Analiza primera nespravnega delovanja prekurnega zaščitnega releja pri transformatorju zemljenja

Način zemljenja neutrala se nanaša na povezavo med neutralno točko električnega sistema in zemljo. V kitajskih sistemih do 35 kV so pogosti metode nezemljena neutrala, zemljenje s koščkom za ugasanje luka in zemljenje z majhnim upornikom. Nezemljena oblika je široko uporabljena, ker omogoča kratkoročno delovanje ob enofaznih krivicah zemljenja, medtem ko je zemljenje z majhnim upornikom postalo glavna tehnika zaradi hitrega odstranjevanja krivc in omejevanja presežkov napetosti. Mnoge podstanice namestijo transformatorje za zemljenje, da bi posodobile zemljenje neutrala, vendar spremembe značilnic krivc vplivajo na relézaščit, kar lahko povzroči napačno delovanje ali zanikanje.

Ta članek predstavlja načela in značilnosti transformatorjev za zemljenje, razloži trenutno konfiguracijo/ustreznost zaščite z elektrotoplavami v sistemih z majhnimi uporniki, analizira vzroke za napačno delovanje in uporablja primer enofazne krivce zemljenja, da razloži dejanja zaščite in vzroke za neuspeh. Prideluje sklice za obravnavanje/preprečevanje krivc, poglobi razumevanje održevalskih ekip, izboljša učinkovitost iskanja pomankljivosti in odpravlja potencialne tveganja.

Delovanje transformatorja za zemljenje

Med preoblikovanjem podstanice s trokotno vezavo, nezemljeno sistem, v sistem z majhnim upornikom, da bi uvajali neutralno točko, je najpogostejša praksa dodajanje transformatorja za zemljenje na busbar. Trenutno se običajno izbere Z-tipa transformator za zemljenje, ki uvaja točko zemljenja. Nato bo analizirano delovanje Z-tipa transformatorja za zemljenje.

Z-tipa transformator za zemljenje je strukturno podoben navadnemu transformatorju za prenos energije. Vendar je ovijač na vsaki fazni jedri podvojen v dva enakih delov, zgornji in spodnji, ki sta povezana v z-zobast obliko. Njegov način vezave je prikazan na Sliki 1.

Ob pojavu kraškega zaprtja preko zemlje protok nulti vrste teče preko neutralne točke. Z-zobasta vezava Z-tipa transformatorja za zemljenje ustvarja nasprotne protoke nulte vrste v zgornjem in spodnjem ovijaču, ki se izničita in minimalizirata impedanco nulte vrste, da se preprečijo presežki napetosti pri arkovem zemljenju. Za pozitivne/negativne protoke pa njegove elektromagnetne lastnosti, podobne navadnemu transformatorju, ustvarjajo visoko uporno, ki omejuje njihov pretok.

Pri normalnem delovanju transformator za zemljenje deluje blizu brez opterečenja (brez sekundarnega opterečenja). Ob pojavu kraškega zaprtja preko zemlje skozi njega pozitivni, negativni in nulti protoki krivc. Zaradi "visoke impedanci za pozitivne/negativne, nizke impedanci za nulte vrste" oprema za zaščito predvsem meri nulti protok mreže.

2 Konfiguracija in analiza zaščite z elektrotoplavami za transformatorje za zemljenje

Zaščita z elektrotoplavami transformatorjev za zemljenje običajno uporablja faza-do-faze in nuli vrste zaščite. Tukaj je razlaganje:

2.1 Nastavitev zaščite z elektrotoplavami faza-do-faze
2.1.1 Načela nastavitve

Ta zaščita vključuje hitro odpiranje in zaščito pred prevelikim tokom:

• Hitro odpiranje: Koordinirajte s sekundarno zaščito preko prevelikega toka na isti strani preskrbnika. Zagotovite občutljivost pri dvofaznih krajkah (minimalni način delovanja) in izogibajte se talnim tokom (7-10 x nominalni tok transformatorja za zemljenje) in tokom krivc na strani z nižjo napetostjo.

• Zaščita pred prevelikim tokom: Nastavite, da izogibate nominalnemu toku transformatorja za zemljenje in maksimalnemu toku krivc pri enofaznem zemljenju zunaj, da zagotovite zanesljivost.

• Logika delovanja: Hitro odpiranje deluje takoj (brez zamude); zaščita pred prevelikim tokom (sekundarna zaščita za dvofazne kraje) ima kratko zamudo in nižje nastavitve za ravnomerno koordiniranje.

2.1.2 Načini odpiranja

Glede na povezavo transformatorja za zemljenje z preskrbnikom:

• Povezan na busbar z nižjo napetostjo: Hitro odpiranje/zaščita pred prevelikim tokom odpira preklopnik na isti strani, da hitro izolira krivce.

• Povezan na vodnik z nižjo napetostjo: Zaščita odpira vse preklopnike, da prekine pot krivce in prepreči nadaljnji razvoj.

