110 kV ტრანსფორმატორის ნეიტრალური წერტილის ქარიშხალის ზედაპირული დაბლოკვა: ATP სიმულაცია და დაცვის გადაწყვეტილებები

გამოცდილების ფართო ლიტერატურა არსებობს შექმნის ანალიზის შესახებ ტრანსფორმატორის ნეიტრალური წერტილების შესახებ შერევის პიკირების პირობებში. თუმცა, შერევის ტერცების რთულებასა და შემთხვევითობას გამომდინარე, ზუსტი თეორიული აღწერა ჯერ კიდევ არ არის მისაღები. ინჟინერინგის პრაქტიკაში, დაცვითი საშუალებები ჩამოყალიბდება ძირითადად ელექტროენერგიის სისტემების კოდექსის მიხედვით, შერევის დაცვის მოწევითი მოწყობილობების შესაბამისი შერჩევით, რაც მოწყობილია დამატებითი დოკუმენტაციით.

ტრანსპორტირების ხაზები ან ქსელები შერევის დაჭერის რისკს იქნებიან დადებული. შერევის პიკირებები შეიძლება გამოივლოს ტრანსპორტირების ხაზების გასწვრივ ქსელებში ან დირექტულად დაუჭიროს ქსელის მოწყობილობებს, რაც იწვევს ტრანსფორმატორის ნეიტრალური წერტილის შექმნას, რაც წარმოადგენს ნეიტრალური წერტილის იზოლაციისთვის რისკს. ამიტომ, შერევის პიკირების პირობების შესახებ ნეიტრალური წერტილის შექმნის ხარაქტერისტიკების შესწავლა და დაცვითი მოწყობილობების შერევის შეზღუდვის ეფექტურობის შეფასება არის პრაქტიკული მნიშვნელობის [1]. ამ სტატიაში შექმნილია სიმულაციის შესახებ შესწავლა ალტერნატიული ტრანსიენტების პროგრამის (ATP) გამოყენებით, რომელიც ელექტრომაგნიტური ტრანსიენტების პროგრამის (EMTP) ყველაზე გავრცელებული ვერსიაა, კონკრეტული 110 kV ქსელის კონფიგურაციის საფუძველზე. შერევის შექმნის თეორიას კომპონენტებით კომპონენტებით 110 kV ტრანსფორმატორის ნეიტრალური წერტილის იზოლაციის ხარაქტერისტიკებით, სტატია სიმულირებს ნეიტრალური წერტილის შექმნას რამდენიმე შერევის ტერცის პირობებში. სიმულაციის შედეგები შედარებით ანალიზირდება და შემოთავაზებულია ზომები ნეიტრალური წერტილის შექმნის შემცირებისთვის.

1. თეორიული ანალიზი

1.1 შერევის დაჭერა ტრანსპორტირების ხაზებზე

როდესაც არამატიური ტრანსპორტირების ხაზი შერევის დაჭერის ქვეშ არის, მიმართული ტერცი გავრცელდება კონდუქტორის გასწვრივ [1]. ქსელებში, რამდენიმე მოკლე დაკავშირების ხაზი (მაგალითად, ტრანსფორმატორიდან შინაარსების ხაზებამდე ან შერევის დაზღვევის მოწყობილობებამდე) იქცევა ტრანსპორტირების ხაზების მსგავსად შერევის ტერცის საერთოდ მოკლე დროს. ეს ხაზები გამოიწვევენ სწრაფი ტერცის გავრცელებას, რეფლექტირებას და რეფრაქციას, ხშირად შექმნის ტრანსიენტურ შექმნას ძალიან მაღალი პიკირებით, რაც შეიძლება დაზიანოს მოწყობილობები.

