Protezione a sequenza zero del trasformatore 110kV: Problemi e misure di miglioramento

Problemi con la protezione di sequenza zero dei trasformatori a 110 kV

In un sistema efficacemente collegato a terra, il potenziale di spostamento neutro-terra del trasformatore è limitato a un certo livello e la protezione con gap al punto neutro non interviene. Lo scopo dell'installazione della protezione con gap è prevenire danni all'isolamento del trasformatore causati da un aumento del potenziale di sequenza zero in sistemi non efficacemente collegati a terra. Il gap di scarica interviene solo in caso di guasto monofase, quando tutti i trasformatori con punto neutro direttamente collegato a terra sono disconnessi e i trasformatori alimentati con punto neutro non collegato a terra rimangono connessi alla rete difettosa. In questo caso, il gap scarica per ridurre il potenziale neutro-terra e prevenire danni all'isolamento.

Tuttavia, la rottura del gap genera onde troncate, che sono dannose per l'isolamento tra le spire del trasformatore. Pertanto, quando il potenziale di sequenza zero aumenta a causa di un guasto monofase, è preferibile che la protezione contro sovratensione di sequenza zero, e non la protezione corrente del gap, scollega il trasformatore. Al contrario, la protezione corrente del gap presenta un grado di casualità e potrebbe non intervenire per vari motivi. Da questo punto di vista, per la protezione dell'isolamento del punto neutro del trasformatore, la protezione contro sovratensione di sequenza zero è più critica rispetto alla protezione corrente del gap.

Di solito, la protezione contro sovratensione di sequenza zero e la protezione corrente del gap vengono utilizzate insieme per formare uno schema completo di protezione dell'isolamento del punto neutro. Pertanto, installare solo la protezione corrente del gap senza la protezione contro sovratensione di sequenza zero è insufficiente, specialmente durante la rottura intermittente del gap, dove la corrente di scarica non può essere sostenuta, rendendo inefficace la protezione corrente del gap.

La maggior parte delle stazioni di distribuzione a 110 kV attualmente in servizio sono dotate solo di gap a bastone al punto neutro ma mancano di dispositivi di protezione relativa. Questa configurazione è svantaggiosa. Quando il potenziale di sequenza zero della rete si avvicina al valore nominale di tensione fase, tutti i trasformatori con punto neutro non collegato a terra sperimentano contemporaneamente una sovratensione di sequenza zero. Se un trasformatore terminale senza protezione corrente del gap ha una scarica anticipata del gap e la scarica non può essere sostenuta, il trasformatore alimentato con punto neutro non collegato a terra rimarrà connesso alla rete difettosa.

Pertanto, per i trasformatori terminali senza fonti di alimentazione a bassa tensione, se non vengono installate una protezione corrente del gap completa e una protezione contro sovratensione di sequenza zero, il gap a bastone al punto neutro dovrebbe essere rimosso o la sua distanza aumentata intenzionalmente per prevenire la scarica anticipata.

Per le stazioni di distribuzione con connessioni interne a ponte, la pratica convenzionale di utilizzare il primo tempo di impostazione della protezione corrente di sequenza zero del trasformatore con punto neutro collegato a terra per scollegare gli interruttori 900 e la barra di collegamento 100 non è ottimale. Quando i lati a bassa tensione operano in parallelo, lo scollegamento dell'interruttore 900 comporta la perdita inutile di una sezione di barra. Nel frattempo, l'interruttore del lato a bassa tensione del trasformatore non collegato a terra rimane chiuso.

In assenza di protezione contro sovratensione di sequenza zero, se esiste una fonte di alimentazione temporanea a bassa tensione (ad esempio, a causa di un trasferimento di energia a 10 kV), il trasformatore non collegato a terra è a rischio di sovratensione. Pertanto, dato che sui lati a 110 kV sono già installati trasformatori di tensione trifase (VT), l'aggiunta di una protezione contro sovratensione di sequenza zero è una misura di sicurezza semplice ed efficace.

Controllo dei metodi di collegamento a terra del trasformatore e misure di miglioramento per la protezione di sequenza zero

Prima di tutto, è essenziale assicurare che il sistema a 110 kV operi come un sistema efficacemente collegato a terra. La prevenzione di malfunzionamenti è l'approccio più fondamentale, assicurando che il punto neutro a 110 kV del trasformatore di testa sia efficacemente collegato a terra. Se consentito dalle impostazioni di coordinamento della protezione, entrambi i trasformatori di testa in parallelo possono avere i loro punti neutri collegati a terra simultaneamente.

Se un trasformatore di fornitura perde il suo punto neutro collegato a terra, il sistema potrebbe diventare non efficacemente collegato a terra. Pertanto, durante la fase di progettazione, i trasformatori di testa o quelli che potrebbero fornire energia in futuro dovrebbero essere dotati di una protezione completa del gap al punto neutro, inclusa la protezione corrente di sequenza zero al punto neutro, la protezione corrente del gap al punto neutro e la protezione di sovratensione di sequenza zero a delta aperto sulla barra.

Sui cavi d'uscita a 110 kV, indipendentemente da quanti trasformatori siano connessi in parallelo, i trasformatori terminali possono operare con punti neutri non collegati a terra fintanto che il punto neutro del lato di testa è collegato a terra. Nell'operazione effettiva, per mitigare i rischi potenziali, può essere collegato a terra il punto neutro di un trasformatore. Nella scelta del punto neutro da collegare a terra, si dovrebbe applicare l'ordine di priorità seguente:

• Preferire i trasformatori il cui lato a bassa tensione fornisce temporaneamente energia;

• Successivamente, considerare i trasformatori il cui lato ad alta tensione non dispone di interruttore;

• Infine, selezionare il trasformatore più vicino alla fonte di energia.

Per la maggior parte delle stazioni di distribuzione terminali a 110 kV già in servizio, che attualmente mancano di protezione di sovratensione di sequenza zero (dai VT della barra) e di protezione corrente del gap al punto neutro, i gap a bastone originariamente installati al punto neutro dovrebbero essere rimossi o la loro distanza aumentata intenzionalmente per evitare la scarica anticipata.

Per i futuri progetti di stazioni di distribuzione a 110 kV, dovrebbero essere considerati trasformatori di tensione trifase sul lato ad alta tensione, insieme alla protezione contro sovratensione di sequenza zero e alla protezione corrente del gap al punto neutro del trasformatore. Questa configurazione offre flessibilità operativa e si adatta ai futuri cambiamenti nella struttura della rete.

Per le stazioni di distribuzione con connessioni interne a ponte, la prima impostazione del tempo della protezione corrente di sequenza zero al punto neutro del trasformatore principale dovrebbe scollegare l'altro trasformatore non collegato a terra per evitare l'ampliamento dell'area di interruzione o la creazione di sovratensione a frequenza industriale.