110 kV Transformer Neutral Point Lightning Overvoltage: ATP Simulation & Protection Solutions Mfululizo wa Vifuuaji wa 110 kV na Mfululizo wa Vifaa vya Kufuata Ikiwa ni Nchi ya Baridi: Mipango ya Ushindani wa ATP & Suluhisho za Ulinzi

Kuna maudhui mengi kuhusu tathmini ya kiwango cha juu katika vipimo vya transformer chini ya mazingira ya mvua ya mwanga. Hata hivyo, kutokana na umuhimu na uwezo wa kusambaa wa mvua za mwanga, tafsiri kamili ya kimtazamo haiwezi kupatikana. Katika ufanisi wa uhandisi, hatua za usalama zinachaguliwa kulingana na kanuni za mtandao wa nishati kwa kuchagua vifaa vyenye ubora wa kuimarisha, na kwa upanuzi wa nyaraka za usaidizi.

Mipango ya utaratibu au steshoni za ziada zinaweza kupata mvua ya mwanga. Mvua za mwanga zinaweza kukabiliana na mipango ya utaratibu ikifuatako kwenye steshoni za ziada au kumpiga majengo yoyote kwenye steshoni za ziada, kufanya kiwango cha juu katika vipimo vya transformer, ambayo ina hatari kwa ukosefu wa usalama wa vipimo vya transformer. Kwa hiyo, kutathmini sifa za kiwango cha juu katika mazingira ya mvua ya mwanga na kutathmini ufanisi wa vifaa vya usalama vinavyoweza kuzuia kiwango cha juu kunaweza kuwa na umuhimu wa kutosha [1]. Makala hii inatoa utafiti wa simulishi kutumia Programu ya Matumizi ya Mwisho (ATP), tofauti ya kutumika zaidi ya Programu ya Mwisho ya Mzunguko wa Nishati (EMTP), kulingana na muundo wa steshoni ya ziada ya 110 kV. Kwa kuunganisha teoria ya kiwango cha juu na sifa za usalama ya vipimo vya transformer, makala hii hutathmini kiwango cha juu katika mazingira mbalimbali ya mvua ya mwanga. Matokeo ya simulishi yanahathiriwa na hatua za kurekebisha kiwango cha juu yanayopendekezwa.

1. Tathmini ya Kimtazamo

1.1 Mvua ya Mwanga kwenye Mipango ya Uthibitishaji

Wakati mpango wa utaratibu unaotolewa kwa mvua ya mwanga, mzunguko unafuata kwenye mkondo [1]. Ndani ya steshoni za ziada, vitungo vingine vilivyovunjika vya uzito (kama vile vifunguo kutoka kwa transformers kwa busbars au vifaa vya kuzuia mvua) viendelea kama mipango ya utaratibu wakati wa mvua ya mwanga yenye muda mfupi. Vitungo hivi huonyesha mzunguko, rufaa, na mabadiliko ya mzunguko, mara nyingi kunafanya kiwango cha juu kinachozozwa kwa nguvu sana ambacho linaweza kuharibu vifaa.

1.2 Tathmini ya Viwango vya Transformer vilivyovunjika kwa Y chini ya Mvua ya Mwanga

Viwango vya transformer vilivyovunjika kwa tatu viunganishwa kwa mujibu wa Y, Yo, au Δ. Wakati wa kutumika, mvua za mwanga zinaweza kuingia kwa moja, mbili, au tatu vya viwango [1]. Makala hii inaonekana kwenye viwango vilivyovunjika kwa Y, kwa sababu tu ni kwa muundo huu unaeza kupata vipimo vya transformer. Waktu transformer unavyovunjika kwa Yo na kutoangalia kujirudia kati ya viwango, chochote kwa moja, mbili, au tatu vya viwango vilivyovunjika, mfumo unaweza kutathmini kama viwango vilivyovunjika vilivyoelekea ardhi.

2. Hali ya Usalama wa Vipimo vya Transformer vya 110 kV

Vipimo vya transformer vya 110 kV vinatumia usalama uliyowezeshwa, vilivyokubaliana kama kiwango cha 35 kV, 44 kV, au 60 kV. Sasa, wafanyabiashara wanaproduka transformer wenye usalama wa 60 kV. Kiwango tofauti kina uwezo tofauti wa kusimamia, kama inavyoonyeshwa kwenye Meza 1. Kutokana na mazingira halisi, ukosefu wa usalama, na mikakati ya uhakika kwa kiwango cha nishati, viwango vinavyotumika. Kiwango cha 0.6 kwa kiwango cha mvua ya mwanga na kiwango cha 0.85 kwa kiwango cha nishati yanavyotumika [1], yanayohusisha kiwango cha uhakika kwenye Meza 1.

