110kV変圧器零相保護：問題と改善策

110 kV変圧器のゼロ相保護に関する問題

効果的に接地されたシステムでは、変圧器の中性点対地電圧は一定のレベルに制限され、中性点ギャップ保護は動作しません。ギャップ保護を設置する目的は、非効果的に接地されたシステムで高まったゼロ相電圧によって変圧器の絶縁が損傷することを防ぐためです。放電ギャップは一相接地障害が発生した場合、直接接地された中性点を持つすべての変圧器が遮断され、未接地の中性点を持つ帯電状態の変圧器が故障したグリッドに接続されているときにのみ動作します。この場合、ギャップは放電して中性点対地電圧を低下させ、絶縁の損傷を避けることができます。

しかし、ギャップの絶縁破壊により切断波が生成され、これは変圧器の巻線間絶縁にとって有害です。したがって、一相接地障害によるゼロ相電圧上昇時には、ギャップ電流保護ではなくゼロ相過電圧保護が変圧器を遮断することが望ましいです。一方、ギャップ電流保護にはある程度のランダム性があり、様々な理由で動作しないことがあります。この観点から、変圧器中性点の絶縁保護においては、ゼロ相過電圧保護の方がギャップ電流保護よりも重要です。

通常、ゼロ相過電圧保護とギャップ電流保護は組み合わせて完全な中性点絶縁保護スキームを形成します。したがって、ギャップ電流保護だけを設置し、ゼロ相過電圧保護を設置しないのは不十分です。特にギャップの絶縁破壊が間欠的である場合、放電電流が持続しないため、ギャップ電流保護は効果的ではありません。

現在運用されているほとんどの110 kV変電所は、中性点ロッドギャップしか設置されておらず、対応する保護継電装置がありません。この構成は不利です。グリッドのゼロ相電圧が定格相電圧に近づくと、すべての未接地中性点を持つ変圧器が同時にゼロ相過電圧を経験します。ギャップ過電流保護を持たない端末変圧器が中性点ギャップ放電を早期に行い、その放電が持続できない場合、帯電状態の未接地中性点を持つ変圧器は故障したグリッドに接続されたままになります。

したがって、低圧側電源を持たない端末変圧器に対して、完全なギャップ電流保護とゼロ相過電圧保護が設置されていない場合は、中性点ロッドギャップを取り外すか、意図的に距離を増加させて早期放電を防ぐべきです。

内部ブリッジ接続を持つ変電所では、接地された変圧器のゼロ相電流保護の最初の設定時間でブレーカー900と100母線連絡を遮断することは最適ではありません。低圧側が並列運転している場合、ブレーカー900を遮断すると不要に一つの母線セクションが失われます。一方、未接地変圧器の低圧側ブレーカーは閉じたままです。

ゼロ相過電圧保護がない場合、仮の低圧電源（例えば10 kV電力供給）がある場合、未接地変圧器は過電圧のリスクがあります。そのため、110 kV側に三相電圧変換器（VTs）が既に設置されている場合、ゼロ相過電圧保護を追加することは簡単かつ効果的な安全対策です。

変圧器中性点接地方法の制御とゼロ相保護の改善措置

まず、110 kVシステムが効果的に接地されたシステムとして動作することを確実にする必要があります。誤動作を防止することは最も基本的なアプローチであり、110 kV中性点が電源側変圧器で効果的に接地されることを確認します。保護調整設定により許可される場合、並列接続された電源側変圧器の両方のニュートラル点を同時に接地することができます。

電源供給変圧器が接地された中性点を失うと、システムは非効果的に接地されます。したがって、設計段階では、電源側または将来電力を供給する可能性のある変圧器に、完全な中性点ギャップ保護を設置する必要があります。これには、中性点ゼロ相過電流保護、中性点ギャップ電流保護、および母線のオープンデルタゼロ相電圧保護が含まれます。

110 kV出力フィーダーでは、並列接続された変圧器の数に関係なく、電源側中性点が接地されている限り、端末変圧器は未接地中性点で動作できます。実際の運用では、潜在的なリスクを軽減するために、一つの変圧器中性点を接地することができます。どの中性点を接地するかを選択する際には、以下の優先順位を適用します：

• 低圧側が一時的に電力を供給する変圧器を優先します；

• 次に、高圧側に遮断器を持たない変圧器を考慮します；

• 最後に、電源に最も近い変圧器を選択します。

すでに運用されている多くの110 kV端末変電所は、オープンデルタゼロ相電圧保護（母線VTからの）と中性点ギャップ電流保護を持っていません。これらの変電所では、元々設置されていた中性点ロッドギャップを取り外すか、間隔を意図的に増加させて早期放電を防ぐべきです。

今後の110 kV変電所設計では、高圧側に三相電圧変換器を設置し、ゼロ相過電圧保護と変圧器中性点ギャップ電流保護を考慮するべきです。この構成は運用の柔軟性を提供し、将来的なグリッド構造の変更に対応します。

内部ブリッジ接続を持つ変電所では、主変圧器のニュートラル点ゼロ相電流保護の最初の設定時間で、他の未接地変圧器を遮断することで、停電範囲の拡大や商用周波数過電圧を防ぎます。