Discussion sur la Conception des Transformateurs de Mise à la Terre à Impédance Zéro Séquentielle Faible
Avec l'expansion de la taille des systèmes électriques et le processus de câblage des réseaux électriques urbains, le courant capacitif dans les réseaux électriques de 6kV/10kV/35kV a considérablement augmenté (généralement dépassant 10A). Comme les réseaux électriques à ce niveau de tension adoptent principalement un mode d'exploitation avec neutre non connecté, et que le côté de distribution de tension des transformateurs principaux est généralement en connexion delta, manquant ainsi d'un point de terre naturel, l'arc lors des défauts à la terre ne peut pas être éteint de manière fiable, nécessitant l'introduction de transformateurs de terre. Les transformateurs de terre de type Z sont devenus la norme en raison de leur faible impédance de séquence nulle, mais certains systèmes nécessitent une impédance de séquence nulle encore plus faible. Plus la valeur d'impédance est faible, plus le décalage est grand, ce qui nécessite des mesures ciblées dans la conception des transformateurs de terre à faible impédance de séquence nulle.
1. Méthode de calcul de l'impédance de séquence nulle pour le transformateur de terre de type Z
1.1 Structure topologique
L'enroulement haute tension du transformateur de terre de type Z adopte une connexion en zigzag. Chaque enroulement de phase est divisé en deux demi-enroulements (comme indiqué sur la Figure 1), qui sont respectivement enroulés sur des colonnes de noyau différentes. Les deux demi-enroulements de la même phase sont connectés en série avec une polarité inverse, formant une structure de couplage magnéto-électrique spéciale.
L'impédance de séquence nulle est calculée comme indiqué dans l'équation (1).
Dans la formule, X0 est l'impédance de séquence nulle, W est le nombre de spires d'un enroulement (c'est-à-dire un demi-enroulement), ΣaR est la surface de fuite magnétique équivalente, ρ est le coefficient de Lorenz, et H est la hauteur de réactance de l'enroulement.
2 Analyse de l'écart de l'impédance de séquence nulle
Selon la norme IEC 60076 - 1, l'écart de l'impédance de séquence nulle d'un transformateur de terre est jugé conforme s'il se situe dans la plage de ±10%. À travers l'analyse des résultats de tests de centaines de transformateurs de terre (y compris à immersion dans l'huile et de type sec) produits par l'entreprise ces dernières années, et en comparant les différences entre les valeurs mesurées et les valeurs de conception de l'impédance de séquence nulle, les différences peuvent être grossièrement divisées en trois catégories suivantes :
En raison des différentes exigences en matière d'impédance de séquence nulle par différents utilisateurs, il existe divers types de transformateurs de terre. Parmi eux, la classe 35kV a la plus grande proportion, suivie de la classe 10kV. Généralement, pour les transformateurs de terre de classe 35kV, l'impédance de séquence nulle est souvent requise pour être ≤ 120Ω; pour la classe 10kV, elle est généralement requise pour être ≤ 15Ω. Certains utilisateurs ont des exigences plus petites, et d'autres n'ont pas d'exigences claires.
3 Analyse des données
En considérant de manière globale les résultats de tests de plusieurs transformateurs de terre, la cause profonde de l'important écart de l'impédance de séquence nulle réside dans le fait que la valeur requise par l'utilisateur s'écarte trop de la valeur d'impédance conventionnelle. Des valeurs trop grandes ou trop petites poseront de grands défis à la production et à la fabrication. On peut voir à partir de la formule (1) que l'impédance de séquence nulle a une relation quadratique avec le nombre de spires, qui est le facteur le plus crucial affectant l'impédance de séquence nulle : plus le nombre de spires est élevé, plus la quantité de fil utilisée est grande ; moins le nombre de spires est élevé, plus la quantité de noyau de fer utilisée augmente. Que l'impédance de séquence nulle soit trop grande ou trop petite, cela augmentera considérablement le coût de production.
3.1 Analyse de cas
Prenons deux lots de petits transformateurs de terre de 10kV comme exemples pour l'analyse :
Par comparaison, l'écart du type à immersion dans l'huile est légèrement plus grand que celui du type sec. La raison est que lorsque la conception vise une très faible impédance de séquence nulle, le nombre de spires est petit, la taille radiale de l'enroulement est petite, et la hauteur est relativement élevée, donc la valeur de séquence nulle est difficile à contrôler. Lorsque la valeur de base est petite, un contrôle médiocre de la taille conduit facilement à l'amplification de l'écart ; tandis que l'enroulement de type sec est moulé avec de la résine, et la dimension externe est plus facile à contrôler avec l'aide d'un moule, donc l'écart est relativement plus petit.
Les données de production réelles montrent que la méthode de calcul existante n'est pas applicable au transformateur de terre à faible impédance de séquence nulle. En combinant les données statistiques des produits précédents, on suppose qu'un coefficient de correction devrait être introduit, et différentes valeurs de séquence nulle correspondent à différents coefficients de correction : à mesure que la valeur de séquence nulle augmente, le coefficient diminue de manière non linéaire ; lorsque la valeur de séquence nulle atteint environ 10Ω, le coefficient s'approche de 1.0 ; après avoir dépassé 10Ω, affecté par de légères différences dans le processus de production, le coefficient change peu (il y a parfois des cas où il est inférieur à 1.0, et l'écart global est faible), et la forme d'expression est approximativement une fonction d'inverse proportionnelle dans le premier quadrant (voir Figure 2).
Il convient de noter que l'analyse ci-dessus n'est applicable qu'aux produits de 10kV. Pour les produits supérieurs à 10kV, n'ayant pas une telle exigence stricte pour une faible impédance de séquence nulle, le phénomène d'écart excessif de l'impédance de séquence nulle n'a pas été constaté jusqu'à présent.
4 Solutions
Pour résoudre le problème de l'impédance de séquence nulle mesurée excessive dans les transformateurs de terre à faible impédance de séquence nulle, les mesures d'optimisation suivantes sont proposées sur la base de la collecte et de l'analyse des données :
4.1 Stratégie d'optimisation de la conception
Lorsque les utilisateurs exigent une valeur d'impédance de séquence nulle extrêmement faible, la précision des dimensions de l'enroulement est difficile à garantir, amplifiant facilement les écarts de mesure. Pour les produits nécessitant une impédance de séquence nulle <5Ω, une marge de conception de 2 à 5 fois doit être réservée. Plus la valeur d'impédance est faible, plus la marge nécessaire est grande pour s'assurer que les valeurs mesurées répondent aux exigences.
4.2 Points de contrôle de la fabrication
Le processus de production joue un rôle décisif pour assurer la précision des performances du produit :
4.3 Recommandations pour l'accord technique
5 Conclusion
Pour les transformateurs de terre à faible impédance de séquence nulle, des écarts significatifs existent entre les valeurs de conception calculées par des formules générales et les mesures réelles. Il est recommandé d'évaluer la faisabilité de fabrication au stade de commande, d'introduire des facteurs de correction lors de la conception, et de réserver des marges de production suffisantes pour améliorer la cohérence des produits et la fiabilité de la livraison.