1.2 პარამეტრების ანალიზი Y-დაკავშირებული ტრანსფორმატორის სარდაკებზე შერევის ტერცის დროს

სამფაზიანი ტრანსფორმატორის სარდაკები ზოგადად დაკავშირებულია Y, Yo ან Δ კონფიგურაციებში. ოპერაციის დროს, შერევის ტერცები შეიძლება შემოსული იქნებოდეს ერთი, ორი ან მთელი სამი ფაზით [1]. ეს სტატია ფოკუსირდება Y-დაკავშირებულ სარდაკებზე, რადგან მხოლოდ ასეთი კონფიგურაციები არიან ნეიტრალური წერტილის ხელმისაწვდომი. როდესაც ტრანსფორმატორი დაკავშირებულია Yo და ფაზებს შორის გაუტაცება არ ითვლება, მიუხედავად იმისა, რომ ერთი, ორი ან სამი ფაზა დაჭერილია, სისტემა შეიძლება ანალიზირდეს როგორც სამი დამოუკიდებელი სარდაკი დამატებული ტერმინალებით.

2. 110 kV ტრანსფორმატორის ნეიტრალური წერტილის იზოლაციის მდგომარეობა

110 kV ტრანსფორმატორების ნეიტრალური წერტილები იყენებენ რეიტინგულ იზოლაციას, რომელიც კლასიფიცირებულია 35 kV, 44 kV ან 60 kV დონით. ამჟამად, წარმომადგენლებმა ძირითადად წარმოადგენენ ტრანსფორმატორებს 60 kV ნეიტრალური წერტილის იზოლაციით. სხვადასხვა იზოლაციის დონეები განსხვავებული დიელექტრიული შესაძლებლობებით არიან დაზუსტებული, როგორც არის ნაჩვენები ცხრილში 1. პრაქტიკული პირობების, იზოლაციის დაძველებისა და ელექტროენერგიის სიხშირის დასაცილების უსაფრთხოების მარჯვენა მარჯვენა კორექტირების ფაქტორების შესახებ, შერევის იმპულსის დასაცილების მარჯვენა ფაქტორი 0.6 და ელექტროენერგიის სიხშირის დასაცილების მარჯვენა ფაქტორი 0.85 არის შეყვანილი [1], რაც მიჰყვება ცხრილში 1-ში მოცემული რეფერენციული დასაცილების მნიშვნელობები.

ცხრილი 1 იზოლაციის დასაცილების დონე / ნეიტრალური წერტილების რეფერენციული დასაცილების მნიშვნელობები

3. სიმულაცია და გამოთვლა

განიხილეთ 110 kV ქსელის ქვესადგური ორი ტრანსფორმატორით (Y/Δ) პარალელურად მუშაობით, ორი 110 kV შემოსვლის ხაზით და სამი 35 kV გამოსვლის ხაზით. ერთხელიანი სქემა ჩამოთვლილია ფიგურა 1-ში. რათა შეამცირონ ერთფაზიანი დამაკავშირებელი შეცდომების ძაბვები და დაკავშირების ინტერფერენცია, ჩვეულებრივ მხოლოდ ერთ ტრანსფორმატორს აქვს ნეიტრალური წერტილი დამაკავშირებელი, ხოლო მეორე რჩება დაუკავშირებელი. ქარიშხლის შეჭრის პირობებში, დაუკავშირებელი ტრანსფორმატორის ნეიტრალურ წერტილზე შეიძლება დაიწყოს ძალიან მაღალი ზედამიწევნის ძაბვა, რაც შეიძლება მის იზოლაციას დაასახიფათოს. შემდეგი ნაწილები შედგებიან სიმულაციის ანალიზების წარდგენით სხვადასხვა სცენარის პირობებში ATP პროგრამის გამოყენებით.

