Разговор за дизайна на трансформатори с ниско нулево последователно импедансно заземяване

С разширението на мащаба на електроенергийната система и процеса на кабелиране на градските мрежи, емитентният ток в 6кВ/10кВ/35кВ мрежи се е увеличил значително (общо взето над 10А). Тъй като мрежите на това напрежение най-често използват режим на незаземено нейтрално, а разпределителната страна на основните трансформатори обикновено е в триъгълна конфигурация, без естествена точка за заземяване, дъгата при заземяване на дефект не може да бъде надеждно изгасена, което изисква въвеждането на заземящи трансформатори. Z-тип заземящи трансформатори са станали主流因电力系统规模的扩大和城市电网的电缆化进程，6kV/10kV/35kV电网中的电容电流显著增加（通常超过10A）。由于该电压等级的电网大多采用中性点不接地运行方式，且主变压器的配电侧通常是三角形接线，缺乏自然接地端，因此在发生接地故障时无法可靠熄弧，需要引入接地变压器。Z型接地变压器因其零序阻抗小而成为主流，但某些系统要求更低的零序阻抗。阻抗值越小，偏差越大，这在低零序阻抗接地变压器的设计中需要采取针对性措施。

1. Метод за изчисление на нулевата последователност на импеданса за Z-тип заземящ трансформатор
1.1 Топологична структура

Високонапрегованата обмотка на Z-тип заземящ трансформатор използва зигзаговидна конфигурация. Всяка фазна обмотка е разделена на горна и долна половина (както е показано на фигура 1), които са намотани по отделни желязна ядра. Двете половини на една и съща фаза са свързани в редове с обратна полярност, формирайки специална магнитно-електрична съчетана структура.

Нулевият импеданс се изчислява както е показано в уравнение (1).

В формулата, X0 е нулевият импеданс, W е броят на витките на една обмотка (тоест, половин обмотка), ΣaR е равнозначен магнитен пропад, ρ е коефициентът на Лоренц, а H е реактивната височина на обмотката.

2 Анализ на отклоненията на нулевия импеданс

Според стандарта IEC 60076 - 1, отклонението на нулевия импеданс на заземящ трансформатор се счита за удовлетворително, ако е в рамките на ±10%. Чрез анализ на резултатите от тестове на стотици заземящи трансформатори (включително маслени и сухи) произведени от компаниите през последните години, и чрез сравнение на разликите между фактическите измерени стойности и проектиранията стойности на нулевия импеданс, разликите могат да бъдат приблизително разделени на следните три категории:

• Измерената стойност е близка до проектираната стойност: Разликата е в рамките на допустимото отклонение. Този тип представлява най-голямата част, и повечето продукти са удовлетворителни.

• Измерената стойност е по-малка от проектираната стойност: Отклонението надвишава зададената стойност. Обаче, тъй като потребителите обикновено само определят горната граница на импеданса и няма изискване за долна граница, все още е удовлетворително, но пропорцията на случване е много малка.

• Измерената стойност е по-голяма от проектираната стойност: Серióзно надвишава изискванията на клиентите и се счита за неудовлетворително. Подобно, това също е много рядко състояние.

Поради различните изисквания за нулевия импеданс от различни потребители, има множество видове заземящи трансформатори. Сред тях, класа 35кВ има най-висока дял, следван от класа 10кВ. Обикновено, за заземящи трансформатори от клас 35кВ, нулевият импеданс обикновено е изискван да е ≤ 120Ω; за клас 10кВ, обикновено е изискван да е ≤ 15Ω. Някои потребители имат по-малки изисквания, а други не дават ясни изисквания.

3 Анализ на данните

Обобщавайки резултатите от многобройни заземящи трансформатори, кореновата причина за големите отклонения на нулевия импеданс лежи в това, че стойността, изисквана от потребителите, отклонява прекалено много от стандартната стойност на импеданса. И прекалено големи, и прекалено малки стойности ще представят сериозни предизвикателства за производството и изработка. Както е видно от Формула (1), нулевият импеданс има квадратично отношение с броя на витките, което е най-критичният фактор, влияещ върху нулевия импеданс: колкото повече витки, толкова повече проводник е използван; колкото по-малко витки, толкова повече железо е използвано. Независимо дали нулевият импеданс е прекалено голям или малък, това значително ще увеличи производствените разходи.

3.1 Анализ на случая

Разглеждаме два пакета малко-емитентни 10кВ заземящи трансформатори за анализ:

• Маслен заземящ трансформатор: Модел DKS11 - 125/10.5, без вторична обмотка. Потребителят изисква нулевият импеданс да е < 4&Omega;. Според предходния метод за изчисление, след като се вземе предвид производственото отклонение и се запази резерв, проектираната стойност е установена на 2.2&Omega;. Но, при същия производствен процес, резултатът от измерването сериозно надвишава стандарта, бъдучи 3.5 пъти по-голям от проектираната стойност; за първия пакет от 7 продукта, нулевият импеданс е всички в диапазона 7&Omega; - 8&Omega;.

