Maanjohtosyyn overcurrent-suojausrelaasin epäasianmukaisen toiminnan tapausanalyysi

Neutraalin maan yhdistämistapa viittaa sähköjärjestelmän neutraalipisteen ja maan väliseen yhteyteen. Kiinassa 35 kV:n ja alamääräisten järjestelmien yleisiä menetelmiä ovat neutraali ei-maan, tulihauduntukikelpoisen keulan maan yhdistäminen sekä pienresistanssin maan yhdistäminen. Neutraalin ei-maan yhdistäminen on laajalti käytössä, koska se sallii lyhytaikaisen toiminnan yksifasijan maanjäristyksen aikana, kun taas pienresistanssin maan yhdistäminen on tullut suosituimmaksi nopean vianpoisto-ominaisuutensa ja ylivolttirajoitustensa vuoksi. Monet sähköasemat asennavat maan yhdistämistransformaattoreita neutraalin maan yhdistämisen päivitykseen, mutta muuttuneet vian ominaisuudet vaikuttavat relaatiolaitteisiin, mikä aiheuttaa riskejä väärille toiminnoille tai toimintakieltäytymiselle.

Tässä artikkelissa esitellään maan yhdistämistransformaattorien periaatteet ja ominaisuudet, selitetään nykyinen suojauksen asettelu/asetus pienresistanssijärjestelmissä, analysoidaan väärän toiminnan syitä ja otetaan yksi yksifasijan maanjäristys tapaus poistamaan suojatoimet ja epäonnistumisen juuret. Se tarjoaa viitteitä vian käsittelyyn/ehkäisemiseen, syventää huollon henkilöstön ymmärrystä, parantaa vianetsintätehoja ja poistaa potentiaaliset vaarat.

Maan yhdistämistransformaattorin toimintaperiaate

Delta-yhdistettyjen, neutraali ei-maan yhdistettyjen sähköasemien muunnoksessa pienresistanssin maan yhdistämiseen, neutraalipisteen tuominen sisään on yleisin käytäntö lisätä maan yhdistämistransformaattori busbaariin. Nykyään yleensä valitaan Z-tyyppinen maan yhdistämistransformaattori neutraalipisteen tuomiseksi. Tässä analysoidaan Z-tyyppisen maan yhdistämistransformaattorin toimintaperiaate.

Z-tyyppinen maan yhdistämistransformaattori on rakenteeltaan samankaltainen kuin tavallinen sähkövirta-transformaattori. Kuitenkin jokaisen vaiheen ydinpiiritys on jaettu kahteen yhtäsuureen osaan, ylemmäksi ja alimmaksi, jotka yhdistetään zik-zak-muodossa. Sähkövirtaohjaimen yhteysmenetelmä on kuvattu kuvassa 1.

Kun maan lyhytsulku tapahtuu, nolla-järjestys virta kulkee neutraalipisteestä. Z-tyyppisen maan yhdistämistransformaattorin zik-zak-yhteys tekee ylemmän ja alimman piirityksen nolla-järjestys virtoista vastakkaisia, jolloin ne kumoavat magneettivirtat, minimoi nolla-järjestys impedanssin ja välttää liian suuren arkujäristyksen ylivoltin. Positiivi/negatiivi-järjestys virtaille sen tavallisen sähkövirta-transformaattorin kaltaiset sähkömagneettiset ominaisuudet luovat korkean impedanssin, rajoittaen niiden kuljetusta.

Normaalissa toiminnassa maan yhdistämistransformaattori toimii lähellä tyhjää (ei toissijainen kuorma). Maan vian aikana positiivi, negatiivi ja nolla-järjestys vian virrat kulkevat läpi sitä. "Korkea positiivi/negatiivi-järjestys, matala nolla-järjestys impedanssi" -ominaisuuden vuoksi suojalaitteet mitaavat pääasiassa verkkojen nolla-järjestys virtaa.