ფიგურა 1 110 kV ქვესადგურის ერთხელიანი სქემა

3.1 ქარიშხლის შეჭრის შემცირება ტრანსმისიის ხაზებიდან ქვესადგურში

3.1.1 ქარიშხლის ტალღის პარამეტრების შერჩევა

ქვესადგურში ზედამიწევნის ძაბვის ძირითადი მიზეზი არის ქარიშხლის შეჭრის ტალღები, რომლებიც შემოდიან ტრანსმისიის ხაზებიდან. ხაზზე მაქსიმალური ძაბვის ამპლიტუდა არ უნდა აღემატოს ხაზის იზოლატორის ჯაჭვის U50% გადატაცების დონეს, წინააღმდეგ შემთხვევაში ხაზზე შეჭრის შემდეგ ქვესადგურში შესული შეჭრა შეიძლება განხორციელდეს. რადგან შემოსვლის ხაზის პირველი 1–2 კმ ჩვეულებრივ დირექტულ ქარიშხლის შეჭრების დაცვის ქვეშაა, ქვესადგურში შესული ქარიშხლის ტალღები ძირითადად წყაროდებიან დაცვის არეალის გარეთ. ქვესადგურის გარეთ შეჭრის შემთხვევაში, ქარიშხლის ძირითადი სიმძლავრე, რომელიც შესულია ქვესადგურში ხაზებით ≤220 kV არის ზოგადად ≤5 kA, ხოლო 330–500 kV ხაზებით ≤10 kA, და ნაკლებად ხარისხით [15,17]. ამ პირობებზე დაყრდნობით, ქარიშხლის ტალღა მოდელირებულია ტიპიური დუბლური ექსპონენციური ფუნქციით:
u(t) = k(e⁻ᵃᵗ - e⁻ᵇᵗ),
სადაც a და b არიან უარყოფითი მუდმივები, ხოლო k, a, b განისაზღვრება შეჭრის ამპლიტუდით, წინა დროთან და ბოლო დროთან. აქ გამოყენებულია პიკის ძირითადი 5 kA და სტანდარტული 20/50 μs ექსპონენციური ტალღა.

3.1.2 ქვესადგურის ტექნიკის პარამეტრების მიმართვა

ქარიშხლის შეჭრები შეიცავენ ძალიან მაღალი სიხშირის ჰარმონიკებს, ამიტომ ქვესადგურის ხაზის პარამეტრები მოდელირებულია დისტრიბუციული პარამეტრებით. ქვესადგურში ჩართვები, შემართვის მართველები, დენის ტრანსფორმატორები (CTs) და ძაბვის ტრანსფორმატორები (VTs) წარმოდგენილია ექვივალენტური პარალელური კაპაციტორებით. ტრანსფორმატორის ექვივალენტური შესვლის კაპაციტორი განისაზღვრება ფორმულით Cₜ = kS⁰·⁵, სადაც S არის სამფაზიანი ტრანსფორმატორის ერთეული. ძაბვის დონეებისთვის ≤220 kV, n=3, ხოლო 110 kV ტრანსფორმატორებისთვის k=540. ბუსბარის შეჭრის დამცირებელი არის YH1OWx-108/290, ხოლო ნეიტრალური წერტილის შეჭრის დამცირებელი YH1.5W-72/186.

3.1.3 გამოთვლა და ანალიზი

ნეიტრალურ წერტილზე შექმნილი ზედამიწევნის ძაბვა განსხვავდება იმით, არის თუ არა ის დამაკავშირებელი ადგილურად ან დაუკავშირებელი. სიმულაციები შესრულდება სამი სცენარით: ერთხაზიანი ერთფაზიანი შეჭრა, ერთხაზიანი ორფაზიანი შეჭრა და მრავალხაზიანი ერთფაზიანი შეჭრა, შესაბამისად შეჭრის დამცირებლით და დაუკავშირებლად. შედეგები ჩამოთვლილია ცხრილში 2-ში.

