Talajtranszformátor áramtúlmeneti védelmi reléjének hibás működésének esettanulmányozása

A semleges pont kapcsolódási módja hivatkozik a villamos rendszer semleges pontjának és a föld közötti összeköttetésre. Kínában 35 kV és alatti rendszerek esetén gyakori módszerek a semleges nélküli, az ív-nyomó csaptelekkel való és a kis-ellenállású kapcsolódás. A semleges nélküli mód széles körben használatos, mert lehetővé teszi a rövid távú működést egyfázisú talajkapcsolódási hibák esetén, míg a kis-ellenállású kapcsolódás mainstream lett gyors hibaelhárítása és túlmenő feszültség korlátozása miatt. Sok átalakító telepíti a kapcsolótranszformátort a semleges pont kapcsolódásának újjáépítéséhez, de a megváltozott hiba jellemzők befolyásolják a relévédelmet, ami hibafuttatást vagy nem-futtatást okozhat.

Ez a tanulmány bevezeti a talajkapcsoló transzformátor elvét és jellemzőit, kifejtve a kis-ellenállású rendszerekben jelenlegi védelmi beállításokat/paramétereket, elemzi a hibafuttatás okaival, és egy egyfázisú talajkapcsolódási esettel részletesen elemezi a védelem működését és a hiba forrásait. Ez hivatkozást nyújt a hiba kezeléséhez/megelőzéséhez, meghosszabbítja a karbantartók ismereteit, javítja a hibaelhárítási hatékonyságot, és kiküszöbözi a potenciális veszélyeket.

A talajkapcsoló transzformátor működési elve

Egy delta-kapcsolódású, semleges nélküli rendszert kis-ellenállású talajkapcsolódású rendszerre átalakítva, a semleges pont bevezetéséhez a leggyakoribb gyakorlat a talajkapcsoló transzformátor hozzáadása a buszbarmozón. Jelenleg általában Z típusú talajkapcsoló transzformátort választanak a talajkapcsoló pont bevezetéséhez. Következőként elemzi a Z típusú talajkapcsoló transzformátor működési elvét.

A Z típusú talajkapcsoló transzformátor szerkezetileg hasonló egy általános erőmű-transzformátorhoz. Azonban minden fázis magján lévő tekercs két egyenlő tekerésű, felső és alsó részre osztódik, amelyek zizág alakban vannak összekapcsolva. A kapcsolási módja a 1. ábrán látható.

Talajkapcsolódási hiba esetén nullrendszámú áram folyik be a semleges ponton keresztül. A Z típusú talajkapcsoló transzformátor zizág alakú kapcsolódása azt eredményezi, hogy a felső és alsó tekercsek nullrendszámú áramai ellentétes irányba folynek, elnyelvén egymást, és minimalizálva a nullrendszámú ellenállást, hogy elkerülje a túlmenő ív-talajkapcsolódási túlfeszültséget. Pozitív/negatív rendszámú áramok esetén a hagyományos transzformátorhoz hasonló elektromágneses tulajdonságai nagy ellenállást teremtenek, korlátozva ezek folyását.

Normál működés közben a talajkapcsoló transzformátor majdnem üres (nincs másodlagos terhelés). Talajkapcsolódási hiba esetén pozitív, negatív és nullrendszámú hibaáramok folytathatják át. A "magas pozitív/negatív rendszám, alacsony nullrendszámú ellenállás" miatt a védelmi eszköz főleg a hálózat nullrendszámú áramát méri.

2. A talajkapcsoló transzformátorok áramvédelmének beállítása és elemzése

A talajkapcsoló transzformátorok áramvédelme általában fázis-fázis és nullrendszámú áramvédelmet használ. Itt a részletek:

2.1 Fázis-fázis áramvédelm beállítása
2.1.1 Beállítási elvek

Ez a védelem tartalmaz azonnali és áramtúlmenő védelmet:

• Azonnali: Koordinálja a szellőzési transzformátor háttér-áramtúlmenő védelmével ugyanazon oldalon. Biztosítsa a két fázisú rövidzárlók esetén (minimális működési mód) érzékenységét, és kerülje a beindítási áramokat (7-10× talajkapcsoló transzformátor nominális árama) és a kisfeszültségi oldali hibaáramokat.