• Сух заземящ трансформатор: Модел DKSC11 - 125/10.5, проектираната стойност на нулевия импеданс е 2.25&Omega;, а резултатът от измерването на завършеното изделие е 6.8&Omega;, надвишавайки стандарта с около 3 пъти. Изпраща се от завод само след преговори и разрешение от потребителя.

Чрез сравнение, отклонението на масления тип е леко по-голямо от това на сухия тип. Причината е, че при проектиране на много малък нулев импеданс, броят на витките е малък, радиалната размерност на обмотката е малка, а височината е относително голяма, така че нулевата стойност е трудна за контрол. Когато базовата стойност е малка, лошият контрол върху размерите лесно води до увеличаване на отклонението; докато сухата обмотка е излита с резина, и външната размерност е по-лесна за контрол с помощта на форма, така че отклонението е относително по-малко.

Фактическите производствени данни показват, че съществуващият метод за изчисление не е приложим за заземящи трансформатори с нисък нулев импеданс. Съчетано със статистически данни от предходни продукти, предполага се, че трябва да се въведе коригиращ коефициент, и различни нулеви стойности съответстват на различни коригиращи коефициенти: като нулевата стойност се увеличава, коефициентът намалява нелинейно; когато нулевата стойност достигне около 10&Omega;, коефициентът приближава 1.0; след като надвиши 10&Omega;, влиянето от леките разлики в производствения процес, коефициентът се изменя малко (има случайни случаи, когато е под 1.0, и общото отклонение е ниско), и формата на изразяване е приблизително обратнопропорционална функция в първия квадрант (вж. Фигура 2).

Трябва да се отбележи, че горния анализ е приложим само за продукти 10кВ. За продукти над 10кВ, тъй като няма такова строго изискване за нисък нулев импеданс, до момента не са открити случаи на прекомерно отклонение на нулевия импеданс.

4 Решения

За справяне с проблема на прекомерно измерен нулев импеданс в заземящи трансформатори с нисък нулев импеданс, предлагат се следните оптимизационни мерки, основани на събиране и анализ на данни:

4.1 Стратегия за оптимизация на проекта

Когато потребителите изискват изключително малка стойност на нулевия импеданс, точността на размерите на обмотката е трудна за осигуряване, лесно увеличавайки измерените отклонения. За продукти с изискван нулев импеданс <5&Omega;, трябва да се запази проектен резерв от 2-5 пъти. Колкото по-малка е стойността на импеданса, толкова по-голям е нужен резерв, за да се гарантира, че измерените стойности отговарят на изискванията.

4.2 Контролни точки при производство

Производственият процес играе решаваща роля за осигуряване на точността на производствените характеристики:

• Контрол на точността на формите: Произвеждайте форми за обмотки стриктно според проектните спецификации, гарантирайки, че размерните допуски са изпълнени.

• Управление на размерите на обмотката:

• Точно контролирайте радиалните и аксиалните размери на обмотките, тъй като тези параметри директно влияят върху нулевия импеданс след определен брой витки. Всички размери трябва да отговарят на допуските в чертежа.

• За продукти с нисък импеданс, използващи тънки емалирани дръжки, интерлайера изолация трябва да бъде поставена хоризонтално, а обмотките трябва да бъдат плътно намотани.

• Специални процеси за сухи продукти:

• За структурите, излита с резина, използвайте вътрешни и външни форми, за точно контролиране на диаметралните размери. Дебелината на сетивната тъкан, поставена преди намотването, трябва да е леко по-малка (а не по-голяма) от зададената.

• Аксиалните размери на сегментирани обмотки се контролират чрез интерсегментна изолация. Регулирайте и фиксирайте височината и разстоянието на всеки сегмент, за да се предотврати съборяването при изливането.

4.3 Предложения за техническо споразумение

• Приоритетно указвайте нулев импеданс &ge;5&Omega; в споразуменията.

• Ако потребителите настояват за <5&Omega;, ясно комуникирайте производствените трудности предварително и установете механизъм за консултации, за да се избегнат рискове при доставка.

5 Заключение

За заземящи трансформатори с нисък нулев импеданс, съществуват значителни отклонения между проектираните стойности, изчислени чрез общи формули, и фактическите измерения. Препоръчително е да се оценят производствените възможности на етапа на поръчка, да се въведат коригиращи коефициенти при проектирането и да се запази достатъчен производствен резерв, за да се подобри съответствието на продуктите и надеждността на доставката.