Kārtas Analīze Par Zemes Trasformatora Pārstrāvas Aizsardzības Relēs Nekorektro Darbību

Neitrala zemesanas režīms attiecas uz savienojumu starp elektrības sistēmas neitralo punktu un zemi. Ķīnā 35 kV un zemākās sistēmās bieži izmantotās metodes ietver nezemesanu, loka apspiešanas spriņģa zemesanu un mazresistīvās zemesanas. Nezemesanas režīms tiek plaši izmantots, jo ļauj īslaicīgu darbību vienfases zemesanas trūkuma laikā, savukārt mazresistīvā zemesana ir kļuvusi par galveno risinājumu tās ātrajam trūkumu novēršanai un pārsprādziena ierobežošanai. Daudzos transformatoru stacijos tiek instalēti zemesanas transformatori, lai modernizētu neitralo zemesanu, bet mainīgie trūkumu raksturojumi ietekmē relē aizsardzību, riskējot ar nepareizu darbību vai nedarbību.

Šajā rakstā tiek aprakstīti zemesanas transformatoru principi un raksturojumi, izskaidrotas pašreizējās aizsardzības konfigurācija/iestatījumi mazresistīvajās sistēmās, analizētas nepareizas darbības cēloņi un izpētīts vienfases zemesanas gadījums, lai izanalizētu aizsardzības darbību un trūkumu cēloņus. Tas sniedz atsauces trūkumu risināšanai/apkarojanai, samērķina uzturēšanas personāla sapratni, palielina problēmu novēršanas efektivitāti un likvidē potenciālas briesmas.

Zemesanas transformatora darbības princips

Transformatoru stacijas pārveidošanā no delta savienojuma, nezemesanas sistēmas uz mazresistīvo zemesanas sistēmu, lai ieviestu neitralo punktu, visbiežāk pievieno zemesanas transformatoru šķīvē. Pašlaik parasti izvēlas Z veida zemesanas transformatoru, lai ievestu zemesanas punktu. Tālāk tiks analizēts Z veida zemesanas transformatora darbības princips.

Z veida zemesanas transformators strukturāli ir līdzīgs parastam enerģijas transformatoram. Tomēr, katras fāzes kodols ir sadalīts divās daļās ar vienādām vikām, augšējā un apakšējā, kas savienotas zigzag formā. Savienojuma shēma ir parādīta 1. attēlā.

Kad notiek zemesanas īssavienojums, caur neitralo punktu plūst nulles sekvenses strāva. Z veida zemesanas transformatora zigzag savienojums padara augšējo un apakšējo vika nulles sekvenses strāvas pretējām, kas kompensē magnetiskos plūsmu un samazina nulles sekvenses impedanci, lai izvairītos no pārmērīgi liela loka zemesanas pārsprādzena. Pozitīvām/negatīvām sekvensēm tā elektromagnētiskās īpašības radīs augstu impedanci, ierobežojot to plūsmu.

Normālā darbībā zemesanas transformators darbojas tuvu bezslodzes (bez sekundārā slodzes). Trūkuma laikā caur to plūst pozitīvā, negatīvā un nulles sekvenses trūkuma strāvas. Tāpat kā "augsta pozitīvā/negatīvā sekvense, zema nulles sekvenses impedancija", aizsardzības ierīce galvenokārt mēra tīkla nulles sekvenses strāvu.

2 Zemesanas transformatoru strāvas aizsardzības konfigurācija un analīze

Zemesanas transformatoru strāvas aizsardzībai parasti izmanto fāzes starpības un nulles sekvenses strāvas aizsardzību. Šeit ir detalizēts apraksts:

2.1 Fāzes starpības strāvas aizsardzības iestatījumi
2.1.1 Iestatīšanas principi

Šī aizsardzība ietver momentāno izslēgšanu un pārstrāvas aizsardzību:

• Momentāna izslēgšana: Saskaņota ar puses pārdevēja rezervārās pārstrāvas aizsardzību. Jānodrošina jūtība divu fāžu īssavienojuma laikā (minimuma darbības režīms) un jāizvairās no impulsstrāvām (7–10× zemesanas transformatora nomālā strāva) un zemas sprieguma puses trūkuma strāvām.