2.2 Nastavitev zaščite nulte vrste za transformatorje za zemljenje
2.2.1 Načela nastavitve

• Vrednost nastavitve toka mora zagotoviti zadostno občutljivost ob pojavu enofazne krivce zemljenja.

• Sodelujte z vrednostjo dolgoročne zaščite za polnoumnost zaščite nulte vrste na nižji ravni.

• Za prvi časovni mejnik nulte vrste je treba upoštevati izogibanje zaporednemu pojavu enofaznih krivc zemljenja na dveh vodnikih.

• Čas delovanja mora biti daljši od najdaljšega časa delovanja Sekcije II nulte vrste vseh povezanih komponent busbara.

Ker zaščita nulte vrste transformatorja za zemljenje ne služi kot glavna zaščita, obstajajo tri časovne meje, ki so prikazane spodaj:

V formuli: t0¹, t0², t0³ so 1., 2. in 3. časovne meje zaščite nulte vrste transformatorja za zemljenje; t_0I' je časovna vrednost nastavitve Sekcije I nulte vrste odhodnega vodnika; t_0II' je najdaljša časovna vrednost nastavitve Sekcije II zaščite nulte vrste vseh opreme na busbaru, razen transformatorja za zemljenje; Δt je nastavljena na 0,2-0,5 s.

2.2.2 Načini odpiranja

• Ko je transformator za zemljenje povezan na ustrezen busbar podstanice, deluje zaščita nulte vrste: 1. časovna meja odpira preklopnik busbar povezave ali preklopnik sekcije in blokira napravo za avtomatsko zamenjavo rezervnega preskrbnika (kratko "avtomatsko zamenjavo rezerve"); 2. časovna meja odpira preklopnike na isti strani transformatorja za zemljenje in preskrbnika.

• Ko je transformator za zemljenje povezan na ustrezen vodnik preskrbnika, deluje zaščita nulte vrste: 1. časovna meja odpira preklopnik busbar povezave ali preklopnik sekcije in blokira avtomatsko zamenjavo rezerve; 2. časovna meja odpira preklopnik na isti strani preskrbnika; 3. časovna meja odpira preklopnike na vseh straneh preskrbnika.

2.3 Analiza delovanja zaščite z elektrotoplavami za transformatorje za zemljenje

Analiza konfiguracije zaščite transformatorja za zemljenje kaže na bistvene razlike v načinu odpiranja med zaščito faza-do-faze in zaščito nulte vrste: zaščita nulte vrste blokira avtomatsko zamenjavo rezerve med delovanjem, medtem ko zaščita faza-do-faze ne.

Če doseže točka, ki jo meri naprava za zaščito, operacijsko vrednost in pojavlja se krivca zemljenja (transformator za zemljenje je edina pot nulte vrste v sistemu z majhnim upornikom), naprava zazna krivco, vendar ne more določiti njenega položaja. Če je krivca na odhodnem vodniku, po tem, ko zaščita odpre transformator za zemljenje, avtomatska zamenjava rezerve preklopi na rezervni busbar. Če rezervni busbar ponovno zapre na nepravilni vodnik, transformator za zemljenje na njem še vedno zazna nulti tok, kar povzroči novo odpiranje. Ker avtomatska zamenjava rezerve še ni zaključila nabiranja, se lahko obseg odpovedi poveča. Zato mora zaščita nulte vrste blokirati avtomatsko zamenjavo rezerve.

Ko dejanje zaščite faza-do-faze (vendar ne zaščite nulte vrste), naprava sodi, da gre za dvofazno krajo v samem transformatorju za zemljenje. Odpre transformator za zemljenje, vzporedno odpre preklopnik na isti strani preskrbnika, in avtomatska zamenjava rezerve preklopi na rezervni busbar. Ker je krivca na odprtih transformatorju za zemljenje, rezervni busbar ponovno poveže na normalni vodnik, da obnovi osvetlitev.

Združeno, zaščite faza-do-faze in nulte vrste transformatorjev za zemljenje se bistveno razlikujejo v sodbi o vzroku in lokaciji krivc, zahtevajo različne nastavitve in konfiguracije. Vendar lahko zaščita faza-do-faze ob pojavu kraškega zaprtja zemljenja napačno deluje zaradi zaznanih komponent nulte vrste. Glede na njune različne logike avtomatske zamenjave rezerve, lahko napačno delovanje poveča obseg krivc ali celo povzroči popolno odvedbo podstanice.

3 Analiza primera
3.1 Postopek krivce

Glavni shema vezave 110 kV podstanice je prikazana na Sliki 2. Pred pojavom krivce je bil preklopnik 018 z nižjo napetostjo transformatorja 1 zaprt, preklopnik 032 z nižjo napetostjo transformatorja 2 zaprt, preklopnik 034 pa je bil v testni legi.

