110 kV Transformer Neutral Point Lightning Overvoltage: ATP Simulation & Protection Solutions 110 kV Transforméar Puingeal Lightning Overvoltage: ATP Simulation & Protection Solutions

Tá clár litríomhach leathan ann faoi anailís ar mhéadachán voltaí ag pointe neamhaimseartha trasnóirí sna coinníollacha buille scian. In ainneoin sin, mar gheall ar chomh casta agus éagsúil is ea na gnéithe scian, níl tuairisc theoiriciúil cruinn fós ann. I mbealach innéiteach, déantar measúnú ar an bhfeidhmchláir cosanta bunaithe ar chóidigh córais cumhachta trí roghnú ar eochairmheaisín cosanta scian cuí, agus tá doiciméid tacaíochta iomráiteach ar fáil.

Is féidir go mbeidh buill scian ar línte trasnachta nó stáisiúin dísteach. D'fhéadfadh tionchar scian dul ar aghaidh tríd na línte trasnachta isteach i stáisiúin dísteach nó buille scian díreach a dhéanamh ar thacaíocht stáisiún dísteach, ag cruthú méadachán voltaí ag pointe neamhaimseartha an trasnóra, rud a chuirtear geall-sábháil ar chothú pointe neamhaimseartha. Mar sin, tá ciall práctach ag staidéar carachtaristíche méadachán pointe neamhaimseartha sna coinníollacha buille scian agus ag meastú tionchair cosanta eochairmheaisín [1]. Bhí staidéar mheasúnach déanta sa pháipéar seo ag úsáid Alternative Transients Program (ATP), an leagan is coitianta den Electromagnetic Transients Program (EMTP), bunaithe ar struchtúr stáisiún dísteach 110 kV áirithe. Le comhbhaint idir theoiric buille scian agus carachtaristíche chothú pointe neamhaimseartha trasnóir 110 kV, rinneann an páipéar meascáin ar mhéadachán pointe neamhaimseartha sna coinníollacha éagsúla buille scian. Tá na torthaí meascáin curtha i gcomparáid, agus cuireann sé bearta chun láidriú ar mhéadachán pointe neamhaimseartha chun cinn.

1. Anailís Theoiriciúil

1.1 Buille Scian ar Línte Trasnachta

Nuair a bhuailtear líne trasnachta os cionn talún le buille scian, gluaiseann tonnluí isteach ar an ngonraí [1]. I stáisiúin dísteach, níos mó nascanna gorta (mar shampla, nasc ó trasnóirí chuig busbars nó eochairmheaisín) iompraíonn mar línte trasnachta le linn an impulsa scian an-churtach. Déantar praincis greannach, aislinge, agus réifrachtach rása, go minic ag cruthú forláin ollmhéadacháin a d'fhéadfadh tacaíocht a dhíolradh.

1.2 Anailís Paraiméadar Y-Connected Transformer Windings under Lightning Surge

Tá windings trasnóra trífhasa gnáthach ceangailte i gcónfigúir Y, Yo, nó Δ. Le linn oibriú, d'fhéadfadh buill scian tar éis teacht trí cheann, dhá cheann, nó fiú trí cheann de na trí phhase [1]. Tá an t-aonaracht seo dírithe ar windings ceangailte Y, mar gur cosúil go bhfuil pointe neamhaimseartha rochtana ag cónfigúirí mar sin amháin. Nuair a ceanglaítear trasnóir i Yo agus daoradh comhchúlú idir phhásanna, bíodh aon cheann, dhá cheann, nó trí cheann buailte, is féidir an córas a anailísú mar trí windings neamhspleách le hionaid gréine.

2. Stá Chothisiúil Pointe Neamhaimseartha Trasnóir 110 kV

Úsáideann pointe neamhaimseartha trasnóir 110 kV chothú gradamhach, a chlasáiltear mar leibhéal 35 kV, 44 kV, nó 60 kV. Faoi láthair, is iad trasnóir le chothú pointe neamhaimseartha 60 kV atá á ndéanamh ag déantóirí. Tá cumas dielectric éagsúil ag leibhéal chothisiúil éagsúla, mar atá le feiceáil i Tabhlach 1. Ag smaoineamh ar chúrsaí práctacha, seansaíocht chothaithe, agus márgaid shábhálachta don voltaí uaire freisin, úsáidtear feithiclí millte. Tá feithicil margaidh 0.6 don impulsa scian agus feithicil 0.85 don uaire freisin aitheanta [1], ag tarlú na luachanna millte molta i Tabhlach 1.

Tabhlach 1 Leibhéal Millte / Luachanna Molta do Pointe Neamhaimseartha

3. Míneáil agus Cálúlacht

Machnamh ar staidéar tránsfórmadóireachta 110 kV le dhá thránsfórmadóir (Y/Δ) ag oibriú i gcomhar, dhá líne 110 kV ag teacht isteach, agus ceithre líne 35 kV ag imeacht amach. Is léir an diagram líne singil i bhFigiúr 1. Chun comhrac teicneolaíochta a chosc agus chun míchomhordú comhfhaisnéise a laghdú, is gnách go mbeidh an pointe neamhaimhris á dtionscadal ach an t-eile beo gan a dtionscadal. Faoin gcóras tuilleadh scannán, is féidir go mbeidh forvoltage uafásach á lorg ag an bpointe neamhaimhris den thránsfórmadóir nach bhfuil a dtionscadal, ag cur isteach ar a chosaint. An chuid seo eile d'ealaíon a chur síos anailís mhíneálaíochta ag úsáid an chlár ATP faoi scéimeanna éagsúla.

