110 kV دەنگەر ڕێکەوتی ڕووی ناپایداری برقی ڕعد بەرز: هەڵبژاردنی ATP & پێشەنگی چارەسەرەکان

Li bawên çawa bi ser astaşina vêrçeyên derya di şertên şimşek têkiliyê de heye. Lê, dinivîsên rastîn teorîk ji ber mafavet û taybetmendiyên rasgezîn a şimşekan nînehat. Di pratîka injiyêriyê de, xebatên parastinê hatine cih dihêjin da ku hêsanên parastinê ya şimşek ên duayê bikin, di navbera belgiran dest pê ku li ser wan reya be.

Rêzanên berdestkirina jor û istasyonan derbasandina şimşekê dest pê. Şimşek têkiliyan dikarin bi rêzanên berdestkirina jor were girîng be yê istasyonan derbasandin, an direkta li ser pirantiya istasyonan derbasandin, vêrçeya derya di şertên şimşek de dest pê, ku wekheviyek ji bo izolasyona neytral derbasandin. Buna, astaşina taybetmendiyên vêrçeya derya di şertên şimşek de û ewaziya kefayetan parastinê ya hêsanên parastinê vêrçeya derya piştgirî ye [1]. Li nawêna malpera, astaşina karanîna Alternative Transients Program (ATP), guhertoya herî kêrkirî yên Electromagnetic Transients Program (EMTP), di navbera pêkanina îstasîyonê ya 110 kV yên derbasandin de. Bi kombinekirina teoriya vêrçeya şimşek û taybetmendiyên izolasyona neytralên transeferên 110 kV, malpera vêrçeya derya di şertên şimşek têkiliyan serbestîn. Rewşa simuleksyonê werin analiz kirin û xebatên parastinê ya vêrçeya derya propozîn.

1. Analiza Teorîk

1.1 Têkiliya Şimşek û Rêzanên Berdestkirina Jor

Ji ber têkiliya şimşek û rêzanên berdestkirina jor, dalgêkî şuflandî di şertên têkiliya şimşek de li ser rêzanên berdestkirina jor were girîng be [1]. Di istasyonan derbasandin de, zafyên gotarên qısa (wêne, gotarên ji transeferên lê busbaran an hêsanên parastinê) bi rêzanên berdestkirina jor serbestîn di şertên têkiliya şimşek de. Ew zafyên gotarên li ser rêzanên berdestkirina jor serbestîn, girîng û refleksîn, dikarin vêrçeya derya bi amplitûdên bêtikîn biafirînin, ku dewamê pirantiya bigere.

1.2 Analiza Parametrên Windînganên Transefera Y-Connected di Şertên Têkiliya Şimşek de

Windînganên transefera sê fazaya hatine li ser rêzanên Y, Yo, an Δ pêk kirin. Di dema operasyonan de, têkiliya şimşek dikarin ji yek, du, an hata sê fazayên were girîng be [1]. Malpera li ser windînganên Y-connected tevger e, çunki tikê neytralan pirastin. Ji ber transefera Yo connected û neglecting mutual coupling between phases, whether one, two, or three phases are struck, the system can be analyzed as three independent windings with grounded terminals.

2. Şertê Izolasyona Neytral Pêkanan 110 kV

Neytralan pêkanan 110 kV hatine li ser izolasyona gradekî, ku niha 35 kV, 44 kV, an 60 kV. Hêjkarên pêkanan 110 kV anîn hatine pêkanan bi izolasyona 60 kV neytralan prodûksiyon bike. Izolasyonên jorî yên din dikarin dielektrikî dayin, wêneya di Cihewre 1 de. Ji ber şertên praktîk, senîziya izolasyon, anîn margin factors apply. A lightning impulse withstand margin factor of 0.6 and a power-frequency withstand margin factor of 0.85 are adopted [1], leading to the reference withstand values in Table 1.

Cihewre 1 Izolasyonên Dayin / Nîgarên Dayin bi Referans

3. Simûlasyon û Kalkülasyon

Bir 110 kV transformatorya (Y/Δ) paralelde çalisan iki transformatordan, iki 110 kV gelen hat ve dört 35 kV giden hat içeren bir 110 kV transformatorya düşünün. Tek hattan diyagram Şekil 1'de gösterilmistir. Tek faz topraklama arızası akımlarını sınırlamak ve iletişim interferansını azaltmak için genellikle sadece bir transformatörünün nötr noktasına topraklanırken diğerinin topraksız kalması tercih edilir. Yıldırım dalga koşulları altında, topraksız transformatörün nötr noktasında çok yüksek bir aşırı gerilim oluşabilir, bu da yalıtımını tehdit edebilir. Aşağıdaki bölümler, çeşitli senaryolarda ATP programı kullanılarak yapılan simülasyon analizlerini sunmaktadır.