• Pārstrāvas aizsardzība: Iestatīta, lai izvairītos no zemesanas transformatora nomālā strāvas un maksimālās trūkuma fāzes strāvas ārējā vienfase zemesanas laikā, nodrošinot drošumu.

• Darbības loģika: Momentāna izslēgšana darbojas tūlīt (bez aizstāvēšanas); pārstrāvas aizsardzība (rezervārās fāzes starpības izslēgšanai) ir ar īsu aizstāvēšanu un zemākiem iestatījumiem, lai nodrošinātu līmenītu saskaņošanu.

2.1.2 Izslēgšanas režīmi

Atkarībā no zemesanas transformatora savienojuma ar pārdevēju:

• Savienots ar zemas sprieguma šķīvi: Momentāna izslēgšana/pārstrāvas aizsardzība izslēdz puses pārtraukumu, lai ātri izolētu trūkumu.

• Savienots ar zemas sprieguma vadu: Aizsardzība izslēdz visu puses pārtraukumus, lai nogrieztu trūkuma ceļu un izvairītos no tā paplašināšanās.

2.2 Nulles sekvenses strāvas aizsardzības iestatījumi zemesanas transformatoriem
2.2.1 Iestatīšanas principi

• Strāvas iestatījuma vērtībai jānodrošina pietiekama jūtība vienfases zemesanas trūkuma laikā.

• Saskaņota ar ilgtermiņa aizsardzības iestatījumu, lai nodrošinātu pilnīgas līnijas jūtību nākamā līmeņa nulles sekvenses strāvas aizsardzībai.

• Pirmajam termiņam nulles sekvenses strāvai jāņem vērā divu līniju vienfases zemesanas trūkumu sekojoša parādīšanās izvairīšanās.

• Darbības laiks jāpiešķir ilgāks par maksimālo darbības laiku II sadaļas nulles sekvenses strāvas aizsardzībai katram piesaistītajam komponentam šķīvē.

Tā kā zemesanas transformatora nulles sekvenses strāvas aizsardzība nav galvenā aizsardzība, tai ir trīs termiņi, kuri ir parādīti tālāk:

Formulā: t0¹, t0², t0³ ir atbilstoši pirmais, otrais un trešais termiņi zemesanas transformatora nulles sekvenses strāvas aizsardzībai; t_0I' ir pirmā sadaļa nulles sekvenses strāvas izveduma līnijas laika iestatījuma vērtība; t_0II' ir viszemākais laika iestatījuma vērtība II sadaļas nulles sekvenses strāvas aizsardzībai visām iekārtām šķīvē, izņemot zemesanas transformatoru; Δt ir iestatīts kā 0.2 - 0.5 s.

2.2.2 Izslēgšanas režīmi

• Ja zemesanas transformators ir savienots ar atbilstošo transformatoru stacijas šķīvi, nulles sekvenses strāvas aizsardzība darbojas: pirmais termiņš izslēdz šķīves savienojuma pārtraukumu vai šķīves dalījuma pārtraukumu un bloķē automātisko rezervārās barošanas ievades ierīci (saīsināti "automātiska rezervārās barošana"); otrajā termiņā izslēdz puses pārtraukumus zemesanas transformatora un pārdevēja puses.

• Ja zemesanas transformators ir savienots ar atbilstošo pārdevēja vadi, nulles sekvenses strāvas aizsardzība darbojas: pirmais termiņš izslēdz šķīves savienojuma pārtraukumu vai šķīves dalījuma pārtraukumu un bloķē automātisko rezervārās barošanu; otrajā termiņā izslēdz pārdevēja puses pārtraukumu; trešajā termiņā izslēdz visu puses pārtraukumus pārdevējam.

2.3 Zemesanas transformatoru strāvas aizsardzības darbības analīze

Analīzējot zemesanas transformatora aizsardzības konfigurāciju, redzams, ka fāzes starpību un nulles sekvenses strāvas aizsardzības izslēgšanas režīmi ir būtiski atšķirīgi: nulles sekvenses aizsardzība bloķē automātisko rezervārās barošanu darbības laikā, bet fāzes starpību aizsardzība to nedarbojas.

