljeni neutralni vod, sustav može postati ne-učinkovito zemljen. Stoga, tijekom faze dizajna, transformatori s strane izvora - ili oni koji bi u budućnosti mogli opskrbljivati - trebaju biti opremljeni potpunom zaštitom neutralnog voda, uključujući zaštitu preko nulto-sekvencijske struje neutralnog voda, zaštitu preko struje rastojanja i zaštitu preko nulto-sekvencijskog napona otvorenog delta busa.

Na izlaznim provodnicama od 110 kV, bez obzira koliko transformatora je povezano paralelno, terminalni transformatori mogu raditi s nezemljenim neutralnim vodovima, ukoliko je neutralni vod s strane izvora zemljen. U stvarnoj operaciji, kako bi se umanjili potencijalni rizici, može se zemljiti neutralni vod jednog transformatora. Prilikom odabira kojeg neutralnog voda zemljiti, treba primijeniti sljedeći prioritet:

• Preferiraju se transformatori čija niskonaponska strana privremeno opskrbljuje;

• Nakon toga, razmatraju se transformatori čija visokonaponska strana nema prekidač;

• Napokon, odabire se transformator najbliži izvoru snage.

Za većinu već u funkciji 110 kV terminalnih podstajalica koje trenutno nemaju zaštitu preko nulto-sekvencijskog napona (s VT busa) i zaštitu preko struje rastojanja, originalno instalirani neutralni vodi s rođicima trebaju biti uklonjeni ili njihovo rastojanje namjerno povećano kako bi se spriječilo prematurno ispuštanje.

Za buduće dizajne 110 kV podstajalica, trebalo bi razmotriti trofazne naponske transformatore na visokonaponskoj strani, uz zaštitu preko nulto-sekvencijskog prekomjernog napona i zaštitu preko struje rastojanja neutralnog voda transformatora. Ova konfiguracija pruža operativnu fleksibilnost i prilagođava se budućim promjenama strukture mreže.

Za podstajalice s unutrašnjim mostovitim spojem, prvo vremensko postavljanje zaštite preko nulto-sekvencijske struje neutralnog voda glavnog transformatora trebalo bi isključiti drugi nezemljeni transformator kako bi se spriječilo proširenje područja isključivanja ili uzrokovano frekvencijsko prekomjerne napona.