Pagpili sa mga Disenyo ng Mga Pamaagi sa Neutral Grounding ug Pag-ukon sa Grounding Transformer sa Utility-Scale Solar PV Plants

1 Klasipikasyon sa mga Paraan sa Pag-ground ng Neutral sa mga Solar Photovoltaic Power Station

Nahuhubog ng mga pagkakaiba sa lebel ng boltehed at estruktura ng grid sa iba't ibang rehiyon, ang mga paraan sa pag-ground ng neutral ng mga power system ay pangunahing nakaklase bilang non-effective grounding at effective grounding. Ang non-effective grounding ay kabilang ang pag-ground ng neutral sa pamamagitan ng arc suppression coils at mga ungrounded na sistema, samantalang ang effective grounding ay binubuo ng solid grounding at pag-ground ng neutral sa pamamagitan ng resistors. Ang pagpili ng paraan sa pag-ground ng neutral ay isang komprehensibong isyu, na kasama ang pag-consider ng sensitibidad ng relay protection, lebel ng insulasyon ng mga equipment, gastos sa investment, patuloy na supply ng kuryente, kadikit ng operasyon at maintenance, saklaw ng fault, at epekto sa estabilidad ng sistema.

1.1 Non - effective Grounding
1.1.1 Pag-ground ng Neutral sa Pamamagitan ng Arc Suppression Coils

Isinasalansan ang isang arc suppression coil sa neutral point ng sistema. Sa panahon ng mga fault, ang inductive current ay sumusunod sa capacitive current ng sistema, at ang fault current sa grounding point ay ang natitirang inductive current matapos ang compensation. Kapag may single-phase grounding fault, ang coil ay sumusunod sa capacitive current upang mabilis na ma-extinguish ang grounding arc, na nagpapabawas ng intermittent arcs at overvoltage. Ang sistema ay maaaring magpatuloy sa pag-operate sa loob ng ilang oras matapos ang fault, na angkop para sa mga scenario ng mataas na reliable na supply ng kuryente.

Pangunahing katangian:

• Proteksyon & Operasyon: Ang maliit na grounding current ay nagpapababa ng sensitibidad ng ordinaryong zero-sequence current protection, kaya kinakailangan ng komplikadong single-phase grounding protection. Ang coil ay dapat gumana sa over-compensation mode; ang mga operator ay kailangang i-adjust ang mga parameter nang agaran sa pagbabago ng grid, na nagpapahirap sa maintenance.

• Konfigurasyon: Iwasan ang concentrated installation ng maraming coils o single-coil setup upang hindi maging failure ang compensation.

• Applicability & Limitations: Angkop sa mga sistema na may malaking single-phase grounding capacitive currents, na nagpapababa ng thermal effects ng mga equipment at nagbibigay ng short-term continuous power supply. Ngunit ang relay protection ay hindi mabilis na makakutok ng mga fault sa mga medium-large PV stations. Kaya ito ay mas kaunti ang ginagamit sa MW-level at higit pa na PV stations at 10 kV/35 kV busbars, at ang mga early arc-suppression-coil systems ay nag-uundergo ng retrofitting.

1.1.2 Ungrounded na Neutral

Ang mga ungrounded na sistema (non-effective grounding) ay may fault currents mula sa capacitive coupling ng line/equipment sa panahon ng single-phase faults, na walang short-circuit loop. Ito ay nagbibigay ng 1-2 oras ng faulted operation dahil sa mababang currents at maintained interphase voltages, ngunit may panganib ng arc reignition overvoltage na nangangailangan ng mataas na insulasyon. Angkop para sa maliit na capacitive currents (halimbawa, AC sides ng PV inverter, ungrounded na LV transformers).

1.2 Effective Grounding
1.2.1 Solid Grounding ng Neutral

Nagbibigay ng mataas na fault current, sensitibong proteksyon, mababang overvoltage, at relaxed na insulasyon, ngunit may panganib ng bawas na reliabilidad dahil sa sobrang grounding currents at matinding communication interference. Karaniwan sa ≥50 MW PV stations' ≥110 kV HV transformers, na may neutral isolation switches/lightning arresters para sa flexible grounding.