• Áramtúlmenő védelem: Állítsa be, hogy elkerülje a talajkapcsoló transzformátor nominális áramát és a külső egyfázisú talajkapcsolódási hiba fázisáramát, biztosítva a megbízhatóságot.

• Működési logika: Azonnali védelem azonnal fellép (nincs késleltetés); az áramtúlmenő védelem (háttér a fázis-fázis rövidzárlóknál) rövid késleltetéssel és alacsonyabb beállításokkal van szintezett.

2.1.2 Kapcsoló módok

A talajkapcsoló transzformátor kapcsolata a szellőzési transzformátorral:

• Kapcsolódás a kisfeszültségi buszhoz: Azonnali/áramtúlmenő védelem a kapcsoló lekapcsolja ugyanazon oldali vezetéket, hogy gyorsan elkülönítse a hibát.

• Kapcsolódás a kisfeszültségi vezetékhez: A védelem lekapcsolja az összes oldali vezetéket, hogy kivágja a hibautat és elkerülje a hiba kiterjesztését.

2.2 A talajkapcsoló transzformátorok nullrendszámú áramvédelmének beállítása
2.2.1 Beállítási elvek

• Az árambeállítási érték biztosítja elegendő érzékenységet, ha egyfázisú talajkapcsolódási hiba történik.

• Összhangban áll a hosszú késleltetésű védelem beállítási értékével, a nullrendszámú áramvédelem teljes vonal érzékenységére.

• A nullrendszámú áram első időkorlátja figyelembe kell vennie két vonal egyfázisú talajkapcsolódási hiba egymást követő előfordulását.

• A működési idő hosszabb, mint a buszon összekapcsolt összes komponens nullrendszámú áram II. szakaszának maximális működési ideje.

Mivel a talajkapcsoló transzformátor nullrendszámú áramvédelme nem szolgál fővédelmeként, három időkorlátot alkalmaznak, amelyek a következők:

A képletben: t0¹, t0², t0³ a talajkapcsoló transzformátor nullrendszámú áramvédelmének 1., 2. és 3. időkorlátai; t_0I' a kilépő vezeték nullrendszámú áram I. szakaszának időbeállítási értéke; t_0II' a buszon levő összes berendezés nullrendszámú áramvédelmének II. szakaszának leghosszabb időbeállítási értéke, kivéve a talajkapcsoló transzformátort; Δt 0.2-0.5 s között van beállítva.

2.2.2 Kapcsoló módok

• Ha a talajkapcsoló transzformátor a szellőzési telep alábbi buszhoz kapcsolódik, a nullrendszámú áramvédelem működik: az 1. időkorlát a buszkapcsoló vagy szakaszkapcsolót kapcsolja ki, és blokkolja az automatikus készletenergia beviteli eszközt (röviden "automatikus készletenergia"); a 2. időkorlát a talajkapcsoló transzformátor és a szellőzési transzformátor ugyanazon oldali kapcsolóit kapcsolja ki.

• Ha a talajkapcsoló transzformátor a szellőzési transzformátor alábbi vezetékéhez kapcsolódik, a nullrendszámú áramvédelem működik: az 1. időkorlát a buszkapcsoló vagy szakaszkapcsolót kapcsolja ki, és blokkolja az automatikus készletenergiát; a 2. időkorlát a szellőzési transzformátor ugyanazon oldali kapcsolóját kapcsolja ki; a 3. időkorlát a szellőzési transzformátor minden oldali kapcsolóját kapcsolja ki.

2.3 A talajkapcsoló transzformátorok áramvédelmének működésének elemzése

A talajkapcsoló transzformátor védelmi konfiguráció elemzése jelentős különbségeket mutat a fázis-fázis és a nullrendszámú áramvédelem kapcsoló módjaiban: a nullrendszámú védelem működése során blokkolja az automatikus készletenergia bevitelét, míg a fázis-fázis védelem nem.

