Sähköverkon nolla-johtojen suunnittelulaskelmat ja maajäristystransformatorin mitoitus teollisuusmääräisissä aurinkopaneeliasemissa
1 Aurinkosähköasemien neutraalin maanjäristymistapa luokittelu
Eri alueiden eri jänniteasteiden ja verkkorakenteiden vaikutuksesta sähköjärjestelmien neutraalien maanjäristymistavat voidaan pääasiassa luokitella tehottomaksi maanjäristämiseksi ja tehokkaaksi maanjäristämiseksi. Tehottomaan maanjäristämiseen kuuluu neutraalin maanjäristäminen katkurienpoistoilmanvaihtoilla ja neutraalit, jotka eivät ole maanjäristettyjä, kun taas tehokkaan maanjäristämisen osalta on kyse neutraalin suorasta maanjäristämisestä ja neutraalin maanjäristämisestä vastuilla. Neutraalin maanjäristämismenetelmän valinta on monimutkainen kysymys, joka liittyy relaiontunnistuksen tarkkuuteen, laitteiston eristysjännitteeseen, investointikustannuksiin, sähköntarjonnan jatkuvuuteen, huollon vaikeuteen, vian laajuuteen ja järjestelmän vakaudelle aiheutuneisiin vaikutuksiin.
1.1 Tehottoma maanjäristäminen
1.1.1 Neutraalin maanjäristäminen katkurienpoistoilmanvaihtoilla
Katkurienpoistoilmanvaihto asennetaan järjestelmän neutraaliin pisteen. Vioissa induktiivinen virta kompensoi järjestelmän kapasitiivisen virran, ja maanjäristyvä pisteen vika on kompensaation jälkeen jäänyt induktiivinen virta. Kun yksivaiheinen maanjäristyvä vika tapahtuu, ilmanvaihto kompensoi kapasitiivista virtaa nopeasti suljettaakseen maanjäristyvän kaaren, estääkseen epäsäännölliset kaaret ja ylivoltageja. Järjestelmä voi jatkaa toimintaa hetken viatilanteessa, mikä sopii korkean luotettavuuden sähköntarjonnan tilanteisiin.
Tärkeimmät ominaisuudet:
Suojelu & Toiminta: Pieni maanjäristyvä virta tekee tavallisesta nolla-järjestelmävirrasta suojaamisesta epäherkän, vaaditaan monimutkaisia yksivaiheisia maanjäristyviä suojausmenetelmiä. Ilmanvaihto on käytettävä ylitarjoituksen tilassa; operaattorien on säädettävä parametreja ajoissa verkkojen muutosten mukaan, mikä monimutkistaa huoltoa.
Konfigurointi: Vältettävä useiden ilmanvaihtojen keskitettyä asentamista tai yhden ilmanvaihtojen asettelua estääksesi kompensaation epäonnistumista.
Soveltuvuus & Rajoitukset: Sopii järjestelmiin, joissa on suuret yksivaiheiset maanjäristyvät kapasitiiviset virrat, vähentää laitteen lämpövaikutuksia ja mahdollistaa lyhytaikaisen jatkuvan sähköntarjonnan. Mutta relaiontunnistus ei voi nopeasti poistaa vikoja keskisuuruisten ja suurten aurinkosähköasemien tapauksessa. Siksi sitä käytetään vähemmän MW-tasolla ja yläpuolella olevissa aurinkosähköasemissa sekä 10 kV/35 kV-busseissa, ja vanhat katkurienpoistoilmanvaihtojärjestelmät ovat päivitettyjä.
1.1.2 Neutraali ei-maanjäristetty
Neutraaleilla, jotka eivät ole maanjäristettyjä (tehottomasti maanjäristettyjä) yksivaiheisissa vioissa, on viivojen/laitteiden kapasitiivinen kytkentä, mutta ei lyhytsulkuja. Tämä mahdollistaa 1–2 tunnin toiminnan vikatilanteessa pienillä virtoilla ja ylläpidetyillä vaiheenvälisten jännitteiden tasoilla, mutta riski kaarten uudelleen syttymiseen ylivoltageissa vaatii korkeaa eristystä. Sopii pienille kapasitiivisille virroille (esimerkiksi aurinkoinvertertien vaihtovirtapuolille, ei-neutraaliin alajännitteisiin muuntajoihin).
1.2 Tehokas maanjäristäminen
1.2.1 Neutraalin suora maanjäristäminen
Tarjoaa korkean vikanvirtan, herkän suojauksen, matalan ylivoltageen ja avoimen eristyksen, mutta riskeihin kuuluu luotettavuuden väheneminen liian suuren maanjäristyvän virran ja vakavan kommunikaatiohäiriön vuoksi. Yleistä ≥50 MW aurinkosähköasemissa ≥110 kV HV-muuntajissa, neutraali isolaatioruo'at/sähköiskutiloitimet tarjoavat joustavan maanjäristämisen.
