110 kV ترانسپورمېټر نیټروال پوینټ د غزې ډیری ولتاټ: ATP سیمولاسیون او پروتیکشن حلول

د ترانسفورمر نیټرال پوینټونو ته د برخې وړاندیز لیدنې د برخې کارپوهندیتوب په اړه ډیری مطالعات شتون لري. په هغه توګه چې د برخې موجونو په پام کې نیولو څخه پراختیا او غیر منظمیت لري، د دې د دقیق تیوري تشریح همچنانه دست نیول کیږي. په مهندسۍ پراکسیس کې، د حفاظت وړاندیزو د ټولنیزې د قوانینو په اساس سره د مناسب برخې محافظت جوړونې انتخاب کیږي، چې دا د ډیری ورکړل شوي داکمنو په اړه د وړاندیز لیدنې سره سمون لري.

د واټرونو لينونه یا د تبدیل کوونکو محطتونه د برخې خپلو له لاسه ښودل شوې دي. د برخې موجونه ممکن دي چې په واټرونو لينو کې د کوچني او د تبدیل کوونکو محطتونو ته ورسې شي یا د تبدیل کوونکو محطتونو د اوبیتوبو ته مستقیماً خپلې کړي، چې دا د ترانسفورمر نیټرال پوینټونو ته د برخې وړاندیز لیدنه راولي کوي، چې د نیټرال-پوینټ د عایقیت ته یو خطره وړي. په دې ځای کې، د نیټرال-پوینټ د برخې وړاندیز لیدنې د صفاتو او د محافظت وړاندیزو د ولټجې محدود کولو اثربخشی د پوهاندیتوب له لپاره د پراکتیکي مهمیت لري [1]. د دې پاڼه یو شبیه سازۍ کارېدل شوې دی، د IEE-Business (EMTP) د بیشتر کارول شوې نسخه د ATP په اساس، د یو خاص 110 kV د تبدیل کوونکو محطتونو د کنفیګوریشن سره. د برخې د برخې وړاندیز لیدنې تیوري او د 110 kV د ترانسفورمر نیټرال پوینټونو د عایقیت صفاتو سره د ټولنیزې کارولو سره، د مختلف برخې موجونو شرایطو ته د نیټرال-پوینټ د برخې وړاندیز لیدنې شبیه سازۍ کارېدل شوې دی. د شبیه سازۍ په نتیجه یې د مقایسه کولو او د نیټرال-پوینټ د برخې وړاندیز لیدنې راواجو ته وړاندیزو په اړه وړاندیزونه پیشنهاد شول دي.

1. تیوري تحلیل

1.1 د واټرونو لينونو ته د برخې خپلې

که یو آسماني واټرونو لينه د برخې خپلې کړي، یو مسافر موج د کنډکټرو ته د څخه څخه ورسېږي [1]. په تبدیل کوونکو محطتونو کې، ډیری کوتاه وصلې (مثلاً، د ترانسفورمر ته د باصلي لینونو یا د برخې موجونو د روکنې ته وصلې) د ډیر کوتاهه برخې موجونو په توګه د واټرونو لينونو د صفاتو په توګه راولي کوي. دا لینونه د موج د سریع ورسېدل، د انعکاس او د انحراف پروسې راولي کوي، چې معمولاً د ډیر لوړه اوجونه د برخې وړاندیز لیدنې تولیدوي، چې د اوبیتوبو د کسېدنې ته اجازه ورکوي.

1.2 د Y-وصلې شوي د ترانسفورمر د سیمو په برخې موجونو کې د پارامیټرونو تحلیل

د سه فازه ترانسفورمر د سیمو عموماً د Y، Yo، یا Δ کې وصلې شي. په عمل کې، د برخې موجونه ممکن دي چې په یو، دوه، یا په دوه څخه زیات فازونو کې داخل شي [1]. د دې مقالې د تمرکز د Y-وصلې شوي سیمو ته ده، ځکه چې فقط دا کنفیګوریشن د نیټرال-پوینټ د یو ورته دسترسی لري. که یو ترانسفورمر په Yo کې وصلې شي او د فازونو ته د متقابل کوپلینګ غوره نه کړي، چې د یو، دوه، یا په دوه څخه زیات فازونو کې د برخې خپلې ورسېږي، د سیستم د سه مستقل سیمو ته د یو ورته د یو ورته داکمه ورته ته د یو ورته د یو ورته داکمه ورته ته د یو ورته تحلیل کړي شي.

