Discussione sul Progetto di Trasformatori di Terra a Impedenza Zero-sequenza Bassa
Con l'espansione della scala del sistema elettrico e il processo di cablatura delle reti elettriche urbane, la corrente capacitiva nelle reti elettriche a 6kV/10kV/35kV è aumentata significativamente (generalmente superando i 10A). Poiché le reti elettriche a questo livello di tensione adottano principalmente un funzionamento con neutro isolato, e il lato di distribuzione della tensione dei trasformatori principali è solitamente in connessione delta, mancando di un punto di terra naturale, l'arco durante i guasti a terra non può essere estinto in modo affidabile, rendendo necessaria l'introduzione di trasformatori di terra. I trasformatori di terra a Z hanno diventato mainstream grazie alla loro piccola impedenza sequenziale zero, ma alcuni sistemi richiedono un'impedenza sequenziale zero ancora più bassa. Più basso è il valore dell'impedenza, maggiore è la deviazione, il che richiede misure mirate nella progettazione dei trasformatori di terra a bassa impedenza sequenziale zero.
1. Metodo di calcolo dell'impedenza sequenziale zero per il trasformatore di terra a Z
1.1 Struttura topologica
L'avvolgimento ad alta tensione del trasformatore di terra a Z adotta una connessione a zigzag. Ogni avvolgimento di fase viene diviso in due metà (come mostrato in Figura 1), che vengono rispettivamente avvolti su colonne di nucleo diverse. Le due metà dello stesso avvolgimento di fase sono connesse in serie con polarità inversa, formando una struttura speciale di accoppiamento magnetoelettrico.
L'impedenza sequenziale zero viene calcolata come mostrato nell'equazione (1).
Nella formula, X0 è l'impedenza sequenziale zero, W è il numero di spire di un avvolgimento (cioè, una mezza spira), ΣaR è l'area equivalente di fuga magnetica, ρ è il coefficiente di Lorenz, e H è l'altezza reattiva dell'avvolgimento.
2 Analisi della deviazione dell'impedenza sequenziale zero
Secondo lo standard IEC 60076 - 1, la deviazione dell'impedenza sequenziale zero di un trasformatore di terra è considerata qualificata se si trova all'interno del range di ±10%. Attraverso l'analisi dei risultati dei test di centinaia di trasformatori di terra (inclusi a olio e a secco) prodotti dall'azienda negli ultimi anni, e confrontando le differenze tra i valori misurati effettivi e i valori di progetto dell'impedenza sequenziale zero, le differenze possono essere suddivise grossomodo nelle seguenti tre categorie:
A causa dei diversi requisiti per l'impedenza sequenziale zero da parte di diversi utenti, esistono vari tipi di trasformatori di terra. Tra questi, la classe 35kV ha la più alta proporzione, seguita dalla classe 10kV. Generalmente, per i trasformatori di terra a 35kV, l'impedenza sequenziale zero è richiesta ≤ 120Ω; per la classe 10kV, è solitamente richiesta ≤ 15Ω. Alcuni utenti hanno requisiti minori, e alcuni non ne fanno richieste specifiche.
3 Analisi dei dati
Considerando complessivamente i risultati dei test di molti trasformatori di terra, la causa principale della grande deviazione dell'impedenza sequenziale zero sta nel fatto che il valore richiesto dall'utente si discosta troppo dal valore di impedenza convenzionale. Valori troppo grandi o troppo piccoli porteranno grandi sfide alla produzione e fabbricazione. Si può vedere dalla Formula (1) che l'impedenza sequenziale zero ha una relazione quadratica con il numero di spire, che è il fattore più critico che influenza l'impedenza sequenziale zero: più sono le spire, maggiore è la quantità di filo utilizzata; meno sono le spire, maggiore sarà la quantità di nucleo di ferro utilizzato. Che l'impedenza sequenziale zero sia troppo grande o troppo piccola, aumenterà significativamente il costo di produzione.
3.1 Analisi del caso
Prendiamo come esempio due lotti di trasformatori di terra a 10kV di piccola capacità:
A confronto, la deviazione del tipo a olio è leggermente maggiore di quella del tipo a secco. Il motivo è che quando si progetta per un'impedenza sequenziale zero molto piccola, il numero di spire è ridotto, la dimensione radiale dell'avvolgimento è piccola, e l'altezza è relativamente alta, quindi il valore sequenziale zero è difficile da controllare. Quando il valore di base è piccolo, un controllo povero delle dimensioni porta facilmente all'amplificazione della deviazione; mentre l'avvolgimento a secco è resinoso, e la dimensione esterna è più facile da controllare con l'aiuto di un mold, quindi la deviazione è relativamente minore.
I dati di produzione effettivi mostrano che il metodo di calcolo esistente non è applicabile ai trasformatori di terra con impedenza sequenziale zero bassa. Combinando i dati statistici dei prodotti precedenti, si ipotizza che dovrebbe essere introdotto un coefficiente di correzione, e diversi valori sequenziali zero corrispondono a diversi coefficienti di correzione: man mano che il valore sequenziale zero aumenta, il coefficiente diminuisce in modo non lineare; quando il valore sequenziale zero raggiunge circa 10Ω, il coefficiente si avvicina a 1.0; oltre 10Ω, a causa delle lievi differenze nel processo di produzione, il coefficiente cambia poco (ci sono casi occasionali in cui è inferiore a 1.0, e la deviazione complessiva è bassa), e la forma di espressione è approssimativamente una funzione inversamente proporzionale nel primo quadrante (vedi Figura 2).
Si noti che l'analisi sopra è applicabile solo ai prodotti a 10kV. Per i prodotti superiori a 10kV, poiché non c'è un tale rigoroso requisito per l'impedenza sequenziale zero bassa, non è stato trovato fino ad ora il fenomeno di deviazione eccessiva dell'impedenza sequenziale zero.
4 Soluzioni
Per affrontare il problema dell'eccessiva impedenza sequenziale zero misurata nei trasformatori di terra a bassa impedenza sequenziale zero, si propongono le seguenti misure di ottimizzazione basate sulla raccolta e analisi dei dati:
4.1 Strategia di ottimizzazione del progetto
Quando gli utenti richiedono un valore di impedenza sequenziale zero estremamente piccolo, la precisione delle dimensioni dell'avvolgimento è difficile da garantire, amplificando facilmente le deviazioni di misurazione. Per i prodotti con un'impedenza sequenziale zero richiesta <5Ω, dovrebbe essere riservato un margine di progetto di 2-5 volte. Più piccolo è il valore dell'impedenza, maggiore deve essere il margine per assicurare che i valori misurati soddisfino i requisiti.
4.2 Punti di controllo della fabbricazione
Il processo di produzione svolge un ruolo decisivo nell'assicurare l'accuratezza delle prestazioni del prodotto:
4.3 Raccomandazioni per l'accordo tecnico
5 Conclusione
Per i trasformatori di terra a bassa impedenza sequenziale zero, esistono significative deviazioni tra i valori di progetto calcolati tramite formule generali e le misurazioni effettive. Si consiglia di valutare la fattibilità di fabbricazione alla fase di ordinazione, introdurre fattori di correzione durante la progettazione e riservare margini di produzione sufficienti per migliorare la coerenza del prodotto e la affidabilità della consegna.