Dne 30. julija 2023 ob 06:14 se je aktivirala zaščita pred prevelikim tokom I sekcije drugega transformatorja za zemljenje, odprejšča preklopnik 022 drugega transformatorja za zemljenje. Hkrati je zaprl preklopnik 032 z nižjo napetostjo transformatorja 2, kar je povzročilo izgubo moči na 10 kV busbarju II in III. Naprava za avtomatsko zamenjavo rezerve (avtomatska zamenjava rezerve) je delovala, da bi zaprla preklopnik 020 povezave 10 kV busbarja I/II.

Ob 06:36 se je aktivirala zaščita pred prevelikim tokom I sekcije prvega transformatorja za zemljenje, odprejšča preklopnik 015 prvega transformatorja za zemljenje in zaprla preklopnik 018 z nižjo napetostjo transformatorja 1, kar je povzročilo izgubo moči na vseh 10 kV busbarjih I, II in III. Avtomatska zamenjava rezerve je nato zaprla preklopnik 032 z nižjo napetostjo transformatorja 2 in preklopnik 022 drugega transformatorja za zemljenje. Vendar je krivca ostala, kar je povzročilo ponovno aktiviranje zaščite pred prevelikim tokom I sekcije drugega transformatorja za zemljenje. Preklopnik 022 se je odprl in zaprl preklopnik 032, kar je končno povzročilo popolno odvedbo 10 kV sistema podstanice.

3.2 Rezultati pregleda opreme na mestu
Pregled primarne opreme:

• Telo transformatorja za zemljenje: Ni bilo zaznanih nenormalnosti v prvem in drugem transformatorju za zemljenje, brez očitnih sledi krivc v ovijačih ali jedrih.

• Interval PT 10 kV busbarja III (škornica 040):

• Očitne sledi vode na zgornji pokrovici škornice, kar kaže na vtres vode.

• Severna ablacija na C-faznem položaju zategnega zaslona, z dvema prozoriščema na zgornjem zaslonu.

• C-fazni zgornji stikovnik in statični stik so bili pokvarjeni in izgoreli, z notranjim nagromadkom tekoče vode.

• Spaljene sledi na zgornjem/spodnjem premikajočem stiku C-faze varovalnega vozila, ohlajeni spirale in pokvarjeni izolirni cilindri stikov.

• Vanjska izolirna rukavica C-faze busbara v busbarski komori je bila spaljena in trčila. V C-faznem območju busbarske komori je bila zaznana vtres vode, in kondenzirana kaplje vode na senzorju živega prikaza.

• Malenkost vode se je nagromadila na dnu komore napetostnega transformatorja, medtem ko tri-fazni PT-ji niso imeli očitnih zunanji nenormalnosti.

Voda, ki je vtresla skozi stalno podporo nad komoro PT 10 kV busbarja III, je zmanjšala izolacijo in povzročila C-fazni iztok, ki se je razvil v kovinski krivico zemljenja. V sistemu z majhnim upornikom je drugi transformator za zemljenje zaznal nulte toke ~4,3 A/faza (presegajo nastavitev prevelikega toka I sekcije 2,5 A), kar je povzročilo odpiranje. Zaščita pred prevelikim tokom ne blokira 10 kV avtomatske zamenjave rezerve, kar je vodilo do ponovnih dejanj. Končno odpiranje je pustilo avtomatsko zamenjavo rezerve brez naboja, kar je povzročilo popolno odvedbo 10 kV.

Ključni prispevni dejavnik: Kontrolna beseda "izpostavljanje nulte vrste faznega toka" je bila onemogočena (nastavljena na "0"), kar je preprečilo programsko filtriranje komponent nulte vrste v faznih tokih. S 13 A nultim tokom je zaščita pred prevelikim tokom napačno delovala. Pravilno omogočena, ta kontrola bi preprečila krivco. Namesto tega, je zaščita pred prevelikim tokom nulte vrste I sekcije (nastavljena na 1,4 A) delovala: 1. časovna meja je odprla preklopnik povezave busbarja in blokirala avtomatsko zamenjavo rezerve; 2. časovna meja je odprla preklopnike transformatorja za zemljenje in glavnega transformatorja, izolirala busbarje II/III, medtem ko je busbar I ostal osvetljen.

Koreninska pricina: Onemogočena kontrolna beseda za izpostavljanje nulte vrste je dovolila napačno interpretacijo faznega toka.

4 Zaključek

Ta članek opisuje nastavitve zaščite transformatorjev za zemljenje, analizira tveganja napačnega delovanja ob visokih nultih tokih in predstavi primer. Da bi preprečili ponovitev:

• Omogočite programske funkcije za izpostavljanje nulte vrste (npr. kontrolna beseda "izpostavljanje nulte vrste faznega toka") v sistemih z majhnim upornikom.

• Če takšne funkcije niso na voljo, optimizirajte usklajevanje med nastavitvami zaščite pred prevelikim tokom in zaščito nulte vrste.

Ključni ugotovitek: Proaktivna konfiguracija programske zaščite je ključna za preprečevanje napačnega delovanja ob pojavu kraških zaprtij zemljenja.