Захист трансформатора 110 кВ від нульових послідовностей: Проблеми та заходи з покращення

Проблеми з нульовим послідовним захистом трансформаторів напруги 110 кВ

У системі з ефективним заземленням переміщення напруги від нейтральної точки до землі трансформатора обмежується певним рівнем, і захист проміжком не спрацює. Метою встановлення захисту проміжком є запобігання пошкодженню ізоляції трансформатора через підвищення нульової послідовної напруги у системах, які не мають ефективного заземлення. Проміжок спрацьовує лише при однофазному короткому замиканні на землю, коли всі трансформатори з прямо заземленою нейтральною точкою відключаються, а підключені до мережі трансформатори з незаземленою нейтральною точкою залишаються підключеними до аварійної мережі. У цьому випадку, проміжок розряджається, щоб знизити напругу між нейтральною точкою та землею, і уникнути пошкодження ізоляції.

Однак, розряд проміжку генерує обрізані хвилі, які шкідливі для повивального згорнутого ізоляційного матеріалу трансформатора. Тому, коли нульова послідовна напруга зростає через однофазне коротке замикання на землю, бажано, щоб захист від наднапруги, а не захист струму проміжку, відключав трансформатор. Натомість, захист струму проміжку має деякий ступінь випадковості і може не спрацювати з різних причин. З цієї точки зору, для захисту ізоляції нейтральної точки трансформатора, захист від наднапруги важливіший, ніж захист струму проміжку.

Зазвичай, захист від наднапруги та захист струму проміжку використовуються разом, щоб утворити повний схемний захист ізоляції нейтральної точки. Тому, встановлення лише захисту струму проміжку без захисту від наднапруги недостатньо, особливо під час періодичного розряду проміжку, коли струм розряду не може бути підтриманий, що робить захист струму проміжку неефективним.

Більшість сучасних підстанцій напруги 110 кВ оснащено лише проміжками нейтральної точки, але не мають відповідних реле захисту. Ця конфігурація невигідна. Коли нульова послідовна напруга мережі наближається до номінальної фазної напруги, всі трансформатори з незаземленою нейтральною точкою одночасно досідаються нульової послідовної наднапруги. Якщо термінальний трансформатор без захисту від надструму проміжку має ранній розряд проміжку, і розряд не може бути підтриманий, то підключений трансформатор з незаземленою нейтральною точкою залишиться підключеним до аварійної мережі.

Тому, для термінальних трансформаторів без джерел живлення на нижньому напрузі, якщо повний захист струму проміжку та захист від наднапруги не встановлено, проміжок нейтральної точки слід або видалити, або збільшити його відстань, щоб запобігти ранньому розряду.

Для підстанцій з внутрішнім містом, традиційна практика використання першого часового налаштування захисту нульового послідовного струму заземленого трансорматора для відключення автоматів 900 та шинопроводу 100 не оптимальна. Коли нижні напруги працюють паралельно, відключення автомата 900 призводить до необхідності втрати одного секції шин. Однак, автомат нижнього напруги незаземленого трансформатора залишається закритим.

У відсутності захисту від наднапруги, якщо існує тимчасовий джерелло живлення (наприклад, через передачу енергії на 10 кВ), незаземлений трансформатор підвергається ризику наднапруги. Тому, враховуючи, що трифазні напругові трансформатори (VT) вже встановлені на стороні 110 кВ, додавання захисту від наднапруги є простим і ефективним заходом безпеки.

Керування методами заземлення нейтральної точки трансформатора та заходи з покращення нульового послідовного захисту

Спочатку необхідно забезпечити, щоб система 110 кВ працювала як ефективно заземлена система. Забезпечення правильного функціонування є найбільш основним підходом - гарантувати, що нейтральна точка джерела на 110 кВ ефективно заземлена. Якщо дозволено налаштуваннями координації захисту, обидва паралельні трансформатори джерела можуть мати свої нейтральні точки заземлені одночасно.

Якщо трансформатор, який забезпечує живлення, втрачає свою заземлену нейтральну точку, система може стати неефективно заземленою. Тому, на етапі проектування, трансформатори джерела, або ті, які можуть забезпечувати живлення в майбутньому, повинні бути оснащені повним захистом проміжку нейтральної точки, включаючи захист від нульового послідовного струму, захист струму проміжку та захист від наднапруги на шині.

На виходних лініях 110 кВ, незалежно від того, скільки трансформаторів підключені паралельно, термінальні трансформатори можуть працювати з незаземленою нейтральною точкою, якщо нейтральна точка джерела заземлена. У реальній роботі, для зниження потенційних ризиків, можна заземлити одну нейтральну точку. При виборі, яку нейтральну точку заземлити, повинні бути застосовані такі пріоритети:

• Приоритетність для трансформаторів, чия нижня напруга тимчасово забезпечує живлення;

• Наступні, розглядаються трансформатори, у яких верхня напруга не має автомату;

• Нарешті, вибирається трансформатор, найближчий до джерела.

Для більшості уже введених в експлуатацію термінальних підстанцій 110 кВ, які зараз не мають захисту від наднапруги на шині (від VT) та захисту струму проміжку, вихідні проміжки нейтральної точки, які були встановлені, слід або видалити, або збільшити їхню відстань, щоб уникнути раннього розряду.

Для проектів майбутніх підстанцій 110 кВ, на верхній напрузі слід розглянути встановлення трифазних напругових трансформаторів, разом з захистом від наднапруги та захистом струму проміжку нейтральної точки. Ця конфігурація забезпечує гнучкість в експлуатації та адаптацію до майбутніх змін структури мережі.

Для підстанцій з внутрішнім містом, перше налаштування захисту нульового послідовного струму головного трансформатора повинно відключити інший незаземлений трансформатор, щоб уникнути розширення зони відключення або виникнення наднапруги промислової частоти.