Figiúr 1 Diagram Líne Singil don Staidéar Tránsfórmadóireachta 110 kV

3.1 Forbhuath Scannáin Liathróideach ón Líne Trahsnaíochta chuig an Staidéar Tránsfórmadóireachta

3.1.1 Roghchlárú Paraiméad Forbhuatha Liathróideach

Is príomhchúis an forvoltage sa staidéar tránsfórmadóireachta forbhuath liathróideach ó línte trahsnaíochta. Ní mór don uasraite forvoltage ar an líne a bheith tar éis na leibhéal uasraite U50% de strung insileoireachta an líne, ar a mhinicheadh flashover ar an líne roimh an mbuath a thabhairt isteach sa staidéar. Ós rud é go bhfuil an chéad 1-2 km den líne atá ag teacht isteach cosanta in aghaidh scannán liathróideacha go díreach, is ó scannáin lasmuigh den réimse sin a thagann buatha liathróideacha isteach sa staidéar. Do scannáin lasmuigh den staidéar, is í an meastachán ginearálta ar an mheascán liathróideach atá ag teacht isteach trí línte ≤220 kV ná ≤5 kA, agus ≤10 kA do línte 330-500 kV, le laghdú suntasach ar an ngéaráin [15,17]. Bunaithe ar na coinníollacha seo, tá an forbhuath liathróideach modéilte ag úsáid fheidhm dhobhle-easpónantach tréidhlinn:
u(t) = k(e⁻ᵃᵗ - e⁻ᵇᵗ),
áit a a agus b is cónstaí diúltach, agus k, a, b a shainmhínítear ag meascán forbuatha, am tosaigh, agus am deiridh. Tá meascán uasraite 5 kA agus an tsrian 20/50 μs espónantach sainmhinithe anseo.

3.1.2 Socrú Paraiméad Eochairshonna Staidéar Tránsfórmadóireachta

Tá harmonics ard-fhréimeachta i bhforbhuatha liathróideacha; mar sin, tá paraiméad líne staidéar tránsfórmadóireachta modéilte mar pharaiméad a réamhaíonn. Tá comhshluaite, briseurs cúirt, trasnfórmadóirí curenta (CTs), agus trasnfórmadóirí voltáige (VTs) sa staidéar á léiriú trí chumasachtach shuntionnach cothrom. Tá an cumasacht ionchur chothroimeach don thránsfórmadóir tar éis Cₜ = kS⁰·⁵, áit a S is an chumhacht trí-phhasaí don thránsfórmadóir. Do leibhéal voltaige ≤220 kV, n=3, agus do thránsfórmadóir 110 kV, k=540. Tá an forscannán busbar roghnaithe mar YH1OWx-108/290, agus an forscannán pointe neamhaimhris mar YH1.5W-72/186.

3.1.3 Cálúlacht agus Anailís

Differíonn an forvoltage a ghníomhaíonn ag an bpointe neamhaimhris ar a mhéid an bhfuil sé tiomsaithe go háitiúil nó gan a dtionscadal. Tá míneáil déanta trí scéim: buath singil-phása, buath dhá-phása, agus buath dha-chuairt, ag smaoineamh ar an duais leis agus gan forscannán pointe neamhaimhris. Tá na torthaí léirithe i mbord 2.

Bord 2 Meascán Forvoltage faoi Chórais Tiomsaithe / Neamhtiomsaithe Pointe Neamhaimhris

3.1.4 Anailís na nTorthaí

Ó Thábla 2, i gcórais áit ar tá an pointe neodrachta an tránfórmála gonta go háitiúil, díríonn an cosantóir buairt ar an mbusáiste go héifeachtach ar an mbuairt breise, mar sin ní fheictear buairt mhór breise ar an pointe neodrachta an tránfórmála nach gontar go háitiúil, agus gnáthmhaireann an cosantóir buairt ar an bpointe neodrachta gan oibriú. I gcórais áit ar níl an pointe neodrachta gontar go háitiúil, is í an buairt breise ar an pointe neodrachta an-ard. Gan cosantóir buairt, is é seo dúshlán mór don uchtú (is 195 kV teorainn séimhithe na ndiúltóirí buairt leochailligh 110 kV le uchtú grádaithe). Tá laghdú suntasach tagtha ar an gcruth buairt breise trí chosaintóir buairt a sholáthar ar an bpointe neodrachta. Mar sin, ní dhéanann buairtí leochailligh atá ag tarraingt ó línte an uchtú a bhfuil cosantóir buairt air a thréigean.

