Ochrona ciągłoprzepustowa przekształtnika 110kV: Problemy i środki doskonałościowe

Problemy z ochroną zerowej sekwencji transformatorów 110 kV

W skutecznie zazemionej sieci napięcie przesunięcia neutralnego względem ziemi transformatora jest ograniczone do pewnego poziomu, a ochrona luki neutralnej nie działa. Celem instalacji ochrony luki jest zapobieżenie uszkodzeniu izolacji transformatora spowodowanemu podwyższonym napięciem zerowej sekwencji w nieskutecznie zazemionych systemach. Luka rozładowuje się tylko w przypadku pojedynczego zwarcia fazowego, gdy wszystkie transformatory z bezpośrednio zazemionymi punktami neutralnymi są odłączone, a zasilane transformatory z niezazemionymi punktami neutralnymi pozostają podłączone do uszkodzonej sieci. W tym przypadku luka rozładowuje się, aby obniżyć napięcie między neutralną a ziemią i uniknąć uszkodzenia izolacji.

Jednak przebicie luki powoduje powstanie fal urywanych, które są szkodliwe dla izolacji między zwitkami transformatora. Dlatego, gdy napięcie zerowej sekwencji wzrasta z powodu pojedynczego zwarcia fazowego, lepiej, aby transformator był odłączany przez ochronę przeciwko nadmiernemu napięciu zerowej sekwencji, a nie przez ochronę prądu luki. Z drugiej strony, ochrona prądu luki ma pewien stopień losowości i może nie działać z różnych powodów. Z tego punktu widzenia, dla ochrony izolacji punktu neutralnego transformatora, ochrona przeciwko nadmiernemu napięciu zerowej sekwencji jest ważniejsza niż ochrona prądu luki.

Typowo, ochrona przeciwko nadmiernemu napięciu zerowej sekwencji i ochrona prądu luki są używane razem, tworząc kompleksowy system ochrony izolacji punktu neutralnego. Stąd, instalacja tylko ochrony prądu luki bez ochrony przeciwko nadmiernemu napięciu zerowej sekwencji jest niewystarczająca - szczególnie podczas przebicia luki, gdzie prąd rozładowania nie może być utrzymany, co czyni ochronę prądu luki nieskuteczną.

Większość obecnie eksploatowanych podstacji 110 kV jest wyposażona jedynie w luki neutralne typu prętowego, ale brakuje odpowiednich relé ochronnych. Ta konfiguracja jest niekorzystna. Gdy napięcie zerowej sekwencji sieci zbliża się do nominalnego napięcia fazowego, wszystkie transformatory z niezazemionymi punktami neutralnymi jednocześnie doświadczają nadmiernego napięcia zerowej sekwencji. Jeśli transformator końcowy bez ochrony przeciwko nadmiernemu prądowi luki ma wcześniejsze rozładowanie luki neutralnej - a rozładowanie to nie może być utrzymane - zasilany transformator z niezazemionym punktem neutralnym pozostaje podłączony do uszkodzonej sieci.

Dlatego, dla transformatorów końcowych bez źródeł zasilania na stronie niskiego napięcia, jeśli nie są zainstalowane pełne ochrony prądu luki i ochrony przeciwko nadmiernemu napięciu zerowej sekwencji, luka neutralna powinna być albo usunięta, albo jej odległość celowo zwiększona, aby zapobiec przedwczesnemu rozładowaniu.

Dla podstacji z wewnętrznym mostkiem, tradycyjna praktyka użycia pierwszego czasu ustawienia ochrony prądu zerowej sekwencji transformatora z zazemionym punktem neutralnym do odłączenia przełączników 900 i połączenia międzymagistralowego 100 nie jest optymalna. Gdy strony niskiego napięcia działają równolegle, odłączenie przełącznika 900 prowadzi do niepotrzebnego utraty jednej sekcji magistrali. Tymczasem, przełącznik strony niskiego napięcia transformatora z niezazemionym punktem neutralnym pozostaje zamknięty.

W braku ochrony przeciwko nadmiernemu napięciu zerowej sekwencji, jeśli istnieje tymczasowe źródło zasilania niskiego napięcia (np. ze względu na transfer energii 10 kV), transformator z niezazemionym punktem neutralnym jest narażony na nadmiarowe napięcie. Dlatego, biorąc pod uwagę, że trójfazowe transformatory napięcia (VT) są już zainstalowane na stronie 110 kV, dodanie ochrony przeciwko nadmiernemu napięciu zerowej sekwencji jest prostą i efektywną środkiem bezpieczeństwa.

Kontrola metod zazemienia transformatorów i środki poprawy ochrony zerowej sekwencji

Po pierwsze, należy zapewnić, aby system 110 kV działał jako skutecznie zazemiony system. Zapobieganie błędnej pracy jest najbardziej fundamentalnym podejściem - zapewnienie skutecznego zazemienia punktu neutralnego transformatora na stronie źródła. Jeśli zezwala na to koordynacja ochron, oba transformatory na stronie źródłowej mogą mieć jednocześnie zazemione punkty neutralne.

Jeśli transformator zasilający traci zazemiony punkt neutralny, system może stać się nieskutecznie zazemiony. Dlatego, w fazie projektowej, transformatory na stronie źródłowej - lub te, które mogą dostarczać zasilanie w przyszłości - powinny być wyposażone w kompleksową ochronę luki neutralnej, w tym ochronę przeciwko nadmiernemu prądowi zerowej sekwencji, ochronę prądu luki neutralnej i ochronę przeciwko nadmiernemu napięciu zerowej sekwencji w otwartym trójkącie na magistrali.

Na wyjściowych linii 110 kV, niezależnie od liczby połączonych równolegle transformatorów, transformatory końcowe mogą działać z niezazemionymi punktami neutralnymi, o ile punkt neutralny na stronie źródłowej jest zazemiony. W rzeczywistej eksploatacji, aby zmniejszyć potencjalne ryzyko, można zazemić jeden punkt neutralny. Wybierając, który punkt neutralny zazemić, należy stosować następującą kolejność priorytetów:

• Preferuj transformatory, których strona niskiego napięcia tymczasowo dostarcza zasilanie;

• Następnie, rozważ transformatory, których strona wysokiego napięcia nie ma przełącznika;

• Ostatecznie, wybierz transformator najbliżej źródła zasilania.

Dla większości już eksploatowanych podstacji końcowych 110 kV, które aktualnie brakują ochrony przeciwko nadmiernemu napięciu zerowej sekwencji (z VT magistrali) i ochrony prądu luki neutralnej, pierwotnie zainstalowane luki neutralne typu prętowego powinny zostać usunięte lub ich odległość celowo zwiększona, aby uniknąć przedwczesnego rozładowania.

Dla przyszłych projektów podstacji 110 kV, należy rozważyć zastosowanie trójfazowych transformatory napięcia na stronie wysokiego napięcia, wraz z ochroną przeciwko nadmiernemu napięciu zerowej sekwencji i ochroną prądu luki neutralnej. Ta konfiguracja zapewnia elastyczność operacyjną i przystosowuje się do przyszłych zmian w strukturze sieci.

Dla podstacji z wewnętrznym mostkiem, pierwsze ustawienie czasowe ochrony prądu zerowej sekwencji punktu neutralnego głównego transformatora powinno odłączać inny transformator z niezazemionym punktem neutralnym, aby uniknąć rozszerzenia obszaru awarii lub powstania nadmiernego napięcia częstotliwościowego.