2 Maan yhdistämistransformaattorien sähkövirran suojauksen asettelu ja analyysi

Maan yhdistämistransformaattorin sähkövirran suojauksessa käytetään yleensä vaihe-vaihe-suhdetta ja nolla-järjestys virran suojaa. Tässä on yksityiskohdat:

2.1 Vaihe-vaihe-suhdevirtasuojauksen asetus
2.1.1 Asetusperiaatteet

Tämä suojaus sisältää välittömän katkon ja ylipuskurin suojauksen:

• Välittömästi katkos: Yhteistyö samaa puolta olevan sähkövirta-transformaattorin varasuojan kanssa. Varmista herkkyyttä kahden vaiheen lyhytsulkun aikana (vähimmäistoimintatila) ja vältä alkuvirtaa (7–10 x maan yhdistämistransformaattorin nominalivirta) ja alavirtasuuntaisen vian virtaa.

• Ylipuskurisuojauksen asetus: Vältä maan yhdistämistransformaattorin nominalivirtaa ja ulkopuolisen yksifasijan maanjäristyksen aikana suurinta vian vaihevirtaa, varmista luotettavuus.

• Toimintalogiikka: Välittömästi katkos toimii välittömästi (ei viivettä); ylipuskurisuojauksen (varasuojana vaihe-vaihe-suhdevirtasuojaukselle) on lyhyt viive ja alempi asetus tasapainottamista varten.

2.1.2 Katkaisutavat

Maan yhdistämistransformaattorin yhteydessä sähkövirta-transformaattoriin:

• Yhdistetty alavirtasuuntaiseen busbaariin: Välittömästi katkos/ylipuskurisuojauksen katkaisee samaa puolta olevan katkaisimen nopeasti erottamaan vian.

• Yhdistetty alavirtasuuntaiseen johtoon: Suojauksen katkaisee kaikkia puolia olevia katkaisimia leikata vian polku ja estää laajentuminen.

2.2 Maan yhdistämistransformaattorien nolla-järjestys virran suojauksen asetus
2.2.1 Asetusperiaatteet

• Virran asetusarvon on varmistettava riittävä herkkyys, kun yksifasijan maanjäristys tapahtuu.

• Yhteistyö pitkäviiveisen suojauksen asetusarvon kanssa alapuolella olevan nolla-järjestys virran suojauksen kokolinjan herkkyys.

• Nolla-järjestys virran ensimmäisen aikarajan asettamisessa on otettava huomioon kahden linjan yksifasijan maanjäristyksen jatkuvuus.

• Toiminta-aika on pidempi kuin kaikkien bussin yhteydessä olevien komponenttien nolla-järjestys virran II-osion enimmäistoiminta-aika.

Koska maan yhdistämistransformaattorin nolla-järjestys virran suojauksella ei ole pääsuojaa, siinä on kolme aikarajaa, jotka näkyvät seuraavasti:

Kaavassa: t0¹, t0², t0³ ovat maan yhdistämistransformaattorin nolla-järjestys virran suojauksen 1., 2. ja 3. aikaraja; t_0I' on ulospäin kulkevan linjan nolla-järjestys virran I-osion aikarajan asetusarvo; t_0II' on kaikkien bussilla olevien laitteiden nolla-järjestys virran suojauksen II-osion enimmäisaikaraja paitsi maan yhdistämistransformaattoria; Δt on asetettu 0.2 - 0.5 s.

2.2.2 Katkaisutavat

• Kun maan yhdistämistransformaattori on yhdistetty sähköaseman vastaavaan bussiin, nolla-järjestys virran suojauksen toiminta: 1. aikaraja katkaisee bussiyhdistävän katkaisimen tai osiot-katkaisimen ja esto automaattisen varavirtalähteen syöttölaitteen (lyhennettynä "automaattinen varavirtasyöttö"); 2. aikaraja katkaisee saman puolen maan yhdistämistransformaattorin ja sähkövirta-transformaattorin katkaisimet.

• Kun maan yhdistämistransformaattori on yhdistetty sähkövirta-transformaattorin vastaavaan johtoon, nolla-järjestys virran suojauksen toiminta: 1. aikaraja katkaisee bussiyhdistävän katkaisimen tai osiot-katkaisimen ja esto automaattisen varavirtasyötön; 2. aikaraja katkaisee saman puolen sähkövirta-transformaattorin katkaisimen; 3. aikaraja katkaisee kaikkia puolia olevia sähkövirta-transformaattorin katkaisimia.

2.3 Maan yhdistämistransformaattorien sähkövirran suojauksen toiminnan analyysi

Maan yhdistämistransformaattorin suojauksen asettelun analyysi osoittaa merkittäviä eroja vaihe-vaihe-suhdevirtasuojauksen ja nolla-järjestys virran suojauksen katkaisutavoissa: nolla-järjestys suojauksen toiminnassa esto automaattisen varavirtasyötön, kun taas vaihe-vaihe-suhdevirtasuojauksessa ei.