2. د 110 kV د ترانسفورمر نیټرال-پوینټونو د عایقیت شرایط

د 110 kV د ترانسفورمر نیټرال-پوینټونه د گریډ شوي عایقیت سره جوړ شوي دي، چې د 35 kV، 44 kV، یا 60 kV لیولونه وي. په حال کې، د چاپونونو د 60 kV د نیټرال-پوینټ د عایقیت سره د ترانسفورمر تولید کول په اړه د ځانګړي توجه لري. مختلف عایقیت لیولونه د مختلف دی الکتریکي تحمل کولو صلاحیت لري، دا د جدول 1 کې دیکه کیږي. د پراکتیکي شرایط، د عایقیت د زیانونو او د قدرت-فریکوئنسي د ولټجونو لپاره د امانه مرزونه په اړه، د تصحیح کرنې عوامل کارول کیږي. د یو برخې موجونو د تحمل کولو د 0.6 او د قدرت-فریکوئنسي د تحمل کولو د 0.85 د ارزونه عوامل دی [1]، چې دا د جدول 1 کې د مرجعه تحمل کولو ارزونه ته وړاندیز کوي.

جدول 1 د نیټرال-پوینټونو د عایقیت تحمل کولو لیولونه / مرجعه تحمل کولو ارزونه

3. محاکات او کمپیوټر

د یو ۱۱۰ kV سوب اسټیشن په اړه وګورئ چې دوه ترانسفارمر (Y/Δ) په موازی توګه کار کوي، دوه ۱۱۰ kV دخولۍ لینۍ او څلور ۳۵ kV خروجۍ لینۍ. د یوه لاین د نښې داسې دیاگرام شکل ۱ کې ښودل شوی دی. د یوه فازه د زمین لپاره د جرياني ټیکلو ټولنه او د کمیونیکیشن د انټرفیرونسي کم کولو لپاره معمولاً صرف یو ترانسفارمر د خپل نیټرال پوائنټ د زمین سره لنډ کیږي او بل نیټرال پوائنټ غیرلنډ وي. د لوی برقی دندې په توګه، د غیرلنډ ترانسفارمر د نیټرال پوائنټ کې ډیر لوی اوورولټ ځانګړتوب کیدی شي چې د هغه د عایقیت په تهدید کوي. د دې په منځ کې د مختلفو سناریوونو ته د ATP پروګرام استعمال کوونکي د محاکاتو د تحلیلونه وړاندې کېږي.

شکل ۱ د ۱۱۰ kV سوب اسټیشن د یوه لاین دیاگرام

3.1 د دېوارۍ لینویو څخه تر سوب اسټیشن پورې د لوی برقی دندې د تاشېدل

3.1.1 د لوی برقی دندې پارامیټرونو د انتخاب

د سوب اسټیشنو د اوورولټ اصلي سبب د دېوارۍ لینویو څخه تر سوب اسټیشن پورې د لوی برقی دندې د تاشېدل دی. د لینۍ کې د لوړوالو ولولو د دېوارۍ لینۍ د انسولاتر سټرنګ د U50% د برداشتې په حد کې نشي؛ نو د لوی برقی دندې په توګه د لینۍ کې د فلاشوور حالت راوا کېږي. له دې چې د دېوارۍ لینۍ د اول ۱-۲ km عموماً د مستقیم دېوارۍ لینویو له لارې پروتکټ شوی دی، د سوب اسټیشن ته داخل شوی دېوارۍ لینۍ د اوسني پروتکټ شوی حصې څخه څرګندیږي. د سوب اسټیشن څخه ورته دېوارۍ لینۍ څخه داخل شوی دېوارۍ لینۍ د ≤220 kV لینویو ته عموماً ≤5 kA او د 330–500 kV لینویو ته ≤10 kA دی، چې د کیفیت د ښکتوب موخه کېږي [15,17]. د دې شرایطو په پام کې نیولو سره، د لوی برقی دندې په یو معمولي دوی د اکسپوننشیال داله کې ماډل شوی دی:
u(t) = k(e⁻ᵃᵗ - e⁻ᵇᵗ),
که د a او b منفي ثابتونه وي او k, a, b د دندې لوړوال، د پرمخه وقت او د پای ته رسیدلو وقت لپاره تعیین کیږي. دا په اړه یو ۵ kA لوړوال او د معیاري ۲۰/۵۰ μs اکسپوننشیال دندې کارول کېږي.

