110 кВ трансформатордың нейтралдық нүктесіндегі молниенос өткендік: ATP симуляциясы & қорғау шешімдері

Трансформатордың нейтральдық нүктесіндегі жарық молдатына туралы кеңірілік естіктер бар. Бірақ, жарық толқындарының тəсірінің тығыздығы мен рандомдылығы себебінен, дәл теориялық сипаттама әлі де табылмаған. Инженерлер практикасында, кортықтыру шешімдері көбінесе энергетикалық системаның кодтарына сүйене отырып, ұқсас жарықты кортықтау құралдарын таңдап, оларды қолданылатын түрде анықталады, оған қолданылатын көптеген документация бар.

Өткізгіш жолдар немесе электр станциялары жарық толқындарына ұшыратын. Жарық толқындар өткізгіш жолдар бойымен электр станцияларына қатысты және босқа электр станцияларының құрылғыларына түскенде, трансформатордың нейтральдық нүктесіндегі жогары вольтаж пайда болады, бұл нейтральдық нүктедегі изоляцияға қауіп тудырады. Сондықтан, жарық толқындарының туралы нейтральдық нүктедегі жогары вольтаждың қасиеттерін зерттеу және кортықтау құралдарының вольтажды шектеу қабілетін бағалау практикалық маңызды [1]. Бұл мақала IEE-Business таңдаған альтернативті толқындар бағдарламасы (ATP) арқылы, Электромагниттік толқындар бағдарламасының (EMTP) ең кең тараған версиясы, 110 кВ электр станциясының конфигурациясына сүйене отырып, модельдеу зерттеуін ұсынады. Жарық толқындарының теориясы мен 110 кВ трансформатордың нейтральдық нүктесіндегі изоляция қасиеттерін біріктіріп, әртүрлі жарық толқындарының шарттарындағы нейтральдық нүктедегі жогары вольтажды модельдеуді ұсынады. Модельдеу нәтижелерін салыстырылған анализ жүргізіледі, және нейтральдық нүктедегі жогары вольтажды азайту ықтимал шешімдері ұсынылады.

1. Теориялық талдау

1.1 Өткізгіш жолдарға жарық толқыны

Асқаңды өткізгіш жолына жарық толқыны түскенде, уақытша толқын өткізгішке қатысты өтеді [1]. Электр станциялары ішінде, көптеген қысқа байланыс сызықтары (мисалы, трансформаторлардан шиналарға немесе жарық кортықтаушыларға байланыс) өте қысқа уақыттағы жарық толқынының тағы бір өткізгіш сызығындағы өткізу, көрінетіндей қалыптасады. Бұл сызықтарда тез толқын өткізу, көрінетін және рефракция процесстері пайда болады, бұл кезде өте жогары амплитудасы бар уақытша жогары вольтаж пайда болады, бұл құрылғылардың зиянdarына әкелуге мүмкіндік береді.

1.2 Жарық толқыны тағы бір Y-қосылғыш трансформатордың параметрлерін талдау

Үш фазалы трансформатордың обмоткалары көбінесе Y, Yo, немесе Δ конфигурацияларында қосылған. Іске қосылу кезінде, жарық толқыны бір, екі немесе үш фаза арқылы кіріп турады [1]. Бұл мақала Y-қосылғыш обмоткаларға қатысты, өйткені тек осылай қосылғандағы нейтральдық нүктелерге қол жетімді. Трансформатор Yo-да қосылғанда және фазалардың арасындағы взаимодействие есепте не болса, бір, екі немесе үш фаза ұшыратында, система үш өзара тәуелсіз обмотка ретінде талдауға болады, олардың соңғы нүктелері жерге қосылған.

2. 110 кВ трансформатордың нейтральдық нүктесіндегі изоляциялық абалы

110 кВ трансформаторлардың нейтральдық нүктесінде үш деңгейдегі изоляция қолданылады: 35 кВ, 44 кВ немесе 60 кВ. Азықтай, өндірісшілер 60 кВ нейтральдық нүктедегі изоляциясы бар трансформаторларды өндіреді. Әр түрлі изоляция деңгейлері әр түрлі диэлектрикалық түсіну қабілетіне ие, олардың бір бөлігі таблица 1-де көрсетілген. Практикалық шарттарды, изоляцияның өскенін және жиілікті вольтаж үшін қауіпсіздік маржын ескере отырып, поправка коэффициенттері қолданылады. Жарық толқыны үшін 0,6 және жиілікті вольтаж үшін 0,85 коэффициенттері қолданылады [1], бұл таблица 1-де көрсетілген басқару мәндеріне әкеледі.