Jos suojalaitteella mitattu nolla-järjestys virta saavuttaa toimintaarvon ja maan vika tapahtuu (maan yhdistämistransformaattori on ainoa nolla-järjestys virran reitti pienresistanssin maan yhdistämismenetelmässä), laite havaitsee vian, mutta ei voi sijaitsemaan. Jos vika on ulospäin kulkevalla linjalla, suojan toiminnan jälkeen maan yhdistämistransformaattorin katkaisemisen jälkeen automaattinen varavirtasyöttö kytketään varavirtasuuntaiseen bussiin. Jos varavirtasuuntaiseen bussiin suljetaan uudelleen viallinen linja, maan yhdistämistransformaattori siinä edelleen havaitsee nolla-järjestys virran, mikä aiheuttaa toisen katkaisun. Koska automaattinen varavirtasyöttö ei ole vielä loppunut latautua, sähkökatkon alue voi laajeta. Siksi nolla-järjestys suojauksen on esto automaattisen varavirtasyötön.

Kun vaihe-vaihe-suhdevirtasuojauksen toiminta (mutta nolla-järjestys suojauksen ei), laite arvioi maan yhdistämistransformaattorin itsessään vaihe-vaihe-suhdevirtasulkua. Se katkaisee maan yhdistämistransformaattorin, samanaikaisesti katkaisee sähkövirta-transformaattorin saman puolen katkaisimen, ja automaattinen varavirtasyöttö kytketään varavirtasuuntaiseen bussiin. Koska vika on katkaisulla maan yhdistämistransformaattorissa, varavirtasuuntaiseen bussiin suljetaan normaali linja, joka palauttaa sähkövirran.

Yhteenvetona, maan yhdistämistransformaattorien vaihe-vaihe-suhdevirtasuojauksen ja nolla-järjestys virran suojauksen välillä on merkittäviä eroja vian syytä ja sijaintia koskevassa arviossa, mikä edellyttää erilaisia asetuksia ja asettelua. Kuitenkin maan lyhytsulkun aikana vaihe-vaihe-suhdevirtasuojauksessa voi tapahtua väärää toimintaa nolla-järjestys komponenttien mittauksen vuoksi. Heidän erilaisilla automaattisen varavirtasyötön logiikoillaan väärä toiminta voi laajentaa vian aluetta tai jopa aiheuttaa koko sähköaseman sähkökatkon.

3 Tapausanalyysi
3.1 Vian prosessi

110 kV sähköaseman pääverkosto-kaavio on kuvattu kuvassa 2. Ennen vian syntymistä, sähkövirta-transformaattori 1:n alavirtasuuntainen 018 katkaisin oli suljettu, sähkövirta-transformaattori 2:n alavirtasuuntainen 032 katkaisin oli suljettu, ja 034 katkaisin oli testipaikassa.

30. heinäkuuta 2023 kello 06:14, maan yhdistämistransformaattori 2:n ylipuskurin I-osio aktivoitui, katkaisee maan yhdistämistransformaattori 2:n 022 katkaisimen. Samalla se interlokoi katkaisee sähkövirta-transformaattori 2:n alavirtasuuntaisen 032 katkaisimen, mikä johti 10 kV II ja III bussien sähkövirran menetykseen. Automaattinen varavirtalähde (automaattinen varavirtasyöttö) -laitteisto toimi suljettakseen 10 kV I/II bussiyhdistävän 020 katkaisimen.

Kello 06:36, maan yhdistämistransformaattori 1:n ylipuskurin I-osio aktivoitui, katkaisee maan yhdistämistransformaattori 1:n 015 katkaisimen ja interlokoi katkaisee sähkövirta-transformaattori 1:n alavirtasuuntaisen 018 katkaisimen, mikä johti kaikkien 10 kV I, II ja III bussien sähkövirran menetykseen. Automaattinen varavirtasyöttö -laitteisto sitten suljettiin sähkövirta-transformaattori 2:n alavirtasuuntaiseen 032 katkaisimeen ja maan yhdistämistransformaattori 2:n 022 katkaisimeen. Kuitenkin vika jatkui, aktivoi maan yhdistämistransformaattori 2:n ylipuskurin I-osion uudelleen. 022 katkaisin katkaisee ja interlokoi katkaisee 032 katkaisimen, lopulta aiheuttaen täydellisen sähkökatkon sähköaseman 10 kV järjestelmässä.