ცხრილი 2 პიკის ზედამიწევნის ძაბვები ადგილურად დამაკავშირებელ / დაუკავშირებელ ნეიტრალურ წერტილის პირობებში

3.1.4 შედეგების ანალიზი

ცხრილი 2-დან ჩანს, რომ სისტემებში, სადაც ტრანსფორმატორის ნეიტრალური წერტილი ლოკალურად დამართულია, შინამძღვარის შეტევის დამცირებელი ეფექტურად ზღვავს სარეზერვო დახრილებს, ასე რომ დაუმართავი ტრანსფორმატორის ნეიტრალური წერტილი არ იცდება მაღალი სარეზერვო დახრილებით და ნეიტრალური წერტილის შეტევის დამცირებელი ჩვეულებრივ არ მუშაობს. სისტემებში, სადაც ნეიტრალური წერტილი ლოკალურად დაუმართავია, ნეიტრალური წერტილის სარეზერვო დახრილები ძალიან მაღალია. შეტევის დამცირებლის გარეშე ეს წარმოადგენს სერიოზულ საფრთხეს იზოლაციისთვის (110 kV ტრანსფორმატორის გრადირებული იზოლაციის შემთხვევაში შემორჩენის დიაპაზონით, ელექტროშეტევის დახრილების მიმართულებით, უნდა იყოს 195 kV). ნეიტრალური წერტილის შეტევის დამცირებლის დაყენება საშუალებას იძლევა ნაკლები სარეზერვო დახრილების შესამცირებლად. ამიტომ, შინამძღვარიდან გავლენის შემდეგ ნეიტრალური წერტილის იზოლაცია შეტევის დამცირებლით დაჭერილი სარეზერვო დახრილების მიმართ არ წარმოადგენს საფრთხეს.

3.2 ქალაქის დირექტული შეტევა ქსელსა და ქალაქს შორის

მიუხედავად იმისა, რომ ქალაქებს საერთოდ სრული შეტევის დაცვა აქვთ, დირექტული შეტევები, რომლებიც რიცხვით და შემთხვევით რარიტეტია, შეიძლება ჯერ-ჯერობით დახვეწილი იყოს [2] და მათ შეიძლება მოახდინონ მოწყობილობების დაზიანება. ამიტომ აუცილებელია ნეიტრალური წერტილის სარეზერვო დახრილების შესახებ და შესაბამის დაცვით სარგებლობის შესასწავლად დირექტული შეტევების შემთხვევაში.

3.2.1 შეტევის და ქალაქის პარამეტრების შერჩევა

ქალაქის პარამეტრები იმავე რჩება როგორც წინა განსაზღვრის მიხედვით. გამოთვლები შესრულდება სტანდარტული შეტევის პარამეტრებით (1.2/50 μs) და ამპლიტუდებით 50, 100, 200 და 250 kA. შეტევის კანალის ტალღის იმპედანსი იღება 400 Ω-ით.

3.2.2 გამოთვლები და ანალიზი

შედეგები დირექტული შეტევის შემთხვევაში ერთფაზიან შინამძღვარზე (ორფაზიანი შეტევები რარიტეტია) ლოკალურად დამართული და დაუმართავი ნეიტრალური წერტილის შემთხვევაში ჩანს ცხრილში 3 (I და II შემთხვევები შესაბამისად ნეიტრალური წერტილის შეტევის დამცირებლის გარეშე და შეტევის დამცირებლით დაჭერილი).

ცხრილი 3 პიკური სარეზერვო დახრილები ლოკალურად დამართული / დაუმართავი ნეიტრალური წერტილის შემთხვევაში (დირექტული შეტევა)