Ja aizsardzības ierīce mēra nulles sekvenses strāvu, kas sasniedz darbības vērtību, un notiek zemesanas trūkums (ar zemesanas transformatoru kā vienīgo nulles sekvenses strāvas ceļu mazresistīvā zemesanas sistēmā), ierīce detektē trūkumu, bet nevar to lokālizēt. Ja trūkums ir izveduma līnijā, pēc tam, kad aizsardzība izslēdz zemesanas transformatoru, automātiskā rezervārās barošana pārslēdzas uz rezervārās šķīvi. Ja rezervārā šķīve atkal savieno ar defektīgo līniju, zemesanas transformators to detektē, izraisot jaunu izslēgšanu. Tā kā automātiskā rezervārās barošana nav pabeigusi uzlādi, var paplašināties bezenerģijas zona. Tāpēc nulles sekvenses aizsardzībai jābloķē automātiskā rezervārās barošana.

Ja fāzes starpību aizsardzība darbojas (bet nulles sekvenses aizsardzība nedarbojas), ierīce secina, ka zemesanas transformatorā notiek fāzes starpības īssavienojums. Tā izslēdz zemesanas transformatoru, paralēli izslēdz pārdevēja puses pārtraukumu, un automātiskā rezervārās barošana pārslēdzas uz rezervārās šķīvi. Tā kā trūkums ir izslēgtajā zemesanas transformatorā, rezervārā šķīve atkal savienojas ar normālu līniju, atjaunojot enerģijas piegādi.

Kopumā, zemesanas transformatoru fāzes starpību un nulles sekvenses strāvas aizsardzības trūkumu cēloni un lokālizācija atšķiras, prasām atšķirīgu iestatījumu un konfigurāciju. Tomēr, zemesanas īssavienojuma laikā fāzes starpību aizsardzība var nepareizi darboties, mērīdami nulles sekvenses sastāvdaļas. Ņemot vērā to atšķirīgo automātiskās rezervārās barošanas loģiku, nepareiza darbība var paplašināt trūkuma zonu vai pat izraisīt veselas transformatoru stacijas bezenerģijas situāciju.

3 Gadījuma analīze
3.1 Trūkuma process

110 kV transformatoru stacijas primārā saistīšanas shēma ir parādīta 2. attēlā. Pirms trūkuma, pārdevēja Nr. 1 zemas sprieguma puse 018 pārtraukums bija aizvērts, pārdevēja Nr. 2 zemas sprieguma puse 032 pārtraukums bija aizvērts, un 034 pārtraukums bija testa pozīcijā.

30. jūlijā 2023. gada 06:14 pārdevēja Nr. 2 zemesanas transformatora pārstrāvas I sadales aizsardzība aktivizējās, izslēdzot pārdevēja Nr. 2 zemesanas transformatora 022 pārtraukumu. Tāpat tā interlokēja, lai izslēgtu pārdevēja Nr. 2 zemas sprieguma puse 032 pārtraukumu, izraisot 10 kV II un III šķīves bezenerģijas situāciju. Automātiskā rezervārās barošanas (automātiskā rezervārās barošana) ierīce darbojās, lai aizvērtu 10 kV I/II šķīves savienojuma 020 pārtraukumu.

06:36 pārdevēja Nr. 1 zemesanas transformatora pārstrāvas I sadales aizsardzība aktivizējās, izslēdzot pārdevēja Nr. 1 zemesanas transformatora 015 pārtraukumu un interlokējot, lai izslēgtu pārdevēja Nr. 1 zemas sprieguma puse 018 pārtraukumu, izraisot 10 kV I, II un III šķīves bezenerģijas situāciju. Automātiskā rezervārās barošanas ierīce tad aizvēra pārdevēja Nr. 2 zemas sprieguma puse 032 pārtraukumu un pārdevēja Nr. 2 zemesanas transformatora 022 pārtraukumu. Tomēr, trūkums turpinājās, izraisot pārdevēja Nr. 2 zemesanas transformatora pārstrāvas I sadales aizsardzības aktivizēšanos atkal. 022 pārtraukums tika izslēgts un interlokēja, lai izslēgtu 032 pārtraukumu, beidzot izraisot pilnu 10 kV sistēmas bezenerģijas situāciju transformatoru stacijā.