3.1.2 د سوب اسټیشن د تجهیزاتو پارامیټرونو تنظیم

د لوی برقی دندې د ډیر لوړه فریکوانسې هارمونیکونه ولري؛ نو د سوب اسټیشن د لینۍ پارامیټرونو د ډلیټریبونل پارامیټرونو په توګه ماډل شوی دی. د سوب اسټیشن کې د سویچونو، د سرکټ بریکر، د کارنټ ترانسفارمر (CTs)، او د ولټیج ترانسفارمر (VTs) د معادل شانت کیپیسیټنسونه استعمال کیږي. د ترانسفارمر د معادل دخل کیپیسیټنس Cₜ = kS⁰·⁵ دی، که د S د سه فازه ترانسفارمر ظرفیت دی. د ≤220 kV ولټیج سطحو ته n=3 او د ۱۱۰ kV ترانسفارمر ته k=540. د بس بار د اوورولټ د آرستر YH1OWx-108/290 او د نیټرال پوائنټ د اوورولټ د آرستر YH1.5W-72/186 انتخاب شوی دی.

3.1.3 د کمپیوټر او تحلیل

د نیټرال پوائنټ کې د اوورولټ د لوړوال په نظر یې د دې چې د نیټرال پوائنټ د زمین سره لنډ وي یا غیرلنډ وي په پام کې نیول کېږي. د یوه لاین یوه فازه دندې، یوه لاین دوه فازه دندې او دوه لاین یوه فازه دندې د مختلفو سناریوونو ته د محاکاتو کېږي، د نیټرال پوائنټ د اوورولټ د آرستر سره او بیلابیل. د نتیژو ټابل ۲ کې نیښل شوی دی.

ټابل ۲ د نیټرال پوائنټ د لوړوال اوورولټ د محلي لنډ / غیرلنډ شرایطو ته

3.1.4 نتیجه تحلیل

از جدول 2، در سیستم‌هایی که نوک محايد ترانسفورماتور به صورت محلی زمین شده است، محدودکننده فشار برق در شین مؤثرانه فشار برق اضافی را محدود می‌کند، بنابراین نوک محايد ترانسفورماتور بدون زمین شدن فشار برق اضافی بالایی تجربه نمی‌کند و معمولاً محدودکننده فشار برق نوک محايد عملیاتی ندارد. در سیستم‌هایی که نوک محاید به صورت محلی بدون زمین شدن است، فشار برق اضافی نوک محاید بسیار بالاست. بدون محدودکننده فشار برق، این موضوع تهدید جدی برای عایق (فشار برق تحمل ضربه برق طوفاني یک ترانسفورماتور 110 kV با عایق لایه‌ای، با در نظر گرفتن حاشیه ایمنی، 195 kV است) می‌باشد. نصب محدودکننده فشار برق نوک محايد به طور قابل توجهی فشار برق اضافی را کاهش می‌دهد. بنابراین، ضربات برق طوفاني که از خطوط منتشر می‌شوند، تهدیدی برای عایق نوک محايد مجهز به محدودکننده فشار برق نخواهند بود.

3.2 ضربه مستقیم برق طوفاني به زیرستان

اگرچه زیرستان‌ها معمولاً محافظت کامل برابر برق طوفاني دارند، ضربات مستقیم برق طوفاني، هرچند به دلیل پیچیدگی و تصادفی بودن برق طوفاني نادر هستند، می‌توانند رخ داده و خسارت به تجهیزات را ایجاد کنند [2]. بنابراین، مطالعه فشار برق اضافی ناشی از ضربات مستقیم و اقدامات محافظتی مربوطه ضروری است.

3.2.1 انتخاب پارامترهای برق طوفاني و زیرستان

پارامترهای زیرستان همانند آنچه قبلاً تعریف شده است. محاسبات با استفاده از پارامترهای استاندارد برق طوفاني (1.2/50 μs) با دامنه‌های 50، 100، 200 و 250 kA انجام می‌شود. موج مقاومت کانال برق طوفاني 400 Ω در نظر گرفته می‌شود.

3.2.2 محاسبه و تحلیل

نتایج ضربه مستقیم برق طوفاني به شین تک‌فاز (ضربات دو‌فاز نادر هستند) تحت شرایط زمین شدن محلی و بدون زمین شدن نوک محايد در جدول 3 نشان داده شده است (I و II به ترتیب موارد بدون و با محدودکننده فشار برق نوک محايد را نشان می‌دهند).

