110kV-transformator nullsekvensbeskyttelse: Problemer og forbedrings tiltak

Problemer med nul-sekvensbeskyttelse av 110 kV-transformatorer

I et effektivt jordet system er spenningen mellom neutralpunkt og jord for en transformator begrenset til et visst nivå, og gap-beskyttelsen ved neutralpunktet aktiveres ikke. Formålet med å installere gap-beskyttelse er å unngå skade på transformatorisoleringen som følge av økt nul-sekvensspenning i systemer som ikke er effektivt jordet. Gapet aktiveres kun når det oppstår en enefase jordfeil, alle direkte jordede neutralpunkter for transformatorer trekkes ut, og energiforsyrende transformatorer med ujordede neutralpunkter forbli tilknyttet det feilbelasted nettet. I dette tilfellet reduserer gappen spenningen mellom neutralpunkt og jord for å unngå isoleringskader.

Gapnedbrytning genererer imidlertid hoppete bølger, som er skadelige for transformatorens vikselisolering. Derfor er det foretrukket at nul-sekvensovervoltagebeskyttelse – ikke strømbeskyttelse ved gap – trekker ut transformatoren når nul-sekvensspenningen øker som følge av en enefase jordfeil. I motsetning til dette innebærer strømbeskyttelse ved gap et visst mål av tilfeldighet og kan mislykkes av ulike grunner. Fra dette perspektivet er nul-sekvensovervoltagebeskyttelse mer kritisk enn strømbeskyttelse ved gap for å beskytte isoleringen ved neutralpunktet.

Typisk brukes nul-sekvensovervoltagebeskyttelse og strømbeskyttelse ved gap sammen for å danne et komplett beskyttelsessystem for isolering ved neutralpunktet. Derfor er det utilfredsstillende å installere bare strømbeskyttelse ved gap uten nul-sekvensovervoltagebeskyttelse – spesielt under intermittente gapnedbrytninger, hvor utslippstrømmen ikke kan vedlikeholdes, noe som gjør strømbeskyttelsen ved gap ineffektiv.

De fleste av de 110 kV understasjoner som er i drift, er utstyrt med bare rodgap ved neutralpunktet, men mangler tilsvarande relébeskyttelse. Denne konfigurasjonen er ugunstig. Når nettets nul-sekvensspenning nærmer seg den nominelle fasenspenningen, vil alle transformatorer med ujordede neutralpunkter samtidig oppleve nul-sekvensovervoltage. Hvis en terminaltransformator uten overstrømingsbeskyttelse ved gap har sin gapnedbrytning for tidlig – og utslippet kan ikke vedlikeholdes – vil den energiforsyrende transformatoren med ujordet neutralpunkt forbli tilknyttet det feilbelasted nettet.

Derfor, for terminaltransformatorer uten lavspenningskilde, hvis fullstendig strømbeskyttelse ved gap og nul-sekvensovervoltagebeskyttelse ikke er installert, bør rodgappen enten fjernes eller dens avstand bevisst økes for å unngå for tidlig utslipp.

For understasjoner med interne broforbindelser er det vanlige praksis å bruke den første tidsinnstillingen av nul-sekvensstrømbeskyttelsen for den jordede transformatoren for å trekke ut bryter 900 og buskoplingen 100, noe som ikke er optimalt. Når lavspenningsider opererer parallelt, resulterer uttrekk av bryter 900 i unødvendig tap av en busseksjon, mens lavspenningsbryteren for den ujordede transformatoren forbli stengt.

I fraværet av nul-sekvensovervoltagebeskyttelse, hvis det eksisterer en midlertidig lavspenningskilde (f.eks. på grunn av 10 kV strømoverføring), er den ujordede transformatoren utsatt for overvoltage. Derfor, gitt at trefase spenningsoverførere (VT-er) allerede er installert på 110 kV-siden, er legging til nul-sekvensovervoltagebeskyttelse en enkel og effektiv sikkerhetsforanstaltning.

Kontroll av metoder for jording av transformatorer og forbedringsforanstaltninger for nul-sekvensbeskyttelse

Først er det nødvendig å sikre at 110 kV-systemet fungerer som et effektivt jordet system. Forebygging av feilaktig handling er den mest grunnleggende tilnærmingen – å sikre at 110 kV-neutralpunktet for kildetransformatorer er effektivt jordet. Hvis tillatt av koordinerte beskyttelsesinnstillinger, kan både paralelle kildetransformatorer ha sine neutralpunkter jordet samtidig.

Hvis en strømforsyningstransformator mister sitt jordede neutralpunkt, kan systemet bli ikke-effektivt jordet. Derfor bør kildetransformatorer, eller de som kan forsyne strøm i fremtiden, være utstyrt med fullstendig gap-beskyttelse ved neutralpunktet, inkludert nul-sekvensoverstrømbeskyttelse, strømbeskyttelse ved gap, og open-delta nul-sekvensspenningsskytting på busbar, under designfasen.

På 110 kV utgangsførere, uansett antall parallellkoblede transformatorer, kan terminaltransformatorer operere med ujordede neutralpunkter så lenge kildesiden er jordet. I faktisk drift, for å redusere potensielle risiko, kan ett transformatorneutralpunkt jordes. Når det gjelder valg av hvilket neutralpunkt som skal jordes, bør følgende prioritering anvendes:

• Foretrekke transformatorer der lavspenningsiden midlertidig forsyner strøm;

• Neste, vurdere transformatorer der høyspenningsiden mangler en bryter;

• Til slutt, velge transformatoren nærmest strømkilden.

For de fleste allerede i drift satte 110 kV-terminalunderstasjoner som for øyeblikket mangler open-delta nul-sekvensspenningsskytting (fra bus VT-er) og strømbeskyttelse ved gap, bør de opprinnelige installerte rodgapene enten fjernes eller deres avstand bevisst økes for å unngå for tidlig utslipp.

For fremtidig 110 kV-understasjon-design, bør trefase spenningsoverførere på høyspenningsiden, sammen med nul-sekvensovervoltagebeskyttelse og strømbeskyttelse ved gap for transformatorneutralpunkt, tas i betraktning. Denne konfigurasjonen gir operativ fleksibilitet og tilpasser seg fremtidige endringer i nettstrukturen.

For understasjoner med interne broforbindelser, bør den første tidsinnstillingen av hovedtransformatorens nul-sekvensstrømbeskyttelse trekke ut den andre ujordede transformatoren for å unngå utvidelse av utslukningsområdet eller å forårsake nettfrekvens-overvoltage.