Обсуждение проектирования трансформаторов заземления с низким нулевым последовательным сопротивлением

С расширением масштабов энергосистемы и процессом кабелизации городских электросетей емкостной ток в сетях 6кВ/10кВ/35кВ значительно увеличился (обычно превышает 10А). Поскольку сети этого напряжения в основном используют режим незаземленного нейтрали, а распределительная сторона основных трансформаторов обычно подключена по схеме треугольника, отсутствует естественная точка заземления, дуга при замыкании на землю не может быть надежно погашена, что требует введения заземляющих трансформаторов. Тип Z заземляющих трансформаторов стал主流变压器，但其零序阻抗值较小。然而，某些系统需要更低的零序阻抗。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。 【注意】 - 请严格按照语种翻译要求的书写体进行翻译输出。 - 若是没有语种书写变体要求，且存在多种书写变体的语种，则按目标语种的书写体输出使用人数最多的字体输出，若是有字体差不多选择最为官方权威的标准书写体进行翻译输出。 - 禁止出现任何解释说明，只输出最终翻译结果，不得多语种混合特别注意不能出现夹杂中文。 - 必须完整翻译内容，完整输出译文，禁止省略、总结。 【输出规范】 - 输出仅为纯译文，无任何前缀、后缀、标点（除非原文自带）、解释或注释。 - 仅输出翻译结果，无任何前缀、后缀、解释、注释、思考过程或多余字符。 - 保持原文结构完整有序：换行、段落、列表、样式等必须100%保留。 - 语句通顺、术语准确、风格专业，符合电力科技行业语境。 - 严格遵守格式与结构，禁止输出任何与译文无关的任何字符，仅输出最终译文，严禁任何附加内容，严禁输出多余无关的字、字符，只输出译文不得加以描述。 以下是翻译后的文本：

С расширением масштабов энергосистемы и процессом кабелизации городских электросетей емкостной ток в сетях 6кВ/10кВ/35кВ значительно увеличился (обычно превышает 10А). Поскольку сети этого напряжения в основном используют режим незаземленного нейтрали, а распределительная сторона основных трансформаторов обычно подключена по схеме треугольника, отсутствует естественная точка заземления, дуга при замыкании на землю не может быть надежно погашена, что требует введения заземляющих трансформаторов. Тип Z заземляющих трансформаторов стал наиболее популярным благодаря их малому нулевому последовательному импедансу, но некоторые системы требуют еще меньшего нулевого последовательного импеданса. Чем меньше значение импеданса, тем больше отклонение, что требует целенаправленных мер в проектировании заземляющих трансформаторов с низким нулевым последовательным импедансом.

1. Метод расчета нулевого последовательного импеданса для заземляющего трансформатора типа Z
1.1 Топологическая структура

Высоковольтная обмотка заземляющего трансформатора типа Z использует зигзагообразное соединение. Каждая фазная обмотка разделена на верхнюю и нижнюю половинные обмотки (как показано на рисунке 1), которые соответственно наматываются на разные столбы сердечника. Две половинные обмотки одной фазы соединяются последовательно с обратной полярностью, образуя специальную магнитно-электрическую связь.

Нулевой последовательный импеданс рассчитывается, как показано в уравнении (1).

В формуле X0 — это нулевой последовательный импеданс, W — число витков одной обмотки (то есть половинной обмотки), ΣaR — эквивалентная площадь утечки магнитного потока, ρ — коэффициент Лоренца, а H — реактивная высота обмотки.

2 Анализ отклонений нулевого последовательного импеданса

Согласно стандарту IEC 60076-1, отклонение нулевого последовательного импеданса заземляющего трансформатора считается допустимым, если оно находится в пределах ±10%. На основе анализа результатов испытаний сотен заземляющих трансформаторов (включая масляные и сухие) компании за последние годы, сравнивая различия между фактическими измеренными значениями и проектными значениями нулевого последовательного импеданса, различия можно примерно разделить на следующие три категории:

• Измеренное значение близко к проектному значению: Отклонение находится в пределах допуска. Этот тип составляет наибольший процент, и большинство продуктов соответствует требованиям.

• Измеренное значение меньше проектного значения: Отклонение превышает заданное значение. Однако, поскольку пользователи обычно указывают только верхний предел импеданса и не имеют требований к нижнему пределу, это все равно считается допустимым, хотя и встречается крайне редко.

• Измеренное значение больше проектного значения: Оно серьезно превышает требования клиента и считается недопустимым. Это также очень редкая ситуация.

Из-за различных требований к нулевому последовательному импедансу разных пользователей существует множество типов заземляющих трансформаторов. Среди них класс 35 кВ имеет самую высокую долю, за ним следует класс 10 кВ. Обычно для заземляющих трансформаторов класса 35 кВ требуется, чтобы нулевой последовательный импеданс был ≤ 120Ω; для класса 10 кВ — обычно ≤ 15Ω. Некоторые пользователи имеют меньшие требования, а некоторые не указывают четкие требования.

3 Анализ данных

Учитывая результаты испытаний нескольких заземляющих трансформаторов, основная причина больших отклонений нулевого последовательного импеданса заключается в том, что значение, требуемое пользователем, слишком сильно отличается от обычного значения импеданса. Как слишком большое, так и слишком маленькое значение создают большие трудности в производстве и изготовлении. Из формулы (1) видно, что нулевой последовательный импеданс имеет квадратичную зависимость от числа витков, что является наиболее важным фактором, влияющим на нулевой последовательный импеданс: чем больше число витков, тем больше провода используется; чем меньше число витков, тем больше используется железного сердечника. Будь то слишком большой или слишком маленький нулевой последовательный импеданс, он существенно увеличивает затраты на производство.

