Punt tal-Ħalq tal-Trasformatur ta' 110 kV: Simulazzjoni ATP u Soluzzjonijiet ta' Protezzjoni

Humażżija tal-ħalijiet fit-talb tas-silġ tad-danal ta' overtensjoni f'punti neutrali tal-trasformaturi taħt kondizzjonijiet ta' xurba tal-ilma. Imma, għall-komplikazzjoni u rrandomikiess ta' l-ilma, descrizzjoni teorika ħafna tibqa' miftuħa. F’prattika inġiniera, il-misuri protettivi huma tipikament determinati bseddu kodiċi tas-sistema tal-enerġija, bl-aħżen ta' dispożitivi adekwati ta' protezzjoni mid-danal tal-ilma, kun data soppurtanti abbondanti disponibbli.

L-inħanot tal-trasferiment jew is-sottostazzjonijiet huma susċettibbli għal xurbit tal-ilma. Il-silġ tal-xurba tal-ilma jistgħu jiżrqu fl-inħanot tal-trasferiment fis-sottostazzjonijiet jew jixtru direttament l-imballażż tal-apparatu, induwenz overvoltage f'punti neutrali tal-trasformaturi, li jippreżentaw minċa għall-izolazzjoni ta' punti neutrali. Għalhekk, studju tal-karatteristiċi tal-overtensjoni f'punti neutrali taht kondizzjonijiet tal-xurba tal-ilma u valwazzjoni ta' effektività tal-limitazzjoni tal-volttagġ tal-dispożitivi protettivi huwa rilevanti [1]. Dan id-dokument ippreżenta studju tas-simulazzjoni użant il-Programm Alternativ tal-Transients (ATP), it-tippija l-iżjed magħrufa tal-Programm tal-Transients Elettromagnetici (EMTP), bseddu konfigurazzjoni ta' sottostazzjoni speċifik 110 kV. Bl-inkorporazzjoni tal-teorija tal-overvoltage tal-xurba tal-ilma mal-karatteristiċi tal-izolazzjoni ta' punti neutrali 110 kV trasformaturi, id-dokument simula overvoltage f'punti neutrali taht varji kondizzjonijiet tal-xurba tal-ilma. Ir-riżultati tas-simulazzjoni jintu analizzati komparattivament, u proponnu misuri biex timinaw l-overtensjoni f'punti neutrali.

1. Analisi Teorika

1.1 Xurba tal-Ilma fuq l-Inħanot tal-Trasferiment

Meta inħanot tal-trasferiment oħra jagħmlu xurba tal-ilma, silġ tal-travelling wave jiżraq lungo il-konduċtur [1]. Fis-sottostazzjonijiet, numru kbir ta' l-inħanot ta' kumnessjoni qasira (pereżempju, l-inħanot mill-trasformaturi għal busbars jew dispożitivi ta' arrest tal-silġ) jibhalejnha l-inħanot tal-trasferiment taħt impuls tal-xurba tal-ilma ta' durata estremament qasira. Din l-inħanot tgħaddi pruċessi rapidi ta' propagazzjoni, riflessjoni, u rifrazjoni, sovente jgħenbu overvoltage transjent li jkollhom amplitudini tal-pinn massivi li jistgħu jiddegradaw l-imballażż.

1.2 Analisi tal-Parametri tal-Windings tal-Trasformaturi Y-Konness taħt Silġ tal-Ilma

Il-windings tal-trasformaturi tri-faċi huma ġeneralement kawnnessi b'mod Y, Yo, jew Δ. Waqt operazzjoni, silġ tal-xurba tal-ilma jistgħu jiġu minn faċi waħda, żewġ, jew anke tal-lutti tlet [1]. Dan id-dokument se jikkonsidraw windings Y-konness, għax biss dawn ikollhom punt neutrali aċċessibli. Meta trasformaturi huwa kawnness fi Yo u l-interazione mutwa bejn ifaċi tkun mogħdija, meta faċi waħda, żewġ, jew tal-lutti tlet jiġu xurbut, is-sistema tista' tikseb analizzata bħala tliet windings indipendenti b'agħżel imġarrba.

