110kV-transformator nulreeksbeveiliging: problemen en verbeteringsmaatregelen

Problemen met nulreeksbeveiliging van 110 kV-transformatoren

In een effectief aangesloten systeem wordt de neutraal-aarde verschuivingsspanning van een transformator beperkt tot een bepaald niveau, en de neutraal-punt luchtkamerbeveiliging werkt niet. Het doel van het installeren van luchtkamerbeveiliging is om schade aan de transformatorisolatie te voorkomen die veroorzaakt wordt door verhoogde nulreeksspanning in niet-effectief aangesloten systemen. De ontladingluchtkamer werkt alleen wanneer er een enkelefasenaardfout optreedt, alle direct aangesloten neutrale punten van transformatoren worden uitgeschakeld, en opgewekte transformatoren met onaangesloten neutrale punten blijven verbonden met het foutieve netwerk. In dit geval ontladt de luchtkamer om de neutraal-aardespanning te verlagen en isolatieschade te voorkomen.

Echter, bij het breken van de luchtkamer ontstaan gestoorde golven, die schadelijk zijn voor de winding-isolatie van de transformator. Daarom is het beter dat bij het stijgen van de nulreeksspanning als gevolg van een enkelefasenaardfout, de nulreeks-overvoltagebeveiliging—niet de luchtkamerstroombeveiliging—de transformator uitschakelt. Daarentegen heeft luchtkamerstroombeveiliging een mate van willekeurigheid en kan om verschillende redenen niet functioneren. Vanuit dit perspectief is nulreeks-overvoltagebeveiliging belangrijker dan luchtkamerstroombeveiliging voor de bescherming van de neutrale puntisolatie.

Meestal worden nulreeks-overvoltagebeveiliging en luchtkamerstroombeveiliging samen gebruikt om een volledig neutrale puntisolatiebeveiligingsschema te vormen. Daarom is het onvoldoende om alleen luchtkamerstroombeveiliging te installeren zonder nulreeks-overvoltagebeveiliging—vooral tijdens onderbroken luchtkamerbreuk, waarbij de ontladingsstroom niet kan worden gehandhaafd, waardoor luchtkamerstroombeveiliging onwerkzaam is.

De meeste momenteel in gebruik zijnde 110 kV-kringstations zijn slechts uitgerust met neutrale puntstaafluchtkamers, maar hebben geen overeenkomstige relaisbeveiliging. Deze configuratie is ongunstig. Wanneer de nulreeksspanning van het netwerk dicht bij de genoemde fase-spanning stijgt, ervaren alle onaangesloten neutrale punten van transformatoren gelijktijdig nulreeks-overvoltage. Als een eindtransformator zonder luchtkameroverstroombeveiliging vroegtijdig ontlading van de neutrale puntluchtkamer ervaart—en de ontlading niet kan worden gehandhaafd—blijft de opgewekte onaangesloten neutrale punt-transformator verbonden met het foutieve netwerk.

Daarom, voor eindtransformatoren zonder laagspanningszijde energiebronnen, als complete luchtkamerstroombeveiliging en nulreeks-overvoltagebeveiliging niet zijn geïnstalleerd, zou de neutrale puntstaafluchtkamer moeten worden verwijderd of de afstand bewust vergroot om vroegtijdige ontlading te voorkomen.

Voor kringstations met interne brugverbindingen, is de conventionele praktijk om de eerste tijdsinstelling van de nulreeksstroombeveiliging van de neutrale punt van de aangesloten transformator te gebruiken om schakelaars 900 en de 100 buskoppeling uit te schakelen, niet optimaal. Wanneer de laagspanningszijden parallel werken, leidt het uitschakelen van schakelaar 900 tot het onnodige verlies van een bussectie. Tegelijkertijd blijft de laagspanningsschakelaar van de onaangesloten transformator gesloten.

In afwezigheid van nulreeks-overvoltagebeveiliging, als er een tijdelijke laagspanningsenergiebron bestaat (bijvoorbeeld door 10 kV-energieoverdracht), loopt de onaangesloten transformator het risico op overvoltage. Daarom, aangezien driefase spanningstransformatoren (VTs) al zijn geïnstalleerd aan de 110 kV-zijde, is het toevoegen van nulreeks-overvoltagebeveiliging een eenvoudige en effectieve veiligheidsmaatregel.

Controle van neutrale punt aardingmethoden en verbeteringsmaatregelen voor nulreeksbeveiliging

Ten eerste is het essentieel om te zorgen dat het 110 kV-systeem als een effectief aangesloten systeem werkt. Voorkomen van foute werking is de meest fundamentele benadering—zorg ervoor dat het neutrale punt van 110 kV van de bron-eindtransformator effectief is aangesloten. Indien toegestaan door de instellingen van de beveiligingscoördinatie, kunnen beide parallel aangesloten bron-zijde transformatoren hun neutrale punten tegelijkertijd aarden.

Als een energie leverende transformator zijn aangesloten neutrale punt verliest, kan het systeem niet-effectief aangesloten worden. Daarom, tijdens de ontwerpfase, moeten bron-eindtransformatoren—of die in de toekomst mogelijk energie kunnen leveren—worden uitgerust met volledige neutrale punt luchtkamerbeveiliging, inclusief neutrale punt nulreeks-overstroombeveiliging, neutrale punt luchtkamerstroombeveiliging, en open-delta nulreeks-voltagebeveiliging op de busbar.

Op 110 kV uitgaande voeders, ongeacht hoeveel transformatoren parallel zijn aangesloten, kunnen eindtransformatoren met onaangesloten neutrale punten werken, zolang het neutrale punt van de bron-zijde is aangesloten. In de praktijk, om potentiële risico's te verminderen, kan één neutrale punt worden aangesloten. Bij het selecteren welke neutrale punt moet worden aangesloten, moet de volgende prioriteitsvolgorde worden toegepast:

• Geef voorrang aan transformatoren waarvan de laagspanningszijde tijdelijk energie levert;

• Overweeg vervolgens transformatoren waarvan de hoogspanningszijde geen schakelaar heeft;

• Selecteer ten slotte de transformator die het dichtst bij de energiebron ligt.

Voor de meerderheid van reeds in gebruik zijnde 110 kV eindkringstations die momenteel geen open-delta nulreeks-voltagebeveiliging (van bus VTs) en neutrale punt luchtkamerstroombeveiliging hebben, moeten de oorspronkelijk geïnstalleerde neutrale punt staafluchtkamers worden verwijderd of hun afstand bewust vergroot om vroegtijdige ontlading te voorkomen.

Bij toekomstige 110 kV kringstationontwerpen, moeten driefase spanningstransformatoren aan de hoogspanningszijde worden overwogen, samen met nulreeks-overvoltagebeveiliging en neutrale punt luchtkamerstroombeveiliging. Deze configuratie biedt operationele flexibiliteit en past zich aan aan toekomstige veranderingen in het netwerkstructuur aan.

Voor interne brugverbonden kringstations, moet de eerste tijdsinstelling van de neutrale punt nulreeksstroombeveiliging van de hoofdtransformator de andere onaangesloten transformator uitschakelen om de uitvalgebied te voorkomen of netspannings-overvoltage te veroorzaken.