Ha a védelmi eszköz által mérve nullrendszámú áram elérheti a működési értéket, és talajkapcsolódási hiba történik (a talajkapcsoló transzformátor a kis-ellenállású talajkapcsolódási rendszerben a nullrendszámú áram egyetlen útvonala), a berendezés felisméri a hibát, de nem tudja helyreállítani. Ha a hiba a kilépő vezetéken van, a védelem a talajkapcsoló transzformátort kikapcsolja, és az automatikus készletenergia a készletbuszra vált. Ha a készletbusz újraindítja a hibás vezetéket, a rajta lévő talajkapcsoló transzformátor továbbra is nullrendszámú áramot mér, ami újabb kikapcsolást okoz. Mivel az automatikus készletenergia még nem töltött fel, a kimaradás területe bővülhet. Így a nullrendszámú védelemnek blokkolnia kell az automatikus készletenergiát.

Ha a fázis-fázis védelem működik (de a nullrendszámú védelem nem), a berendezés fázis-fázis rövidzárlót talál a talajkapcsoló transzformátorban. A talajkapcsoló transzformátort kikapcsolja, párhuzamosan a szellőzési transzformátor ugyanazon oldali kapcsolóját is, és az automatikus készletenergia a készletbuszra vált. Mivel a hiba a kikapcsolt talajkapcsoló transzformátoron van, a készletbusz újra normális vezetékre kapcsolódik, és a szolgáltatás helyreáll.

Összefoglalva, a talajkapcsoló transzformátorok fázis-fázis és nullrendszámú áramvédelme jelentősen eltér a hiba okainak és helyzetének megítélésében, különböző beállításokat és konfigurációkat igényelve. Azonban talajkapcsolódási hiba esetén a fázis-fázis védelem hibafuttatást okozhat a mérni nullrendszámú összetevők miatt. Különböző automatikus készletenergia logikáik miatt a hibafuttatás kiterjesztheti a hiba területét, akár teljes szellőzési telepi kimaradást is okozhat.

3. Esettanulmány
3.1 Hiba folyamata

Egy 110 kV szellőzési telep elsődleges vezetékdiagramja a 2. ábrán látható. A hiba előtt a 1. Transzformátor kisfeszültségi oldali 018 kapcsolója zárva volt, a 2. Transzformátor kisfeszültségi oldali 032 kapcsolója zárva volt, és a 034 kapcsoló próbaállásban volt.

2023. július 30-án, 06:14-kor a 2. talajkapcsoló transzformátor áramtúlmenő I. szakasz védelme aktiválódott, kikapcsolva a 2. talajkapcsoló transzformátor 022 kapcsolóját. Ezenkívül kapcsolódva kikapcsolta a 2. Transzformátor kisfeszültségi oldali 032 kapcsolóját, miután a 10 kV II. és III. buszok kimaradtak. Az automatikus készletenergia (auto-standby) eszköz működött, zárva a 10 kV I./II. buszkapcsoló 020 kapcsolóját.

06:36-kor a 1. talajkapcsoló transzformátor áramtúlmenő I. szakasz védelme aktiválódott, kikapcsolva a 1. talajkapcsoló transzformátor 015 kapcsolóját, és kapcsolódva kikapcsolta a 1. Transzformátor kisfeszültségi oldali 018 kapcsolóját, miután a 10 kV I., II. és III. buszok kimaradtak. Az automatikus készletenergia eszköz zárta a 2. Transzformátor kisfeszültségi oldali 032 kapcsolóját és a 2. talajkapcsoló transzformátor 022 kapcsolóját. Azonban a hiba továbbra is fennállt, újra aktiválva a 2. talajkapcsoló transzformátor áramtúlmenő I. szakasz védelmét. A 022 kapcsoló kikapcsolódott, és kapcsolódva kikapcsolta a 032 kapcsolót, végül teljes kimaradást okozva a szellőzési telep 10 kV rendszerében.