2. Kondizzjoni tal-Izolazzjoni ta' Punti Neutrali 110 kV Trasformaturi

Punti neutrali ta' trasformaturi 110 kV jimpostaw izolazzjoni gradwata, klassifika bħala livelli 35 kV, 44 kV, jew 60 kV. Fl-ahhar, manifatturieri huma prinċipalment produtturi ta' trasformaturi b'izolazzjoni 60 kV ta' punti neutrali. Livelli differenti ta' izolazzjoni għandhom kapabilitajiet differenti ta' resistenza dielektrika, kif mur fil-Tabel 1. Fil-kunsiderazzjoni tal-kondizzjonijiet prattika, l-invecchiamento tal-izolazzjoni, u margni ta' sigurtà għal volttagġ tal-frekwenza tal-enerġija, fatturi ta' korrezjoni huma applikati. Fattur ta' margni ta' resistenza tal-impuls tal-xurba tal-ilma ta' 0.6 u fattur ta' margni ta' resistenza tal-frekwenza tal-enerġija ta' 0.85 huma adottati [1], li jilgħqu l-valuri ta' referenza ftal-Tabel 1.

Tabel 1 Livelli ta' Resistenza tal-Izolazzjoni / Valuri ta' Referenza għal Resistenza ta' Punti Neutrali

3. Simulazzjoni u Kalkol

Konsidra sustazzjoni ta' 110 kV b'du trasformaturi (Y/Δ) operanti f'paralel, du linji dħuli ta' 110 kV, u erbgħa linji ħruġ ta' 35 kV. Id-dagram tal-linja waħda huwa tasswet fil-Figura 1. Biex timitil il-kurrenti ta' żall tal-faża wahda u tniżżel l-interferenza komunikattiva, tipikament tikteb għalwaqa l-puntu neutrale ta' trasformatur wieħed biss, fl-intant li l-ieħor jiġi lmissen mhux għalwaq. Taf dan is-silġ tas-silġ, jistgħu jiġu indotti overvoltages ħafna f'puntu neutrale tal-trasformatur mhux għalwaq, minn naqsa ta' insulazzjoni. Il-sekcjonijiet li jmissu jagħmlu analizz simulari bil-programm ATP taħt scenari diversi.

Figura 1 Dagram tal-Linja waħda tal-Substation ta' 110 kV

3.1 Propagazzjoni tas-Silġ tas-Silġ mill-Linji ta' Trasport fit-Substation

3.1.1 Selezzjoni tal-Parametri tal-Onda tas-Silġ

Il-kausa primarja tal-overvoltage fis-sustazzjonijiet hi silġ tas-silġ li jippropaga mill-linji ta' trasport. L-amplitudi maxima tal-volt tal-linja ma tistax tkun akbar mill-livell tal-U50% tal-insulatur string tal-linja; inkella, se jiġi osservat flashover fuq il-linja qabel is-silġ jidħol fis-sustazzjoni. Minflok, l-ewwel 1–2 km tal-linja ta' dħul solitament huma protetti minn strikes diretti tas-silġ, l-ondate tas-silġ li jdħolu fis-sustazzjoni jkunu prinċipalment minn strikes barra mill-qsam protett. Għal strikes barra mill-sustazzjoni, l-magnitudo tal-kurrent tas-silġ li jidħol fis-sustazzjuni permezz tal-linji ≤220 kV hija ġeneralement ≤5 kA, u ≤10 kA għal linji 330–500 kV, bl-inclinazzjoni drastika [15,17]. Bażat fuq dawn il-kondizzjonijiet, l-ondata tas-silġ tiġi modellata permezz funzjoni eżponenzjali doppja tipika:
u(t) = k(e⁻ᵃᵗ - e⁻ᵇᵗ),
fejn a u b huma kostanti negativi, u k, a, b jiġu determinati mill-amplitudi tal-silġ, it-tieni tal-front, u it-tieni tal-qoxr. Jieħu kont mal-kurrent peak ta' 5 kA u l-onda eżponenzjali standard ta' 20/50 μs hawnhekk.