Şekil 1 110 kV Transformatoryasının Tek Hattan Diyagramı

3.1 Transmisyon Hatlarından Transformatoryaya Yayılan Yıldırım Dalga

3.1.1 Yıldırım Dalga Parametrelerinin Seçimi

Transformatoryadaki aşırı gerilimin asıl nedeni, transmisyon hatlarından yayılan yıldırım dalgalarıdır. Hat üzerindeki maksimum gerilim genliği, hat yalıtıcı dizisinin U50% dayanma seviyesini aşmamalıdır; aksi takdirde, dalga transformatoryaya girmeden önce hat üzerinde flashover oluşur. Gelen hatın ilk 1–2 km'si genellikle doğrudan yıldırım vuruşlarına karşı korunur, bu nedenle transformatoryaya giren yıldırım dalgaları çoğunlukla bu korunan bölgenin dışındaki vuruşlardan kaynaklanır. Transformatoryanın dışında olan yıldırım vuruşları için, ≤220 kV hatları üzerinden transformatoryaya giren yıldırım akımı genellikle ≤5 kA, 330–500 kV hatları için ise ≤10 kA olup, keskinliği önemli ölçüde azalmıştır [15,17]. Bu koşullara dayanarak, yıldırım dalgası tipik bir çift üstel fonksiyon kullanılarak modellenmiştir:
u(t) = k(e⁻ᵃᵗ - e⁻ᵇᵗ),
burada a ve b negatif sabitlerdir, ve k, a, b dalga genliği, ön zaman ve kuyruk zamanı tarafından belirlenir. Burada 5 kA zirve akımı ve standart 20/50 μs üstel dalga kullanılmıştır.

3.1.2 Transformatorya Ekipman Parametre Ayarları

Yıldırım dalgaları çok yüksek frekanslı harmonikleri içerdiği için, transformatorya hat parametreleri dağıtılmış parametreler olarak modelleştirilir. Transformatorya içindeki anahtarlar, devre kesiciler, akım transformatörleri (CT'ler) ve gerilim transformatörleri (VT'ler) eşdeğer paralel kapasitanslar ile temsil edilir. Transformatörün eşdeğer giriş kapasitansı Cₜ = kS⁰·⁵ formülüyle verilir, burada S üç fazlı transformatör kapasitesidir. ≤220 kV gerilim seviyeleri için n=3, 110 kV transformatörleri için ise k=540. Ana hat şimşek koruyucusu YH1OWx-108/290 olarak seçilmiş, nötr nokta şimşek koruyucusu ise YH1.5W-72/186 olarak seçilmiştir.

3.1.3 Kalkülasyon ve Analiz

Nötr noktada oluşturulan aşırı gerilim, yerel topraklanmış olması ya da topraksız kalması durumuna bağlı olarak farklılık gösterir. Üç senaryo için simülasyonlar yapılmıştır: tek devre tek faz dalga, tek devre iki faz dalga ve çift devre tek faz dalga, hem topraklanmış hem de topraksız nötr nokta şimşek koruyucusu ile. Sonuçlar Tablo 2'de gösterilmiştir.

Tablo 2 Yerel Topraklanmış / Topraksız Nötr Koşullarında Zirve Aşırı Gerilim

3.1.4 Analîzê Rewandek

Ji Tabelê 2, di sisteman de ku neutrali transformatora yekê yekê yekê ye, serbîyê busbar an bûyerê tevahî hatine destkirin, demka neutral pointa transformatora bêtir ne yekê yekê yekê were pir overvoltage, û serbîyê neutral point an bûyerê tevahî wekheviye tunekeş ne çalak bike. Di sisteman de ku neutral pointa bêtir ne yekê yekê yekê ye, overvoltageya neutral pointe hêsan e. Bêtirîn serbîyê, ev têne dîmenek bêravber bi însulasyon (dîmena impulseya lightning a transformatora 110 kV me însulasyon reyî, li gorî marginê ya avsa, 195 kV e). Destkirina serbîyê neutral point an bûyerê tevahî nermîneve pêkhat overvoltage. Demên, lightning surges yên ji rêzan derketina ne têne dîmenek bi însulasyon a neutral pointa ku bi serbîyê tevahî dest kirin.