1.2.2 Neutraalin vastusmaanjäristäminen
Lisää aktiivista virtaa > kapasitiivista virtaa neutraalivastuilla, mahdollistaen korkean herkkyysnolla-järjestelmän suojauksen nopealle vikan eristämiselle. Ehdot:
Vakaat parametrit: Ei tarvitse säätää alkuperäisessä toiminnassa.
Eritys talous: Matalat eristyksen vaatimukset nopeasta vikan poistosta.
Sovellus: Pitkät kaapelijärjestelmät, suuret muuntajat/moottorit ja aurinkosähköasemat suurilla kapasitiivisilla virroilla.
Jännite hierarkia:
≥220 kV: suora maanjäristäminen
66–110 kV: enemmistö suora, vähemmistö ei-suora
6–35 kV: enemmistö ei-suora, vähemmistö suora
2 Maanjäristymispisteen muuntajan kapasiteettilaskenta
MW-tasolle aurinkosähköasemille 10/35 kV busseille (vastusmaanjäristäminen), tarvitaan erityisiä maanjäristymispisteen muuntajia, jos neutraalit eivät ole 引出. Laskennan vaiheet:
Pääjännite: Vastaava järjestelmän bussijännite.
Kapasitiivinen virta: Kaapeli/yleissäteilylinjan virtojen summa plussa alueellisten laitteiden vaikutukset.
Vastusarvo: Varmista nopea nolla-järjestelmän suojauksen aktivointi.
Muuntajan kapasiteetti: Ottaa huomioon maanjäristymispisteen vastuksen arvon; sisältää toissijaiset kuormat, jos palvelee aseman voiman tarpeita.
3 Esimerkki maanjäristymispisteen muuntajan kapasiteettilaskennasta
3.1 Projektin yhteenveto
50 MW keskitetty aurinkosähköasema kiinteillä paikoinnilla 1340 metrin korkeudella (vuoden keskiarvo 3°C) ei vaadi deratingia korkeuden tai kosteuden vuoksi. Koostuu 50×1 MW alijoukosta, DC:n käännöstä ja nostosta 35 kV:ksi paikallisesti. Kymmenen alijoukkoa muodostaa keräilylinjan, joka siirtyy 35 kV yksipuoliselle bussijärjestelmälle, sitten nostetaan 110 kV:ksi (suoraan maanjäristetty neutraali). 35 kV:n nostoaasemassa on alijännitteinen päämuuntaja, 5 PV-keräilylinjaa, maanjäristymispisteen muuntaja, aseman palvelumuuntaja, reaktiivinen kompensointi ja PT-silmukat, neutraali vastusmaanjäristäminen.
3.2 Maanjäristymispisteen muuntajan kapasiteettilaskenta
3.2.1 Maanjäristymistapa
Maanjäristymispisteen muuntajan ensisijainen nominoidun jännite vastaa 35 kV järjestelmän jännitteitä. 35 kV keräilylinjat ovat pääasiassa suoria maakaapeleja (yhteensä 34 km), 2 km yleissäteilylinjaa.
Yksivaiheinen maanjäristyvä kapasitiivinen virta 35 kV yleissäteilylinjoille:Ic1=3.3×UL×L×10−3=0.231A
Yksivaiheinen maanjäristyvä kapasitiivinen virta 35 kV kaapelikeräilylinjoille:Ic2=0.1×UL×L=119A
( UL): verkon vaihe-vaihe-jännite (kV); L: linjan pituus (km))
35 kV aseman kapasitiivisen virran 13 % kasvulla laskettu yksivaiheinen maanjäristyvä kapasitiivinen virta aurinkosähköasemalla ylittää 10 A. Siksi 35 kV bussin neutraalipiste käyttää vastusmaanjäristämistä.
3.2.2 Maanjäristymispisteen muuntajan kapasiteetti
Maanjäristymispisteen vastukselle ensisijainen jännite UR≥21.21kV. Yksivaiheisessa vioissa maanjäristyvä virta asetetaan 150–500 A, joten IR=400A, ja R=50.5Ω，PR≥UR×IR. Alhaisissa vastusmaanjäristämisyksiköissä maanjäristymispisteen muuntajan kapasiteetti on 1/10 vianvirtasta - vastaava kapasiteetti. Koska erillinen aseman palvelumuuntaja on olemassa, toissijaiset kuormat jätetään huomiotta. Teknis-taloudellisten tekijöiden, sääolosuhteiden ja korkeuden huomioon ottaen kapasiteetti asetetaan 1000 kVA:ksi.
4. Johtopäätös
Uusiutuvan energian, kuten aurinkosähköasemien, kehitys vastaa maailmanlaajuisia teollisuuden kehityspolitiikkoja. Neutraalin maanjäristämistapa vaikuttaa sähköjärjestelmän suunnitteluun ja toimintaan. Järjestelmän neutraalin maanjäristämistavan valinnassa on huomioitava vaikutukset sähköntarjonnan luotettavuuteen, laitteiston eristysjännitteeseen ja relaiontunnistuksen toteuttamisen vaikeuteen.
