110kV-transformatorns nollsekvensskydd: Problem & Förbättringsåtgärder

Problem med nollsekvensskydd för 110 kV-transformatorer

I ett effektivt jordat system är spänningsförskjutningen mellan neutralen och marken hos en transformator begränsad till vissa nivåer, och gap-skyddet vid neutralpunkten fungerar inte. Syftet med att installera gap-skydd är att förhindra skador på transformatorisolering orsakade av ökad nollsekvensspänning i icke-effektivt jordade system. Utslättningsgapet fungerar endast när det uppstår en felsläktning på en fas, alla direkt jordade neutralpunktstransformatorer kopplas ur, och energiförsedda transformatorer med ojordade neutralpunkter återstår anslutna till det felaktiga nätet. I detta fall utlösar gapet för att minska spänningen mellan neutralen och marken och undvika isoleringskador.

När gapet bryter ner genereras dock klotrända, vilket är skadligt för transformatorns vindningsisolering. Därför, när nollsekvensspänningen stiger på grund av en felsläktning på en fas, är det fördelaktigt att nollsekvensöverspänningsskyddet – inte gapströmskyddet – utlöser transformatorn. I kontrast innebär gapströmskydd en viss mångfald och kan misslyckas att fungera av olika skäl. Ur detta perspektiv är nollsekvensöverspänningsskydd mer kritiskt än gapströmskydd för att skydda neutralpunktsisoleringen.

Typiskt används nollsekvensöverspänningsskydd och gapströmskydd tillsammans för att forma ett komplett neutralpunktsisoleringsskyddssystem. Därför är det otillräckligt att installera bara gapströmskydd utan nollsekvensöverspänningsskydd – särskilt under intermittenta gapnedbrott, där utsläppningsströmmen inte kan upprätthållas, vilket gör gapströmskydd ineffektivt.

De flesta nuvarande 110 kV-understationer är utrustade med endast neutralpunktsstänger men saknar motsvarande skyddsspanningar. Denna konfiguration är ofördelaktig. När nätets nollsekvensspänning stiger nära den nominella fasernas spänning upplever samtidigt alla ojordade neutralpunktstransformatorer nollsekvensöverspänning. Om en terminaltransformator utan gapöverspänningsskydd har sin neutralpunktsstäng utlösad för tidigt – och utlösningen kan inte upprätthållas – kommer den energiförsedda ojordade neutralpunktstransformatorn att vara ansluten till det felaktiga nätet.

Därför, för terminaltransformatorer utan lågspänningskällor, om fullständigt gapströmskydd och nollsekvensöverspänningsskydd inte är installerat, bör neutralpunktsstängen antingen tas bort eller dess avstånd bevisst ökas för att förhindra för tidig utlösning.

För understationer med interna brokopplingar är den vanliga praxis att använda den första tidsinställningen för huvudtransformatorns nollsekvensströmsskydd för att utlösa brytare 900 och buskoppling 100 inte optimal. När lågspänningssidorna opererar parallellt resulterar utlösning av brytare 900 i onödig förlust av en bussektion. Samtidigt förblir lågspänningsbrytaren för den ojordade transformatorn stängd.

I frånvaro av nollsekvensöverspänningsskydd, om en tillfällig lågspänningskälla finns (t.ex. på grund av 10 kV-energiförsörjning), riskerar den ojordade transformatorn överspänning. Därför, eftersom trefasade spänningsomvandlare (VT) redan är installerade på 110 kV-sidan, är tillägg av nollsekvensöverspänningsskydd en enkel och effektiv säkerhetsåtgärd.

Kontroll av transformatorneutralens jordningsmetoder och förbättringsåtgärder för nollsekvensskydd

Det är först och främst nödvändigt att säkerställa att 110 kV-systemet fungerar som ett effektivt jordat system. Förhindring av felaktig operation är den mest grundläggande metoden – att säkerställa att 110 kV-neutralpunkten för källände transformator är effektivt jordad. Om det tillåts av skyddsinställningar kan både parallella källsidetransformatorer ha sina neutralpunkter jordade samtidigt.

Om en energiförsörjande transformator förlorar sin jordade neutralpunkt, kan systemet bli icke-effektivt jordat. Därför, under designfasen, bör källände transformatorer – eller de som kan leverera energi i framtiden – utrustas med fullständigt neutralpunkts-gap-skydd, inklusive nollsekvensöverspänningsskydd, neutralpunkts-gap-strömskydd och öppen-delta nollsekvensspänningsskydd på busbar.

På 110 kV-utgående ledningar, oavsett hur många transformatorer är parallellkopplade, kan terminaltransformatorer operera med ojordade neutralpunkter så länge källsidens neutralpunkt är jordad. I praktiken, för att minska potentiella risker, kan en transformatorneutralpunkt jordas. Vid val av vilken neutralpunkt som ska jordas bör följande prioriteringsordning tillämpas:

• Ge företräde till transformatorer vars lågspänningsida tillfälligt levererar energi;

• Sedan överväg transformatorer vars högspänningsida saknar brytare;

• Till sist, välj transformatorn närmast källan.

För de flesta redan kommissionerade 110 kV-terminalunderstationer som saknar öppen-delta nollsekvensspänningsskydd (från bus VT) och neutralpunkts-gap-strömskydd, bör de ursprungligen installerade neutralpunktsstängerna antingen tas bort eller deras avstånd bevisst ökas för att undvika för tidig utlösning.

För framtida 110 kV-understationsdesigner bör trefasade spänningsomvandlare övervägas på högspänningsidan, tillsammans med nollsekvensöverspänningsskydd och transformatorneutralpunktsgapströmskydd. Denna konfiguration ger driftsmässig flexibilitet och anpassar sig till framtida ändringar i nätstrukturen.

För internt brokopplade understationer bör den första tidsinställningen för huvudtransformatorns neutralpunkt nollsekvensströmsskydd utlösa den andra ojordade transformatorn för att undvika att utbrottsområdet utvidgas eller orsaka nätfrekvensöverspänning.