3.2.3 შედეგების ანალიზი

ცხრილი 3-ში ჩანს, რომ რეკვიზიტის ძალის ზრდასთანავე ნეიტრალური წერტილის მაქსიმალური ზედიზედი დახრილობა მნიშვნელოვანად ზრდის და რხევები ხდება უფრო მნიშვნელოვანი. თუმცა ლამპის დაფრთხილების მოწყობილობის მოწყობილობითაც არისტერის მიმართ ნაშთის დახრილობა ზრდის. ადგილობრივად უდებული ნეიტრალური წერტილების ქსელებში ლამპის გამოწვეული ნეიტრალური წერტილის ზედიზედი დახრილობა გარკვეულ ხარისხში მნიშვნელოვანია. ლამპის დაფრთხილების მოწყობილობითაც ზედიზედი დახრილობა რჩება მაღალი. მაგალითად, 250 kA-ის დირექტული დატვირთვა იწვევს 224.1 kV-ის ნეიტრალური წერტილის ზედიზედ დახრილობას. ამ შემთხვევაში, თუმცა ნეიტრალური წერტილის დაფრთხილების მოწყობილობა მუშაობს, ტრანსფორმატორი შეიძლება დაიზიანოს.

3.2.4 გაუმჯობესების ზომების დისკუსია

(1) ტრანსფორმატორის ტერმინალზე დაფრთხილების მოწყობილობის დაყენება (მაგალითად, უდებული ტრანსფორმატორებისთვის YH10Wx-108/290-ის დამატება) ლამპის გამოწვეული ზედიზედი დახრილობის შეზღუდვისთვის.
(2) ნეიტრალური წერტილის დაფრთხილების მოწყობილობის გაშვების დენის ერთეულის მოცულობის ზრდა. არსებული დაფრთხილების მოწყობილობა არის მიმართული 1.5 kA-ის დენით 186 kV-ის ნაშთის დახრილობით. არის შეთავაზებული ეს მოცულობა ზრდა 15 kA-მდე.

ადგილობრივად უდებული ნეიტრალური წერტილის სისტემის შინაარსის დირექტული დატვირთვის შესახებ გადასახადი სიმულაციები დაიწყო და შედეგები ჩანს ცხრილში 4.

ცხრილი 4 ნეიტრალური წერტილის მაქსიმალური ზედიზედი დახრილობა დაფრთხილების მოწყობილობით (გაუმჯობესების ზომები)

ცხრილების 3 და 4 შედარებით, ტრანსფორმატორის ტერმინალზე წვეულების მყარების დაყენება არაეფექტურია ნეიტრალური წერტილის ქარხნული ქარის ზედაპირული დაძრავის შემცირებისთვის. თუმცა, გამოშვების შემცირების მოცულობის ზრდა საშუალებას აძლევს დაძრავის ზღვის შემცირების ნაკლებ ეფექტურად. ამიტომ, ეს მეთოდი რეკომენდებულია. წვეულების წარმოების კომპანიებს რეკომენდებენ ტექნოლოგიურ განვითარებაზე დაფოკუსირებას გამოშვების დენის მოცულობის ზრდისთვის.

4. დასკვნა

a) შინაბანზე და ტრანსფორმატორის ნეიტრალურ წერტილზე წვეულების დაყენება ეფექტურად შემცირებს ნეიტრალურ წერტილზე ქარხნული ქარის შედეგად შექმნილ დაძრავას ტრანსმისიის ხაზებიდან გავრცელებით.
b) როდესაც ქარხნული დარტყმა ხდება ქარხნულად არ დამართულ ტრანსფორმატორზე, ნეიტრალურ წერტილზე შეიძლება შეიქმნას მაღალი დაძრავა. ეს ეფექტი უფრო მიმართულია ნაწილობრივ დამართული ნეიტრალური სისტემებისთვის და არსებული დაძრავის დაცვის სქემების მიხედვით, ნეიტრალური წერტილის იზოლაცია შეიძლება ჯერ კიდევ დაიზიანოს.
c) ტრანსფორმატორის ტერმინალზე წვეულების დაყენება ნეიტრალურ წერტილზე დაძრავის შემცირებაში არ არის მნიშვნელოვანი; ნეიტრალურ წერტილზე დაყენებული წვეულების გამოშვების დენის მოცულობის ზრდა არის ეფექტური მეთოდი დაძრავის შემცირებისთვის.