Защита нулевой последовательности трансформатора 110 кВ: Проблемы и меры по улучшению

Проблемы с нулевой последовательностью защиты трансформаторов на 110 кВ

В эффективно заземленной системе смещение напряжения между нейтралью и землей трансформатора ограничено определенным уровнем, и защита нейтрали через разрядник не работает. Цель установки защиты через разрядник — предотвратить повреждение изоляции трансформатора, вызванное повышенным нулевым напряжением в неэффективно заземленных системах. Разрядник срабатывает только при однофазном замыкании на землю, когда все трансформаторы с прямозаземленной нейтралью отключены, а подключенные трансформаторы с незаземленной нейтралью остаются соединенными с поврежденной сетью. В этом случае разрядник срабатывает для снижения напряжения между нейтралью и землей и предотвращения повреждения изоляции.

Однако разряд разрядника генерирует обрезанные волны, которые вредны для межвитковой изоляции трансформатора. Поэтому, когда нулевое напряжение повышается из-за однофазного замыкания на землю, предпочтительнее, чтобы защита от перенапряжения нулевой последовательности, а не защита по току разрядника, отключала трансформатор. С другой стороны, защита по току разрядника имеет некоторую степень случайности и может не сработать по различным причинам. С этой точки зрения, для защиты изоляции нейтрали трансформатора защита от перенапряжения нулевой последовательности более критична, чем защита по току разрядника.

Обычно защита от перенапряжения нулевой последовательности и защита по току разрядника используются вместе для создания полной схемы защиты изоляции нейтрали. Поэтому установка только защиты по току разрядника без защиты от перенапряжения нулевой последовательности недостаточна, особенно при интермиттирующем пробое разрядника, когда ток разряда не может быть устойчивым, что делает защиту по току разрядника неэффективной.

Большинство уже эксплуатируемых подстанций 110 кВ оснащены только разрядниками на нейтрали, но не имеют соответствующих реле защиты. Эта конфигурация является невыгодной. Когда нулевое напряжение сети приближается к номинальному фазному напряжению, все трансформаторы с незаземленной нейтралью одновременно испытывают перенапряжение нулевой последовательности. Если у терминального трансформатора без защиты от тока разрядника произойдет преждевременный разряд разрядника, и этот разряд не сможет быть устойчивым, то подключенный трансформатор с незаземленной нейтралью останется соединенным с поврежденной сетью.

Поэтому для терминальных трансформаторов без источников питания на стороне низкого напряжения, если не установлены полная защита по току разрядника и защита от перенапряжения нулевой последовательности, разрядник на нейтрали должен быть либо удален, либо его расстояние должно быть намеренно увеличено, чтобы предотвратить преждевременный разряд.

Для подстанций с внутренними мостовыми соединениями обычный подход, заключающийся в использовании первого времени срабатывания защиты по току нулевой последовательности заземленного трансформатора для отключения выключателей 900 и шинного связывающего выключателя 100, не является оптимальным. При параллельной работе сторон низкого напряжения отключение выключателя 900 приводит к ненужной потере одного секционированного участка шины, в то время как выключатель стороны низкого напряжения незаземленного трансформатора остается закрытым.

При отсутствии защиты от перенапряжения нулевой последовательности, если существует временный источник питания на стороне низкого напряжения (например, из-за передачи мощности на 10 кВ), незаземленный трансформатор подвергается риску перенапряжения. Поэтому, учитывая, что трехфазные напряженческие трансформаторы (НТ) уже установлены на стороне 110 кВ, добавление защиты от перенапряжения нулевой последовательности является простой и эффективной мерой безопасности.

Контроль методов заземления нейтрали трансформаторов и меры по улучшению защиты нулевой последовательности

Во-первых, необходимо обеспечить, чтобы система 110 кВ работала как эффективно заземленная система. Предотвращение ошибочных срабатываний — это наиболее фундаментальный подход, который гарантирует, что нейтральная точка источника 110 кВ эффективно заземлена. Если это допускается настройками координации защиты, оба параллельно работающих трансформатора на стороне источника могут иметь свои нейтральные точки заземленными одновременно.

Если трансформатор, питающий энергию, теряет свою заземленную нейтраль, система может стать неэффективно заземленной. Поэтому на этапе проектирования трансформаторы на стороне источника или те, которые могут питать энергию в будущем, должны быть оборудованы полной защитой нейтрали, включающей защиту от тока нулевой последовательности нейтрали, защиту по току разрядника нейтрали и защиту от напряжения нулевой последовательности на шине.

На линиях электропередачи 110 кВ, независимо от того, сколько трансформаторов подключено параллельно, терминальные трансформаторы могут работать с незаземленной нейтралью, если нейтральная точка на стороне источника заземлена. В реальной эксплуатации, чтобы снизить потенциальные риски, можно заземлить одну нейтральную точку. При выборе, какую нейтральную точку заземлить, следует применять следующий порядок приоритетов:

• Предпочтение отдается трансформаторам, чья сторона низкого напряжения временно подает энергию;

• Затем рассматриваются трансформаторы, у которых на стороне высокого напряжения нет выключателя;

• Наконец, выбирается трансформатор, ближайший к источнику питания.

Для большинства уже эксплуатируемых терминальных подстанций 110 кВ, которые в настоящее время не имеют защиты от напряжения нулевой последовательности (от НТ шины) и защиты по току разрядника нейтрали, первоначально установленные разрядники на нейтрали должны быть либо удалены, либо их расстояние должно быть намеренно увеличено, чтобы избежать преждевременного разряда.

При проектировании будущих подстанций 110 кВ следует рассматривать трехфазные напряженческие трансформаторы на стороне высокого напряжения, а также защиту от перенапряжения нулевой последовательности и защиту по току разрядника нейтрали трансформатора. Такая конфигурация обеспечивает гибкость в эксплуатации и адаптируется к будущим изменениям структуры сети.

Для подстанций с внутренними мостовыми соединениями первое время срабатывания защиты по току нулевой последовательности нейтрали основного трансформатора должно отключать другой незаземленный трансформатор, чтобы избежать расширения зоны отключения или возникновения перенапряжения промышленной частоты.