Meza 1 Kiwango cha Usalama / Kiwango cha Uhakika kwa Vipimo

3. Uchanganuzi na Kikokotozo

Tafakari substation ya 110 kV inayeo na vipeo vya mbili (Y/Δ) vinavyofanya kazi pamoja mikononi, na mitundu miwili ya kiingilio cha 110 kV, na mitundu minne ya kuondoka cha 35 kV. Ramani ya moja tu imeonyeshwa katika Mifano 1. Ili kukidhi uhamiaji wa maji kutoka kwenye chanzo moja tu na kupunguza mzunguko wa habari, mara nyingi vipengele vya moja tu vilivyovipeo vinaelekea ardhi na vingine vireje vyenye ukosefu wa kujumuisha. Katika hali za mvua ya mwangaza, utovu mkubwa unaweza kujitokeza kwenye chini cha msingi cha vipeo vilivyovipeo vireje, kufanya hatari kwa uzio wake. Sekta zifuatazo zinatoa uchanganuzi wa kikokotozo kutumia programu ya ATP kwa hadhira mbalimbali.

Mifano 1 Ramani ya Moja Tu ya Substation ya 110 kV

3.1 Mvua ya Mwangaza Inayopanda kutoka Mitundu mpaka Substation

3.1.1 Chaguo la Mipangilio ya Mvua ya Mwangaza

Sababu kuu ya utovu wa umeme katika substations ni mvua ya mwangaza inayopanda kutoka mitundu. Amplitude yake ya juu ya umeme kwenye mitundu haipaswi kusikia sana kiwango cha U50% cha ubora wa mtandao wa insulatia; kama bila shaka, kulevyo litahitaji kutokea kabla ya mvua kupanda katika substation. Tangu sehemu ya kwanza ya mitundu ya kuja inayozingatiwa kulingana na mikosa ya mwangaza yanayofanana, mvua ya mwangaza inayopanda katika substation husaidiana na mikosa yanayoko zaidi. Kwa mikosa ya nje ya substation, magnitude ya current ya mwangaza inayopanda katika substation kwa njia ya mitundu ≤220 kV ni rahisi ≤5 kA, na ≤10 kA kwa mitundu ya 330–500 kV, na ongezeko la kutosha [15,17]. Kulingana na masharti haya, mvua ya mwangaza inatumika kwa kutumia funguo ya double-exponential:
u(t) = k(e⁻ᵃᵗ - e⁻ᵇᵗ),
ambapo a na b ni pembenzi madogombe, na k, a, b hutathminiwa kwa kutumia amplitude, front time, na tail time. Peak current ya 5 kA na exponential wave standard 20/50 μs zinatumika hapa.

3.1.2 Mapendekezo ya Viwango vya Vifaa vya Substation

Mvua ya mwangaza ina harmonics za kiwango cha juu; kwa hiyo, parameta za mitundu ya substation zinamodelishwa kama parameta za distributed. Switches, circuit breakers, current transformers (CTs), na voltage transformers (VTs) ndani ya substation zinarepresentea kwa capacitances sawa. Capacitance ya input sawa ya vipeo ina tofauti Cₜ = kS⁰·⁵, ambapo S ni capacity ya vipeo vya tatu. Kwa kiwango cha umeme ≤220 kV, n=3, na kwa vipeo vya 110 kV, k=540. Busbar surge arrester unachaguliwa kama YH1OWx-108/290, na neutral-point surge arrester kama YH1.5W-72/186.

3.1.3 Kikokotozo na Uchanganuzi

Ukovu uliyotengenezwa kwenye chini cha msingi unabadilika kulingana na kuwa kuna kutegemea au hakuna kutegemea. Simulations zinajifanyika kwa masitu matatu: single-circuit single-phase surge, single-circuit two-phase surge, na double-circuit single-phase surge, kwa kuzingatia kutegemea na kutegemea. Matokeo yameonyeshwa katika Meza 2.

Meza 2 Peak Overvoltage under Locally Grounded / Ungrounded Neutral Conditions

3.1.4 Tahlil ya Matokeo

Kutoka kwenye Meza 2, katika mifumo ambako neutrali ya transphoma imewekwa chini mahali pa pembeni, surge arrester ya busbar huwezesha kudhibiti overvoltage kwa ufanisi, hivyo pointi ya neutrali ya transphoma isiyoweza kuwekwa chini haijapata overvoltage kubwa, na neutral-point arrester mara nyingi haijafanyika. Katika mifumo ambapo pointi ya neutrali haikawekezwa chini, overvoltage ya pointi ya neutrali ni kubwa sana. Bila surge arrester, hii inatia hatari kubwa kwa insulation (lightning impulse withstand voltage ya transphoma ya 110 kV inayofaa, kutokana na safety margin, ni 195 kV). Kujenga neutral-point surge arrester hutengeneza upana wa overvoltage kwa wingi. Kwa hivyo, lightning surges zinazotoka kutoka lines hazitathibitisha insulation ya pointi ya neutrali iliyopewa surge arrester.