جدول 3 فشار برق اضافی ماکزیمم تحت شرایط زمین شدن محلی / بدون زمین شدن نوک محايد (ضربه مستقیم)

3.2.3 نتیجه جوړښت

په جدول ۳ کې د لاندې د ګرجو تیرې د شدت وړاندې، د میانونه پوینټ کې د زیاتوالی د وړاندې د سرخوشۍ اوږدوالی زیات شوي، او د هیلې د څنډولو دا خوړلو شوې. د یو سورس اریستر همدا وړاندې، د اریسترونه د باقي برابرې وړاندې زیات شوي. د لوکلی غیر ملاتړ شوي میانونو د سوبسټیشنونو کې، د ګرجو تیرې له لاسه د میانونه پوینټ کې د زیاتوالی د وړاندې خورا شدید دی. د یو سورس اریستر همدا وړاندې، د زیاتوالی د وړاندې په لاندې ډول بلند دی. مثال برخه، د ۲۵۰ kA د مستقیم ګرجو تیرې له لاسه د میانونه پوینټ کې د زیاتوالی د وړاندې ۲۲۴.۱ kV دی. دا موارد کې، د میانونه پوینټ کې د اریستر عملې کیدای شي، د ترانسفورمر لاهم غواړي دی.

3.2.4 د بهترینو په اړه خبرې

(۱) د ترانسفورمر په اړه (مثال، د غیر ملاتړ شوي ترانسفورمر لپاره YH10Wx-108/290 وساتل) د سورس اریستر وساتل چې د ګرجو تیرې د زیاتوالی د وړاندې حد محدود کړي.
(۲) د میانونه پوینټ کې د سورس اریستر د چاپېدلی د وړاندې د قابلیت زیاتول. د موجود اریستر د چاپېدلی د وړاندې د قابلیت ۱.۵ kA د ۱۸۶ kV د باقي برابرې وړاندې دی. دا قابلیت ۱۵ kA ته زیاتول وړل شوي.

د لوکلی غیر ملاتړ شوي میانونو د سیسټم کې د بسو کې د مستقیم ګرجو تیرې لپاره د دوباره شبیه سازۍ وکړل شوې، او نتیجې په جدول ۴ کې دی.

جدول ۴ د سورس اریستر سره د میانونه پوینټ کې د سرخوشۍ د وړاندې (بهترینو)

جدولونه ۳ او ۴ را مقارنه کړئ، د ترانسفورمر پایې څخه د اړارې نصب کول د نیټرال پوائنټ لپاره برخه ګرمۍ ډک کم کولو لپاره غیر موثر دی. په همدې حال کې، د سرچښتې اړارې د ډک کولو کېپاسیټي زیاتول به ډک کم کولو ته ډېر ځانګړي ورکوي. پسې دا طریقه په مناسبه توګه توصیه شوی دی. د سرچښتې اړارې تولید کنندو ته د تکنالوژي جوړښت له مخې د ډک کولو کېپاسیټي زیاتولو ته توجه ورکولو ته توصیه کیږي.

۴. پای

a) د بوسبر او د ترانسفورمر نیټرال پوائنټ په څیر د سرچښتې اړارې نصب کول د نیټرال پوائنټ لپاره برخه ګرمۍ ډک کم کولو ته موثر دی چې د ټرانسميشن لینو څخه د برخه ګرمۍ سره پراخ شوی.
b) په یوه سابستیشن کې د مستقیم برخه ګرمۍ ضربه وروسته، د غیر زمینه شوي ترانسفورمر نیټرال پوائنټ په څیر ډېر ډک برخه ګرمۍ پیدا کیږي. دا اغېز د ډېری ډولې غیر زمینه شوي نظامونو کې خوښې وي او په موجوده برخه ګرمۍ حفاظت مشرانونو کې د نیټرال پوائنټ عایسنو ته ضربه ورکولی شي.
c) د ترانسفورمر پایې څخه د اړارې نصب کول د نیټرال پوائنټ لپاره برخه ګرمۍ ډک کم کولو ته ډېر موثر نه دی؛ د نیټرال پوائنټ سرچښتې اړارې د ډک کولو کېپاسیټي زیاتول به د ډک کم کولو لپاره موثره دی.