3.2 Buairt Leochaillí Díreach ar an Suanstáisiún

Cé go bhfuil cosaint leochaillí cothrom le dáth i gcónaí ar suanstáisiúin, is féidir le buairt leochaillí díreach, cé go bhfuil siad briste de bharr an chothromhacht agus an randaimeacht a bhaineann le buairt leochaillí, fós a tharlat [2] agus damáiste a dhéanamh ar an tionscal. Mar sin, is riachtanach an buairt breise ar an bpointe neodrachta a bhaineann le buairt leochaillí díreach agus na bearta cosanta coibhneasta a staidéar.

3.2.1 Roghnú Paraméadair Leochaillí agus Suanstáisiúin

Fágann paraiméadair an suanstáisiúin mar atá roghnaithe roimhe seo. Déantar ríomhanna le paraiméadair leochaillí caighdeánacha (1.2/50 μs) le amplitideanna 50, 100, 200, agus 250 kA. Tá modh buairt an chanáil leochaillí á glacadh mar 400 Ω.

3.2.2 Ríomhanna agus Anailís

Tá torthaí buairt leochaillí díreach ar busáiste aon phhas (tá buairt dha phhas ann go brách) faoi choinníollacha gonta go háitiúil agus neamhgonta curtha i láthair i Tábla 3 (I agus II léiríonn cásanna gan agus le cosantóir buairt ar an bpointe neodrachta, comhfhreagras).

Tábla 3 Cruth Buairt Breise faoi Choinníollacha Gonta / Neamhgonta Go hÁitiúil (Buairt Díreach)

3.2.3 Anailís na nTorthaí

Mar atá le feiceáil i Tábla 3, agus méadú ar an amploidheacht an-chuileachta, meadaíonn an bhrú tharbhhríomhaireachta ag an bpionn neodrach go mór, agus is ríthariúlaí i bhfad níos cruinne. Fiú le stópar an-chuileachta, meadaíonn an voltaidh fágtha tríd an stópar. I stáisiúin díchúisithe le pinn neodracha neamhdhírithe áitiúil, is go háirithe séanach é an brú tharbhhríomhaireachta ag an bpionn neodrach de bharr an-chuileachta. Fiú le stópar an-chuileachta, fánann an brú tharbhhríomhaireachta ard. Mar shampla, déantar an-chuileacht díreach 250 kA a chur lena chuid, ag cruthú brú tharbhhríomhaireachta 224.1 kV ag an bpionn neodrach. In ainneoin oibriú an stópar an-chuileachta, d'fhéadfadh an trasfhoirmitheoir fós a bheith brosta.

3.2.4 Plé Mheastacháin Forbairt

(1) Suanáil stópar an-chuileachta ag teorainn an trasfhoirmitheora (mar shampla, cuir YH10Wx-108/290 le trasfhoirmitheoirí neamhdhírithe) chun an brú tharbhhríomhaireachta an-chuileachta a chosc.
(2) Méadaigh an cumas reatha an-chuileachta den stópar an-chuileachta ag an bpionn neodrach. Tá cumas reatha 1.5 kA ag an stópar reatha ag voltáid fágtha 186 kV. Tá moladh tar éis an cumas seo a mhéadú go 15 kA.

Rinneadh athshimúlú ar an gchuileacht díreach ar an mbusbar i gcóras neodrach neamhdhírithe áitiúil, agus tá na torthaí le feiceáil i Tábla 4.

Tábla 4 Brú Tharbhhríomhaireachta Pionn Neodrach Measta le Stópar An-chuileachta (Mheastacháin Forbairt)

Agus an comhchoimeád idir Tabhlach 3 agus 4, níl sé éifeachtach arrester a shuiteáil ag terminal an transformaithe chun overvoltage neamhphointe na scéime a laghdú. Ach, is féidir leis an mhodh seo a mholadh trí chur lena chumas seachadta an surge arrester a mhéadú go suntasach, rud a fheabhsóidh teorainn an overvoltage go mór. Mar sin, molaítear don mhodh seo. Is maith an oibriú do dheantóirí surge arrester ealaíonteachta a fheabhsú chun cabhrú le rás seachadta.

4. Conclúid

a) Tá sé éifeachtach surge arrester a shuiteáil ar an busbar agus ar an pointe neamhphointe an transformaithe chun overvoltage a dhéanamh teorainneach aig an pointe neamhphointe mar gheall ar lightning surges ó línte tráchtála.
b) Nuair a faightear strioc díreach lightning ar stáisiún, is féidir overvoltage ard a fhorbairt ag an pointe neamhphointe an transformaithe nach bhfuil sé suite ar an talamh. Is cosúil gur níos mó an t-efect i gcórais le pinní neamhphointe go páirteach neamhsuite, agus faoi scéimeanna overvoltage protection atá ann faoi láthair, d'fhéadfadh insuláid an pointe neamhphointe fós a bheith damáite.
c) Níl aon thionchar suntasach ag suiteáil surge arrester ag terminal an transformaithe ar theorainn overvoltage an pointe neamhphointe; is modh éifeachtach é an méid seachadta an surge arrester a mhéadú chun overvoltage a theorainn.