3.2 Ushuru wa Lightning Mstari wa Substation

Ingawa substations mara nyingi yana protection ya lightning kamili, ushuru wa lightning mstari, ingawa ni vigumu kwa sababu ya complex na randomness za lightning, yanaweza kutokea [2] na kusababisha sarafu za vifaa. Kwa hivyo, kutambua overvoltage ya pointi ya neutrali ulizowezesha ushuru wa mstari na hatimaye mikakati ya protection ni muhimu.

3.2.1 Chaguo la Lightning na Parameters za Substation

Parameters za substation yanabaki sawa kama ilivyotajwa awali. Mikakati yanafanyika kutumia standard parameters za lightning (1.2/50 μs) na amplitudes za 50, 100, 200, na 250 kA. Impedance ya lightning channel inachukuliwa kuwa 400 Ω.

3.2.2 Mikakati na Tahlil

Matokeo ya ushuru wa lightning mstari kwenye single-phase busbar (ushuru wa two-phase ni vigumu kupata) kwenye conditions za grounded na ungrounded neutral zimeonyeshwa kwenye Meza 3 (I na II yanadai kuhusu cases bila na na surge arrester ya pointi ya neutrali, kwa hiari).

Meza 3 Overvoltage ya Pwani kwenye Conditions za Grounded/Ungrounded Neutral (Ushuru wa Mstari)

3.2.3 Tathmini Matokeo

Kama inavyoelezwa kwenye Meza 3, kwa kuongezeka kasi ya umeme wa majini, paa ya juu ya umeme zaidi kwenye nukta ya usawa hujanika sana, na mizizi yanajulikana zaidi. Hata na kusambazishwa kwa kifundo cha majini, umeme zaidi unayobaki ukizidi. Katika steshoni za majini ambazo hazina uundaji wa nukta ya usawa, umeme zaidi kwa sababu ya majini ni asili. Hata na kusambazishwa kwa kifundo cha majini, umeme zaidi bado ni juu. Kwa mfano, majini moja ya 250 kA inaweza kutoa umeme zaidi wa 224.1 kV kwenye nukta ya usawa. Katika hali hii, hata ikiwa kifundo cha nukta ya usawa kinafanya kazi, transformer anaweza kuangukia.

3.2.4 Mjadala kuhusu Hatua za Kurekebisha

(1) Weka kifundo cha majini kwenye mwisho wa transformer (mfano, ongeza YH10Wx-108/290 kwa transformers isiyoundajiwa) ili kubainisha umeme zaidi wa majini.
(2) Ongeza uwezo wa kutoa umeme wa kifundo cha nukta ya usawa. Kifundo chenye kasi ya kutokosekana ya 1.5 kA kwenye umeme zaidi wa 186 kV. Inahitajika kuboreshwa hadi 15 kA.

Utaratibu wa upya wa majini ulioingia kwenye busbar katika mfumo isiyoundajiwa wa nukta ya usawa umefanyika, na matokeo yameonyeshwa kwenye Meza 4.

Meza 4 Paa ya Juu ya Umeme Zaidi kwenye Nukta ya Usawa na Kifundo cha Majini (Hatua Imebainishwa)

Kulinganisha Meza 3 na 4, kuweka kifuniko cha mafua kwenye pembeni la transforma haiwezi kupunguza mafua ya mwisho wa upande wa wazi. Hata hivyo, kuongeza uwezo wa kutokomesha kifuniko cha mafua kinaweza kuboresha sana upunguzaji wa mafua zaidi. Kwa hiyo, njia hii inapendekezwa. Wanachama wa IEE-Business wanapaswa kusikitisha maendeleo ya teknolojia ili kuboresha uwezo wa kiwango cha kutokomesha viwango.

4. Mwisho

a) Kuweka kifuniko cha mafua kwenye busbar na upande wa wazi wa transforma kunaweza kupunguza mafua ya mwisho wa wazi zinazotoka kutoka mitandao ya kutumia umeme.
b) Waktu stesheni ya umeme inapata mshale wa mafua moja kwa moja, mafua mfululizo yanaweza kujitokezea kwenye upande wa wazi wa transforma ambaye hajawekwa kwenye ardhi. Hali hii inaonekana zaidi katika mazingira ambapo upande wa wazi ukijihusisha kidogo, na chini ya mikakati yaliyopo ya kupunguza mafua zaidi, usafi wa upande wa wazi unaweza kuathiriwa.
c) Kuweka kifuniko cha mafua kwenye pembeni la transforma hauna athari muhimu ya kupunguza mafua ya mwisho wa wazi; kuongeza uwezo wa kutokomesha kifuniko cha mafua cha upande wa wazi ni njia inayofaa kwa kupunguza mafua zaidi.