3.1.2 Settagġ tal-Parametri tal-Equipagg tas-Substation

Il-surges tas-silġ għandhom armoniki tal-frekwenza ħafna; għalhekk, ip-parametri tal-linji tas-sustazzjoni jiġu modellati bħala parametri distributi. Is-swittċi, circuit breakers, current transformers (CTs), u voltage transformers (VTs) f'substation jiġu rappreżentati permezz kapacità ekvivalenti shunt. Il-capacità ekvivalenta tal-input tal-trasformatur hi data mill-Cₜ = kS⁰·⁵, fejn S huwa kapasità tas-trasformatur tri-fażi. Għal livelli tal-volt ≤220 kV, n=3, u għal trasformaturi ta' 110 kV, k=540. Il-busbar surge arrester jiġi selezzjonat bħala YH1OWx-108/290, u l-neutral-point surge arrester bħala YH1.5W-72/186.

3.1.3 Kalkol u Analizz

Il-overvoltage miffitur fil-puntu neutrale jidher differenti skont jekk huwa għalwaq lokali jew mhux għalwaq. Siġġu simulari għal tliet scenari: single-circuit single-phase surge, single-circuit two-phase surge, u double-circuit single-phase surge, waqqfkom jekk huwa meħtieġ surge arrester neutral-point jew le. Ir-riżultati huma tasswet ftabel 2.

Tabel 2 Overvoltage Peak taħt Condizioni Neutral Grounded / Ungrounded

3.1.4 Analisi tal-Resultati

Minn Tavola 2, fis-sistemi fejn il-neutral tal-trasformatur hu' miftuħ lokali, il-parassurt tal-busbar jlimita effiċjentament l-overvoltage, għalhekk il-punt neutral tal-trasformatur li mhux miftuħ ma jkunx jipprova overvoltage kbir, u l-parassurt tal-punt neutral tipikament ma joprawx. Fis-sistemi fejn il-punt neutral hu' mhux miftuħ lokali, l-overvoltage tal-punt neutral hu' ħafif. Senza parassurt, dan tħallas minazz tal-aħħar għall-isulatur (l-imwaqqf ta’ trasformatur ta’ 110 kV b’isulatur gradwali, fit-tinjib tat-tas-sigurtà, hu' 195 kV). L-inSTALLazzjoni ta’ parassurt tal-punt neutral tirmix drasticament il-maksimum tal-overvoltage. Għalhekk, is-surġenti tal-lampju tal-qamar li jiġu propajġati mis-silġ ma jkunux minazz għallisulatur tal-punt neutral imqassam b’parassurt.

3.2 Qsir Dritt tal-Lampju tal-Qamar fuq is-Substation

Anki is-substations ġeneralement huma meħtieġa b’protezzjoni komprensiva tal-lampju tal-qamar, l-qsar dritt, anki ngħidu nadif għal-komplissità u randomizz ta’ lampju tal-qamar, jistgħu jiġu [2] u jċaġġasku danny għall-apparatatura. Għalhekk, l-istudju tal-overvoltage fil-punt neutral minħabba l-qsar dritt u l-misuri protettivi korrispondenti huwa neċessarju.

3.2.1 Selezzjoni tal-Parametri tal-Lampju tal-Qamar u tal-Substation

Il-parametri tas-substation jiġu magħżula bħala definit qabel. Il-kalkuli jiġu esegwiti bl-użu ta’ parametri standard tal-lampju tal-qamar (1.2/50 μs) bl-amplitudni ta’ 50, 100, 200, u 250 kA. Il-resistenza tal-ondata tal-kanal tal-lampju tal-qamar tkun 400 Ω.