3.1 Анализ случаев

Приведем два примера для анализа малых мощностей заземляющих трансформаторов класса 10 кВ:

• Масляный заземляющий трансформатор: Модель DKS11-125/10.5, без вторичной обмотки. Пользователь требует, чтобы нулевой последовательный импеданс был < 4&Omega;. С учетом предыдущего метода расчета, после учета отклонений производства и резерва, проектное значение установлено на уровне 2.2&Omega;. Однако, при одинаковом производственном процессе, результаты измерений серьезно превышают стандарт, составляя 3.5 раза проектное значение; для первой партии из 7 продуктов нулевой последовательный импеданс находится в диапазоне 7&Omega; - 8&Omega;.

• Сухой заземляющий трансформатор: Модель DKSC11-125/10.5, проектное значение нулевого последовательного импеданса 2.25&Omega;, а результат испытания готового продукта 6.8&Omega;, что превышает стандарт примерно в 3 раза. Он был отправлен с завода только после согласования и разрешения пользователя.

По сравнению, отклонение масляного типа немного больше, чем сухого. Причина в том, что при проектировании для очень малого нулевого последовательного импеданса, число витков мало, радиальный размер обмотки мал, а высота относительно большая, поэтому нулевое последовательное значение трудно контролировать. Когда базовое значение мало, плохой контроль размеров легко приводит к увеличению отклонения; в то время как сухая обмотка заливается смолой, и внешние размеры легче контролировать с помощью формы, поэтому отклонение относительно меньше.

Данные реального производства показывают, что существующий метод расчета не применим к заземляющему трансформатору с низким нулевым последовательным импедансом. Учитывая статистические данные предыдущих продуктов, предполагается, что следует ввести поправочный коэффициент, и различные нулевые последовательные значения соответствуют различным поправочным коэффициентам: по мере увеличения нулевого последовательного значения коэффициент уменьшается нелинейно; когда нулевое последовательное значение достигает около 10&Omega;, коэффициент приближается к 1.0; после превышения 10&Omega;, из-за небольших различий в производственном процессе, коэффициент изменяется мало (иногда бывает меньше 1.0, и общее отклонение низкое), и форма выражения приблизительно представляет собой функцию обратной пропорциональности в первом квадранте (см. рисунок 2).

Следует отметить, что вышеуказанный анализ применим только к продуктам 10 кВ. Для продуктов выше 10 кВ, поскольку нет таких строгих требований к низкому нулевому последовательному импедансу, пока не было обнаружено явления чрезмерного отклонения нулевого последовательного импеданса.

4 Решения

Для решения проблемы чрезмерно измеренного нулевого последовательного импеданса в заземляющих трансформаторах с низким нулевым последовательным импедансом, предлагаются следующие оптимизационные меры на основе сбора и анализа данных:

4.1 Стратегия оптимизации проектирования

Когда пользователи требуют крайне малого значения нулевого последовательного импеданса, точность размеров обмоток трудно обеспечить, что легко приводит к увеличению отклонений измерений. Для продуктов с требуемым нулевым последовательным импедансом <5&Omega; следует зарезервировать запас прочности в 2-5 раз. Чем меньше значение импеданса, тем больше запас прочности необходим, чтобы гарантировать, что измеренные значения соответствуют требованиям.

4.2 Контрольные точки производства

Производственный процесс играет решающую роль в обеспечении точности характеристик продукции:

• Контроль точности формы: Изготовление форм обмоток строго по проектным спецификациям, обеспечивая соблюдение допусков размеров.

• Управление размерами обмоток:

• Точное управление радиальными и аксиальными размерами обмоток, так как эти параметры напрямую влияют на нулевой последовательный импеданс после определения числа витков. Все размеры должны соответствовать допускам чертежей.

• Для низкоимпедансных продуктов, использующих провода малого сечения, межслойная изоляция должна быть уложена ровно, а обмотки должны быть плотно намотаны.

• Специальные процессы для сухих продуктов:

• Для заливочных конструкций использовать внутренние и внешние формы для точного контроля диаметральных размеров. Толщина сетки, уложенной перед намоткой, должна быть немного меньше (не больше) указанной.

• Аксиальные размеры сегментированных обмоток контролируются межсегментной изоляцией. Регулируйте и фиксируйте высоту и расстояние каждого сегмента, чтобы предотвратить обрушение при заливке.

4.3 Рекомендации по техническому соглашению

• Приоритетно указывать нулевой последовательный импеданс &ge;5&Omega; в соглашениях.

• Если пользователи настаивают на <5&Omega;, заранее ясно сообщите о трудностях производства и установите консультационный механизм, чтобы избежать рисков поставки.

5 Заключение

Для заземляющих трансформаторов с низким нулевым последовательным импедансом существуют значительные отклонения между проектными значениями, рассчитанными по общим формулам, и фактическими измерениями. Рекомендуется оценивать технологическую возможность на этапе заказа, вводить корректирующие коэффициенты при проектировании и резервировать достаточный запас прочности для повышения согласованности и надежности поставки продукции.