1.2.2 Resistance Grounding ng Neutral

Nag-inject ng active current > capacitive current sa pamamagitan ng neutral resistors, na nagbibigay ng high-sensitivity zero-sequence protection para sa mabilis na isolation ng fault. Mga advantage:

• Stable parameters: Walang adjustment needed sa initial operation.

• Insulation economy: Mababang requirement ng insulasyon dahil sa mabilis na clearance ng fault.

• Application: Long cable systems, high-capacity transformers/motors, at PV stations na may mataas na capacitive currents.

• Voltage hierarchy:

• ≥220 kV: solid grounding

• 66–110 kV: majority solid, minority non-solid

• 6–35 kV: majority non-solid, minority solid

2 Pagsusuri ng Capacity ng Grounding Transformer

Para sa MW-scale PV stations' 10/35 kV buses (resistance grounding), kinakailangan ng dedicated grounding transformers kung ang neutrals ay hindi 引出. Mga hakbang sa calculation:

• Primary voltage: Mag-match sa system bus voltage.

• Capacitive current: Sum ng cable/overhead line currents plus ang epekto ng substation equipment.

• Resistor value: Siguraduhin ang mabilis na activation ng zero-sequence protection.

• Transformer capacity: Isama ang rating ng grounding resistor; iclude ang secondary loads kung siyang nagbibigay ng station power.

3 Halimbawa ng Pagsusuri ng Capacity ng Grounding Transformer
3.1 Project Overview
Isang 50 MW centralized PV power station na may fixed mounts sa 1340 m altitude (annual avg. 3°C) na hindi nangangailangan ng derating para sa altitude o humidity. Binubuo ng 50×1 MW sub-arrays, ang DC ay ininverted at stepped up to 35 kV locally. Sampung sub-arrays ang bumubuo ng isang collector line na nag-feed sa 35 kV single-bus system, then stepped up to 110 kV (solidly grounded neutral). Ang 35 kV step-up station ay kasama ang LV main transformer, 5 PV collector lines, grounding transformer, station service transformer, reactive compensation, at PT circuits, na may resistance grounding para sa neutral.

3.2 Capacity Calculation ng Grounding Transformer
3.2.1 Grounding Method

Ang primary rated voltage ng grounding transformer ay magmatch sa 35 kV system voltage. Ang 35 kV collector lines ay pangunahing direct-buried cables (34 km total), kasama ang 2 km ng overhead lines.

• Single-phase grounding capacitive current para sa 35 kV overhead collector lines:Ic1=3.3×U_L×L×10−3=0.231A

• Single-phase grounding capacitive current para sa 35 kV cable collector lines:Ic2=0.1×U_L×L=119A

( U_L): grid line-to-line voltage (kV); L: line length (km))

Sa 13% increase sa capacitive current ng 35 kV substation, ang calculated single-phase grounding capacitive current ng PV station ay lumampas sa 10 A. Kaya, ang 35 kV bus neutral point ay gumagamit ng resistance grounding.

3.2.2 Capacity ng Grounding Transformer

Para sa grounding resistor, ang primary voltage U_R≥21.21kV. Sa panahon ng single-phase fault, ang earth-fault current ay itinatakda sa 150–500 A, kaya I_R=400A, at R=50.5Ω, P_R≥U_R×I_R.Sa low-resistance grounding systems, ang capacity ng grounding transformer ay 1/10 ng fault current-corresponding capacity. Dahil mayroon nang separate station service transformer, ang secondary loads ay hindi inconsider. Tinitingnan ang technical-economic factors, meteorological conditions, at altitude, ang capacity ay itinakda sa 1000 kVA.

4.Katapusang Salita

Ang pag-unlad ng renewable energy tulad ng photovoltaics ay sumasang-ayon sa industrial development policies ng mga bansa sa buong mundo. Ang paraan sa pag-ground ng neutral ay may epekto sa mga aspeto ng disenyo at operasyon ng power system. Sa pagpili ng paraan sa pag-ground ng neutral para sa sistema, dapat balansehin ang epekto sa reliabilidad ng supply ng kuryente ng sistema at lebel ng insulasyon ng equipment, pati na rin ang kadikit ng pag-implement ng relay protection.