3.2 A helyszíni berendezések ellenőrzési eredményei
Elsődleges berendezések ellenőrzési eredményei:

• Talajkapcsoló transzformátor test: Nem találtak rendellenességeket a 1. és 2. talajkapcsoló transzformátorokban, a tekercsekben és a magokban sem volt nyilvánvaló hiba jele.

• 10 kV III. busz PT intervallum (040 kapcsoló):

• Nyilvánvaló vízjel a kapcsolókabinet fedőjén, ami esővíz beáradását jelezte.

• Súlyos erosztódás a C-fázis helyén a hordozókamrában, két lyuk a felső szuteren.

• A C-fázis felső kontakt doboz és statikus kontakt kiégett és sérült, a dobozban folyékony víz gyűlt.

• Ívesütési nyom a C-fázis felső/alsó mozgó kontaktján a menekülőhullámzó hordozón, anneált rugók, és sérült kontaktkar insulator.

• A C-fázis busz doboz külső izolációs rúra kiégett és repedezett. Vízjel a C-fázis területén a busz doboz háttáblán, és vízcseppek a működési indikátor szenzorán.

• Kis mennyiségű víz gyűlt a feszültségátalakító doboz alján, a háromfázisú PT-eknek nincs nyilvánvaló külső rendellenessége.

Az esővíz áradása a 10 kV III. busz PT kamrá feletti acélszerkezetből a kapcsolókabinetbe, csökkentve az izolációt, és C-fázisú kitörést okozott, ami fémhengeres talajkapcsolódási hibává fejlődött. A kis-ellenállású talajkapcsolódási rendszerben a 2. talajkapcsoló transzformátor ~4.3 A/fázis nullrendszámú áramot mértek (ami meghaladta a 2.5 A áramtúlmenő I. szakasz beállítási értékét), ami kikapcsolást okozott. Az áramtúlmenő védelem nem blokkolja a 10 kV automatikus készletenergiát, ami ismétlődő működést okozott. A végleges kikapcsolás után az automatikus készletenergia nem töltött fel, ami teljes 10 kV kimaradást okozott.

Főbb hozzájáruló tényező: A "fázisáram nullrendszámú kiejtés" vezérlő szó letiltva volt (beállítva "0"-ra), ami megakadályozta a fázisáramok nullrendszámú összetevőinek szoftveres szűrését. 13 A nullrendszámú áram mellett az áramtúlmenő védelem hibafuttatást okozott. Ha megfelelően engedélyezve lett volna, ez a vezérlő szó megelőzte volna a hibát. Ehelyett a nullrendszámú áramtúlmenő védelem I. szakasz (1.4 A beállítási értékkel) működött: az 1. időkorlát a buszkapcsolót kikapcsolta és blokkolta az automatikus készletenergiát; a 2. időkorlát a talajkapcsoló és a főtranszformátor kapcsolóit kikapcsolta, elkülönítve a II. és III. szakaszokat, míg az I. szakasz továbbra is energiázott maradt.

Gyökér oka: A letiltott nullrendszámú kiejtési vezérlő szó lehetővé tette a fázisáramok hibás értelmezését.

4. Összefoglalás

Ez a tanulmány bemutatja a talajkapcsoló transzformátorok védelmi beállításait, elemzi a hibafuttatás kockázatait magas nullrendszámú áramok esetén, és bemutat egy esettanulmányt. A hiba ismétlődésének megelőzéséhez:

• Engedélyezze a szoftveres nullrendszámú kiejtési funkciókat (pl. "fázisáram nullrendszámú kiejtés" vezérlő szót) a kis-ellenállású talajkapcsolódási rendszerekben.

• Ha ilyen funkciók nem állnak rendelkezésre, optimalizálja az áramtúlmenő és nullrendszámú áramvédelem beállításainak koordinációját.

Főbb tanulság: A védelmi szoftver proaktív beállítása kulcsfontosságú a talajkapcsolódási hibák során bekövetkező hibafuttatások megelőzéséhez.