Таблица 1 Нейтральдық нүктедегі изоляция қабілеттері / Басқару мәндері

3. Симуляция және есептеу

Екі трансформатор (Y/Δ) параллельде істейтін, екі 110 кВ келесі сызық, және төрт 35 кВ шығыс сызығы бар 110 кВ подстанциясын қарастырайық. Бір сызықтың суреті 1-суретте көрсетілген. Жартылық фаза жергілікті заттарын шектеу үшін және ақпараттық қозғалысты азайту үшін, адатта бір трансформатордың нейтраль нүктесі жерге жолданылатын, ал екіншісі жолданылмайды. Молниялық жою арқылы жолданылмаған трансформатордың нейтраль нүктесіндегі өте жоғары өтірек напряция оның изоляциясына қауіп тудырады. Төмендегі бөлімдерде ATP бағдарламасы арқылы әртүрлі сценарийлер бойынша симуляциялық талдаулар ұсынылады.

Сурет 1 110 кВ подстанциясының бір сызықтың суреті

3.1 Подстанцияға қарай сызықтан молниялық жоюлардың өткізілуі

3.1.1 Молниялық толқының параметрлерін таңдау

Подстанциядағы өтірек напряцияның негізгі себебі - сызықтардан өткен молниялық жоюлар. Сызықтағы максималды напряция деңгейі сызықтың изолятор тіздігінің U50% деңгейінен асмауы керек; басқа тоқтап қала сызықта молниялық жою подстанцияға қатынауынан бұрын пайда болады. Келесі сызықтың алғашқы 1-2 км бөлігі адатта туынды молниялық жоюлардан қорғалған, сондықтан подстанцияға кіретін молниялық толқының негізінен қорғалған бөліктен тығыз қалған жерден келеді. Подстанциядан сыртқа молниялық жоюлар үшін, ≤220 кВ сызықтар арқылы подстанцияға кірген молниялық ағым өбінесе ≤5 кА, ал 330-500 кВ сызықтар үшін ≤10 кА болады, және жоюлардың кемістігі өте аз [15,17]. Бұл шарттар бойынша молниялық толқын типтік екі экспоненталық функция арқылы моделденеді:
u(t) = k(e⁻ᵃᵗ - e⁻ᵇᵗ),
мұндағы a және b теріс тұрақтылар, k, a, b толқын амплитудасы, басындағы уақыт және аяғындағы уақытқа байланысты анықталады. Бұл жерде 5 кА пиктік ағым және стандартты 20/50 μs экспоненталық толқын қолданылады.

3.1.2 Подстанция жабдықтарының параметрлерін реттеу

Молниялық жоюларда өте жоғары дауыс harmonics бар; сондықтан подстанция сызық параметрлері распределірованны параметрлер ретінде моделиленеді. Подстанцияның ішіндегі ауытқушылар, автоматты ауытқушылар, ағымды өлшеу трансформаторлары (CTs) және напряцияны өлшеу трансформаторлары (VTs) эквивалентті параллельдік конденсаторлар арқылы көрсетіледі. Трансформатордың эквивалентті енгізу конденсаторы Cₜ = kS⁰·⁵ формуламен анықталады, мұндағы S - үшфазалы трансформатордың қабілеті. Напряция деңгейлері ≤220 кВ үшін n=3, ал 110 кВ трансформаторлар үшін k=540. Шинаның напряциясын тұрақтыратын аррестер YH1OWx-108/290, ал нейтраль нүктенің аррестери YH1.5W-72/186 түрінде таңдалады.

3.1.3 Есептеу және талдау

Нейтраль нүктедегі өтірек напряциясы оның жерге жолданылған немесе жолданылмағанына байланысты өзгереді. Уақытша үш сценарий үшін симуляция жүргізіледі: бір сызықтың бір фазасындағы жою, бір сызықтың екі фазасындағы жою, екі сызықтың бір фазасындағы жою, нейтраль нүктесінде аррестер болған және болмаған жағдайлар үшін. Нәтижелер 2-таблицада көрсетілген.

Таблица 2 Жерге жолданылған / жолданылмаған нейтраль шарттарындағы пиктік өтірек напряциясы

3.1.4 Нәтижені талдау

Жадынан 2-ден көріп, трансформатордың нейтраль нүктесі жерге жекелік қосылған системаларда, шинаның тоқтау арқасы еңбектену артық напряжениеға ең жақсы түрде шектеуді ұйымдайт. Сондықтан, жерге қосылмаған трансформатордың нейтраль нүктесіндегі артық напряжение жоғары болмайды, және нейтраль нүктедегі тоқтау арқасы адатта жұмыс істейді. Жерге жекелік қосылмаған системаларда, нейтраль нүктедегі артық напряжение өте жоғары болады. Тоқтау арқасы жоқ болғанда, бұл изоляцияға (110 кВ градиенттік изоляциялы трансформатордың молниядан туындаған импульстық табиғаттағы тұрақтылық напряжение қауіпсіздік маржын ескере отырып 195 кВ) өте зор қауіп береді. Нейтраль нүктедегі тоқтау арқасыны орнату артық напряжение пикін өте азайтады. Сондықтан, линиялардан жұбып келе жатқан молниялық импульстер тоқтау арқасымен жабдықталған нейтраль нүктенің изоляциясына қауіп бермейді.