3.2.2 Kalkol u Analisi

Ir-riżultati għal qsar dritt fuq busbar uniphasiku (l-qsar ta’ dwejjet hija nadif) taħt kondizzjonijiet neutral miftuħ u mhux miftuħ jingħatawu ft-Tavola 3 (I u II ir-rappreżentaw il-kazji mingħajr u bil-parassurt tal-punt neutral rispettivament).

Tavola 3 Overvoltage Maksimum taħt Kondizzjonijiet Neutral Miftuħ / Mhux Miftuħ (Qsar Dritt)

3.2.3 Analizz tal-Riżultati

Kif jirriżulta mill-Tavola 3, bil-żid fis-silġ tal-kurrent tal-barrani, l-overvoltage ta' pikk fl-punt neutru jiżdied b'mod sostanzjali, u t-talbukkji jkunu aktar evidenti. Anki meta hemm arrester ta' overvoltage, il-voltatt relatwa fuq l-arrester jiżdied. Fis-sottostazzjonijiet b'punt neutru mhux mtaħlax, l-overvoltage tal-punt neutru minħabba l-barrani hija partikularment severa. Anki meta hemm arrester ta' overvoltage, l-overvoltage tibqa' għoli. Pereżempju, strike diret tad-250 kA jġenera overvoltage ta' 224.1 kV fil-punt neutru. Fl-kaz dan, anki jekk l-arrester tal-punt neutru jopra, il-trasformatur jista' ikun dammagġat.

3.2.4 Diskussjoni dwar l-Iżmieli tal-Misuri

(1) Installa arrester ta' overvoltage ft-ittrament tal-trasformatur (pereżempju, żid YH10Wx-108/290 għat-trasformatur mhux mtaħlax) biex tilimita l-overvoltage tal-barrani.
(2) Żid il-kapaċità tal-kurrent ta' scarigg ċonsiderata tal-arrester tal-punt neutru. Il-kapaċità esistente tal-arrester hi ta' 1.5 kA bl-overvoltage relatwa ta' 186 kV. Jipproponu li din tkun żidija sa 15 kA.

Simulazzjonijiet jews fuq is-silġ dirett tas-subbus f'sistema tal-punt neutru mhux mtaħla weru mgħadda, u r-riżultati huma kif jirriżultaw fit-Tavola 4.

Tavola 4 Overvoltage ta' Pikk tal-Punt Neutru mal-Arrester (Iżmieli Mmilli)

Billiex 3 u 4, l-installazzjoni ta’ arrester fuq it-terminal tal-transformatur ma tħassilx effettivament xi riduż fil-overvoltage tal-neutral point minħabba l-fulgur. Imma l-aument fl-kapaċità ta’ scarigg tal-arrester surġent jilbess bosta l-limitazzjoni tal-overvoltage. Għalhekk, din il-metodu hija rekomandata. Jisuggerix l-manifatturieri ta’ arresters surġenti li jiżvilġux l-teknoloġija biex j żidu l-kapaċità tal-kurrent ta’ scarigg.

4. Konkluzzjoni

a) L-installazzjoni ta’ arresters surġenti fuq is-silġ busbar u s-silġ neutral point tal-transformatur limita effettivament l-overvoltage tal-neutral point minħabba l-surġents tal-fulgur li jagħmlu propaga mill-linji tal-trasport.
b) Meta s-sottostazzjoni toħloq direct hit minn fulgur, overvoltage għoli jista’ jikkonwensa fis-silġ neutral point tal-transformatur mhux mgrounded. Dan l-effett huwa akkura magħruf fid-sistemi bl-isilġ partially ungrounded, u taħt is-silġ skemi esistenti ta’ protezzjoni mill-overvoltage, l-insulazzjoni tal-neutral point tista’ tkun dammgaġġa.
c) L-installazzjoni ta’ arrester surġent fuq it-terminal tal-transformatur ma tħallitx effett significant fuq l-overvoltage tal-neutral point; l-aument fl-kapaċità tal-kurrent ta’ scarigg tal-arrester surġent tas-silġ neutral point huwa metodu efikli għal l-limitazzjoni tal-overvoltage.