3.2 Vietējo iekārtu pārbaudes rezultāti
Pirmais ekvipmenta pārbaudes rezultāti:

• Zemesanas transformatora ķermenis: Ne tika atrasti nekādi nenormatīvumi pārdevēja Nr. 1 un Nr. 2 zemesanas transformatoros, bez acīmredzamiem trūkuma zīmēm vikās vai kodolos.

• 10 kV III šķīves PT intervāls (040 sakari):

• Skaidri redzamas ūdens krāpes uz sakaru skapītes virsgrāmatas, kas norāda uz lietus ūdens ieplūdes.

• Smaga ablations C-fāzes pozīcijā rullveida blenda, ar diviem caurumiem augšējā blendā.

• C-fāzes augšējais kontaktpakalpojuma kastīte un statisks kontakts tika salikti un bojāti, ar ūdens akumulāciju kastītē.

• Lokas deguma zīmes C-fāzes augšējā/lejājā kustīgajā kontaktā, annealed sprīgi un bojāts kontaktu rokas izolācijas cilindrs.

• C-fāzes līnijas augšējā izolācijas apvalka sagriezumi un trauksmes. Ūdens krāpes penetrācija tika novērota C-fāzes zonas līnijas kameras aizmugurē, un ūdens krāpes tika kondensētas dzīvās rādītāja sensorā.

• Neliela ūdens akumulācija sprieguma transformatora kamerā, bet trīs fāžu PT neattiecīgi nekādu acīmredzamu ārējo nenormatīvumu.

Ūdens izplūde no 10 kV III šķīves PT kameras virsgrāmatas metāla atbalstam nonāca sakaru skapītē, pasliktinot izolāciju un izraisot C-fāzes izplūdi, kas evolvējās par metāla zemesanas trūkumu. Mazresistīvajā zemesanas sistēmā pārdevēja Nr. 2 zemesanas transformators uzmēra nulles sekvenses strāvas aptuveni 4.3 A/fāze (pārsniedzot 2.5 A pārstrāvas I sadales iestatījumu), izraisot izslēgšanu. Pārstrāvas aizsardzība neatbloķēja 10 kV automātisko rezervārās barošanu, izraisot atkārtotas operācijas. Galīgā izslēgšana atstāja automātisko rezervārās barošanu neuzlādētu, izraisot pilnu 10 kV bezenerģijas situāciju.

Galvenais ieguvējs: "Fāzes strāvas nulles sekvenses kompensācija" kontrolvārds bija atslēgts (iestatīts uz "0"), liekot programmatūrai filtrēt nulles sekvenses sastāvdaļas fāzes strāvās. Ar 13 A nulles sekvenses strāvu, pārstrāvas aizsardzība darbojās nepareizi. Pareizi ieslēgta, šī kontrolvārda būtu izvairījusies no trūkuma. Lielākajā mērā, nulles sekvenses pārstrāvas aizsardzības I sadales (iestatīta 1.4 A) darbība: 1. termiņš izslēdza šķīves savienojumu un bloķēja automātisko rezervārās barošanu; 2. termiņš izslēdza zemesanas un galvenā transformatora pārtraukumus, izolējot II un III šķīves, savukārt I šķīve palika apgādināta.

Galvenais cēlonis: Atslēgtais nulles sekvenses kompensācijas kontrolvārds ļāva fāzes strāvām tikt nepareizi interpretētām.

4 Secinājums

Šajā rakstā tiek aprakstīti zemesanas transformatoru aizsardzības iestatījumi, analizēti nepareizas darbības riski augstām nulles sekvenses strāvām un sniegts piemērs. Lai izvairītos no atkārtotām situācijām:

• Iespējojiet programmatūru balstītas nulles sekvenses kompensācijas funkcijas (piemēram, "fāzes strāvas nulles sekvenses kompensācija" kontrolvārds) mazresistīvajās zemesanas sistēmās.

• Ja šādas funkcijas nav pieejamas, optimizējiet pārstrāvas un nulles sekvenses aizsardzības iestatījumu koordināciju.

Galvenais secinājums: Proaktīvs aizsardzības programmatūras iestatījums ir būtisks, lai izvairītos no nepareizas darbības zemesanas trūkumu laikā.