3.2 Постановкаға молнияның тікелей ұшыруы

Халықаралық постановкаларда молнияға жауап беру жүйелері бар болса да, молнияның тікелей ұшыруы, молнияның татаңдығы мен рандомдылығына байланысты, әлі де болуы мүмкін [2] және жабдықтардың зиянdarына әкелуі мүмкін. Осылайша, тікелей ұшырулардан туындаған нейтраль нүктедегі артық напряжение мен сәйкес корсеткіштерді қарастыру қажет.

3.2.1 Молния мен постановканың параметрлерін таңдау

Постановканың параметрлері өзара байланысты болады. Есептеулер стандартты молния параметрлері (1.2/50 μs) бойынша, 50, 100, 200 және 250 кА амплитудаларымен жүргізіледі. Молния каналының волналық инпедансы 400 Ω деп алынады.

3.2.2 Есептеу және талдау

Екі фазадағы ұшырулар әлі де жеңіл (I және II - сірек ұшырулары жоқ және нейтраль нүктедегі тоқтау арқасы бар жағдайларын білдіреді) қол жерінде жерге қосылған және қосылмаған нейтраль шарттарындағы бір фазалық шинаға тікелей ұшыру нәтижелері Кесте 3-те көрсетілген.

Кесте 3 Жерге қосылған / қосылмаған нейтраль шарттарындағы (Тікелей ұшыру) пиктік артық напряжение

3.2.3 Нәтижені талдау

Кесте 3-те көрсетілгенінде, жарық шаң ағымының амплитудасының өсуімен, нейтральдық нүктедегі максималды жеткіштік деңгейі маңызды түрде өседі, ал осцилляциялар да дамиды. Суықтыру қорғаушысы бар болғанымен, қорғаушы арқылы қалдық напряжение өседі. Жерге түсірген нейтральдық нүктелерді қамтамасыз етуші электр станцияларында, жарық шаңдан туындайтын нейтральдық нүктедегі жеткіштік деңгейі әсіресе зиянды. Суықтыру қорғаушысы бар болғанымен, жеткіштік деңгейі де жоғары қалады. Мысалы, 250 кА тектік жарық шаңы 224.1 кВ нейтральдық нүктедегі жеткіштік деңгейіне әкеледі. Бұл жағдайда, нейтральдық нүктедегі қорғаушы іске қосылса да, трансформатор әлі де зиян кездіре алады.

3.2.4 Жетістікті қалыптастыру шешімдері туралы талқылау

(1) Трансформатордың соңғы қосылысына (мысалы, жерге түсірген трансформаторлар үшін YH10Wx-108/290 қосу) суықтыру қорғаушысы орнатылуы ұсынылады, сондықтан жарық шаңдан туындайтын жеткіштік деңгейі шектеледі.
(2) Нейтральдық нүктедегі суықтыру қорғаушысының зарядтау ағымының мөлшерін арттыру. Мүжде қорғаушының 186 кВ қалдық напряжение деңгейінде 1.5 кА зарядтау мөлшері бар. Бұл мөлшерді 15 кА-ға дейін арттыру ұсынылады.

Жерге түсірген нейтральдық системада автобусбарға тектік жарық шаңы таасырылған жағдайда қайталап моделдеу жүргізілді, нәтижелер Кесте 4-те көрсетілген.

Кесте 4 Суықтыру қорғаушысы бар (жетістікті қалыптастыру шешімдерімен) нейтральдық нүктедегі максималды жеткіштік деңгейі

Таблицалар 3 және 4-ді салыстыру арқылы, трансформатордың терминалындағы грозозащитный апаратты орнату нейтральдық нүктедегі грозаға байланысты жоғары көлемдік напряжение төмендетуде ефектив емес. Бірақ, импульс апаратының шығару қабілетін арттыру напряжение шектеуінде маңызды ұсыныстарды жасайды. Сондықтан, бұл әдіс ұсынылады. Импульс апараттарды өндірген компаниялар технологиялық жаңартуларға назар аудару арқылы шығару ағымының қабілетін жақсартуға кеңес беріледі.

4. Пысықтау

a) Шинада және трансформатордың нейтральдық нүктесінде импульс апараттарды орнату, электр передача линияларынан пайда болған грозаға байланысты жоғары көлемдік напряжение нейтральдық нүктеде шектеуге еффектив.
b) Электр станциясына тікелей гроза ұшыратында, жерге түскен трансформатордың нейтральдық нүктесінде жоғары көлемдік напряжение пайда болуы мүмкін. Бұл эффект, частично жерге түскен нейтральдық системаларда көбірек көрінетінімен, мүжещілікте болған напряжение қорғау ұйымдарының қолданысында да нейтральдық нүктедегі изоляция зияндалуы мүмкін.
c) Трансформатордың терминалында импульс апаратын орнату нейтральдық нүктедегі жоғары көлемдік напряжение төмендетуде маңызды әсері жоқ; нейтральдық нүктедегі импульс апаратының шығару қабілетін арттыру - бұл напряжение шектеу үшін ефективті әдіс.