3.2 Darpeyek Lightning Direkt û Ber Substation

Hese substationan genelîn lightning protection kompêhendiv hene, darpeyek lightning direkt, encam a complex û randomiyet a lightning, jêrîn dikarin [2] û malperde biguhezînin. Nare, studiya overvoltageya neutral pointa ji darpeyek lightning direkt û xebatên parastina wê heye neçar.

3.2.1 Hilbijartina Lightning û Parametrên Substation

Parametrên substation wek din definer in. Îsaban diha standard lightning parameters (1.2/50 μs) bi amplitudes 50, 100, 200, û 250 kA. Impedanceya wave lightning channel 400 Ω hate hesibandin.

3.2.2 Hesabkirina û Analîz

Rewandek ji darpeyek lightning direkt ber busbara single-phase (darpeyek two-phase jêrîn ne) di şertên neutral locally grounded û ungrounded de di Tabel 3 de nîşan didin (I û II taybetmendiyên bêtirîn û bi serbîyê neutral point an bûyerê tevahî).

Tabel 3 Peak Overvoltage di Şertên Neutral Locally Grounded / Ungrounded (Darpeyek Direkt)

3.2.3 Analîzê Niyabeyê

Wek e di Cihewre 3 de were nîşan kirin, bi zêdetir bikekirina amperiya şimşîn, çûna niyabetandina herêmî ya li ser navbera niyabeyê zêdetir bikekirin û salbavên çalak bibejartin. Jî heta ji bo bikarhêneriya têkerdara şimşîn, vêje niyabetandina li ser têkerdara şimşîn bikekirin. Di cihane yên ku navbera niyabeyê tevahî ne hatine niha, niyabetandina navbera niyabeyê li ser şimşîn girîng e. Jî heta ji bo bikarhêneriya têkerdara şimşîn, niyabetandina zêdetir bikekirin. Mînak, şimşîna direkî ya 250 kA niyabetandinê navbera niyabeyê ya 224.1 kV têke. Li vir ê, jî heta ji bo kerdesterda têkerdara navbera niyabeyê, transformatora dikare veqetand bike.

3.2.4 Bincîn û Pencereyan Lîsenga

(1) Têkerdar şimşîn bişopîne ser pîvana transformatora (mînak, YH10Wx-108/290 li ser transformatorekan tevahî ne hatine niha) bikin da niyabetandina şimşînê li ser transformatora derbas bike.
(2) Hêza şivînê têkerdara şimşînê navbera niyabeyê zêdetir bike. Têkerdara heyî hêza şivînê 1.5 kA di vêje niyabetandina 186 kV de ye. Pirsgirêka ku hêza şivînê la 15 kA biguheztin.

Berdîsimanên din jî beriye werin dade yên şimşînê direkî li ser xeta busbar di cihanên ku navbera niyabeyê tevahî ne hatine niha, û natajên were nîşan kirin di Cihewre 4 de.

Cihewe 4 Çûna Niyabetandina Navbera Niyabeyê bi Têkerdara Şimşîn (Pencereyan Lîsenga)

Ji tabloyên 3 û 4 digerîn, destkirina bir çavdar neqûşî di navendeya transformator de yekem nayê hatine wergerandin da ku hêzajê pîvazî yên neqûşî di navendeya navendeyê de bisekin. Lê, hilbijêrin raqêb kirina çavdara neqûşî dibeke ji bo serbestkirina herêmî yên hêzajê pîvazî. Buna, ev rêbaza tê vê biçok dixebit. Tirşîk dikin ku fîrmerên çavdara neqûşî li ser pêşketinên teknolojî yên bi tenê rengin da ku hêza raqêb kirina wan biguhere.

4. Pêşçûna

a) Destkirina çavdara neqûşî di navendeya busbar û navendeya navendeya transformator de herêmî ye ji bo serbestkirina hêzajê pîvazî di navendeya navendeyê de ji bo şûrên neqûşî yên di hatiyên transmetasyon de ve.
b) Herêmî neqûşî di navendeya navendeyê de dibeke ji bo şûrên neqûşî yên di hatiyên transmetasyon de ve.
c) Destkirina çavdara neqûşî di navendeya transformator de nayê herêmî yên serbestkirina hêzajê pîvazî di navendeya navendeyê de biguhere; hilbijêrin raqêb kirina çavdara neqûşî ya navendeya navendeyê yeke rêbaza berfîn ji bo serbestkirina hêzajê pîvazî.