3.2 Paikan päällä olevan laitteen tarkastustulokset
Ensimmäisen laitteen tarkastustulokset:

• Maan yhdistämistransformaattorin runko: Ei löytynyt poikkeavia numero 1 ja numero 2 maan yhdistämistransformaattoreissa, ei ilmeisiä vian jälkiä piirityksessä tai ytimessä.

• 10 kV III bussin PT väli (040 switchgear):

• Ilmeisiä vesijäälmiä switchgear-kabinetin kansiassa, mikä viittaa sadan veden tulemiseen.

• Seinävaunun C-fasiasemassa vakavaa ablaatiota, kaksi läpäisyä ylemmässä seinävaunussa.

• C-fasian yläkontaktikuuti ja staattinen kontakti olivat hiiltynyttä ja vaurioitunutta, nestevettä kertynyt kuutissa.

• Säteilytornin C-fasian ylä/ala-liikkuva kontakti, annealoitu keihäs ja vaurioitunut kontaktikäsivarren eristysputki.

• C-fasian bussin ulkoisen eristysputken polttaminen ja rakoaminen. Vesijäälmiä C-fasian alueessa bussin takapannussa, ja vesihiukkanen kondensoitunut elävästä näyttösensorista.

• Pieni määrä vettä kertynyt jännitteenvaihdossuuntimien kammion pohjalle, kolme vaihetta PT:eissä ei ilmeisiä ulkoisia poikkeamia.

10 kV III bussin PT-kammion yläpuolella olevan teräsraakan kautta tuleva sadan vesi tuli switchgear:iin, heikentäen eristystä ja aiheuttaen C-fasian purkauksen, joka kehittyi metalliseksi maan vian. Pienresistanssin maan yhdistämismenetelmässä, maan yhdistämistransformaattori 2 havaittiin nolla-järjestys virran ~4.3 A/vaihe (ylittäen 2.5 A ylipuskurin I-osion asetuksen), mikä aiheutti katkaisun. Ylipuskurisuojauksen ei este 10 kV automaattista varavirtasyötöä, mikä johti toistuviin toimiin. Lopullinen katkaisu jätti automaattisen varavirtasyötön lataamatta, mikä aiheutti täydellisen 10 kV sähkökatkon.

Avainasian tekijä: "Fasivirta nolla-järjestys peruuttaminen" ohjausmerkki oli poistettu käytöstä (asetettu "0"), mikä esti ohjelmistofiltrin nolla-järjestys komponenttien fasivirrassa. 13 A:n nolla-järjestys virran kanssa, ylipuskurisuojauksen toiminta oli väärä. Oikein käytössä tämä ohjaus olisi estänyt vian. Sen sijaan nolla-järjestys ylipuskurisuojauksen I-osio (asetettu 1.4 A) toimi: 1. aikaraja katkaisee bussiyhdistävän ja esto automaattisen varavirtasyötön; 2. aikaraja katkaisee maan yhdistämis- ja päätransformaattorin katkaisimet, erottaa II/III osiot, kun taas I osio pysyi sähkövirrassa.

Juuri syy: Poistettu nolla-järjestys peruuttaminen ohjausmerkki salli fasivirran väärän tulkinnan.

4 Johtopäätös

Tässä artikkelissa kuvataan maan yhdistämistransformaattorien suojauksen asetukset, analysoidaan väärän toiminnan riskejä korkean nolla-järjestys virran aikana ja esitetään tapaus. Vian toistumisen ehkäisemiseksi:

• Ota käyttöön ohjelmistopohjaiset nolla-järjestys peruuttaminen ominaisuudet (esim. "fasivirta nolla-järjestys peruuttaminen" ohjausmerkki) pienresistanssin maan yhdistämismenetelmässä.

• Jos tällaisia ominaisuuksia ei ole saatavilla, optimoi ylipuskurisuojauksen ja nolla-järjestys virran suojauksen asetusten yhteistyö.

Avainhuomio: Suojauksen ohjelmiston proaktiivinen asettelu on kriittistä maan vian aikana väärän toiminnan ehkäisemiseksi.