Pagsusuri ng Kaso sa Maliit na Paggamit ng Overcurrent Protection Relay ng Grounding Transformer

Ang paraan ng pag- ground ng neutral tumutukoy sa koneksyon sa pagitan ng punto ng neutral ng sistema ng enerhiya at lupa. Sa mga sistema ng 35 kV at ibaba sa Tsina, ang mga karaniwang pamamaraan ay kasama ang hindi naka- ground na neutral, grounding ng arc-suppression coil, at small-resistance grounding. Ang mode ng hindi naka- ground ay malawakang ginagamit dahil ito ay nagpapahintulot ng maikling panahon ng operasyon habang may single-phase grounding fault, samantalang ang small-resistance grounding ay naging pangunahing pamamaraan dahil sa mabilis na pag-alis ng fault at pag-limita ng overvoltage. Maraming substation ang nag-iinstall ng grounding transformers upang i-retrofit ang neutral grounding, ngunit ang pagbabago sa mga katangian ng fault ay nakakaapekto sa relay protection, na nagpapabigay-daan sa malisyosong operasyon o pagtanggi.

Ang papel na ito ay ipinapakilala ang mga prinsipyo at katangian ng grounding transformer, inilalatag ang kasalukuyang konfigurasyon/setting ng proteksyon ng current sa mga small-resistance system, analisa ang mga sanhi ng malisyosong operasyon, at gumagamit ng isang kaso ng single-phase grounding upang diseksiyon ang mga aksyon ng proteksyon at ugat ng pagkakamali. Ito ay nagbibigay ng mga sanggunian para sa pag-handle/prevention ng fault, lumalalim sa pag-unawa ng mga tauhan sa maintenance, pumapataas ng epektibidad ng troubleshooting, at nagwawasak ng mga potensyal na panganib.

Paglalarawan ng Pagsasanay ng Earthing Transformer

Sa proseso ng pag-transform ng isang substation na may delta-connected, neutral-ungrounded system sa isang small-resistance grounding system, upang ipakilala ang isang punto ng neutral, ang pinakakaraniwang praktika ay ang pagdaragdag ng earthing transformer sa busbar. Kasalukuyan, ang Z-type earthing transformer ang karaniwang pinili upang ipakilala ang punto ng grounding. Susunod, ang prinsipyong pagsasanay ng Z-type earthing transformer ang susundin.

Ang Z-type earthing transformer ay struktural na katulad ng isang ordinaryong power transformer. Gayunpaman, ang winding sa bawat phase core ay nahahati sa dalawang bahagi na may pantay na bilang ng turns, itaas at ibaba, na konektado sa zig-zag shape. Ang kanyang wiring method ay ipinapakita sa Figure 1.

Kapag may ground short-circuit, ang zero-sequence current ay umuusbong sa pamamagitan ng punto ng neutral. Ang zig-zag connection ng Z-type earthing transformer ay nagpapakilos ng upper at lower winding zero-sequence currents na magkalaban, nagcacancel ng magnetic fluxes at minimizes ang zero-sequence impedance upang maiwasan ang excessive arc-grounding overvoltage. Para sa positive/negative-sequence currents, ang kanyang conventional transformer-like electromagnetic properties ay naggagawa ng mataas na impedance, nagpapahinto sa kanilang pag-flow.

Sa normal na operasyon, ang earthing transformer ay tumatakbo malapit sa no-load (walang secondary load). Sa panahon ng ground fault, ang positive, negative, at zero-sequence fault currents ay dadaan dito. Dahil sa "high positive/negative-sequence, low zero-sequence impedance", ang protective device ay pangunahing nagsusukat ng zero-sequence current ng grid.

2 Konfigurasyon at Analisis ng Proteksyon ng Current para sa Earthing Transformers

Ang typical na current protection para sa earthing transformer ay gamit ang phase-to-phase at zero-sequence current protection. Narito ang detalye:

2.1 Setting ng Phase-to-Phase Current Protection
2.1.1 Mga Prinsipyo ng Setting

Ang proteksyon na ito ay kasama ang instantaneous trip at over-current protection:

• Instantaneous Trip: Koordinado sa backup over-current protection ng power supply transformer sa parehong side. Siguraduhin ang sensitibidad sa panahon ng two-phase short-circuits (minimum operation mode) at iwasan ang inrush currents (7–10× earthing transformer rated current) at fault currents sa low-voltage side.

• Over-Current Protection: Itakda upang iwasan ang rated current ng earthing transformer at maximum fault phase current sa panahon ng external single-phase grounding, siguraduhin ang reliabilidad.

• Operation Logic: Ang instantaneous trip ay nag-ooperate agad (walang delay); ang over-current protection (backup para sa phase-to-phase shorts) ay may maikling delay at mas mababang settings para sa leveled coordination.

2.1.2 Mga Mode ng Tripping

Batay sa koneksyon ng earthing transformer sa power supply transformer:

• Connected sa low-voltage bus: Ang instantaneous trip/over-current protection ay nag-trip ng same-side circuit breaker upang mabilis na i-isolate ang faults.

• Connected sa low-voltage lead: Ang proteksyon ay nag-trip ng all-side circuit breakers upang putulin ang fault path at iwasan ang pag-laki ng problema.

2.2 Setting ng Zero-Sequence Current Protection para sa Earthing Transformers
2.2.1 Mga Prinsipyo ng Setting

• Ang setting value ng current ay dapat siguraduhin ang sapat na sensitibidad kapag may single-phase-to-ground fault.

• Kooperasyon sa setting value ng long-delay protection para sa full-line sensitivity ng lower-level zero-sequence current protection.

• Para sa unang time limit ng zero-sequence current, dapat isipin ang pag-iwas sa successive occurrence ng single-phase-to-ground faults sa dalawang lines.

• Ang operating time ay dapat mas mahaba kaysa sa maximum operating time ng Section Ⅱ ng zero-sequence current ng bawat connected component ng bus.

Dahil ang zero-sequence current protection ng earthing transformer ay hindi naglilingkod bilang pangunahing proteksyon, may tatlong time limits, na ipinapakita sa ibaba:

Sa formula: t0¹, t0², t0³ ang 1st, 2nd, at 3rd time limits ng zero-sequence current protection ng earthing transformer nang may kaayusan; t_0I' ang time setting value ng Section I ng zero-sequence current ng outgoing line; t_0II' ang pinakamahabang time setting value ng Section II ng zero-sequence current protection ng lahat ng equipment sa busbar maliban sa earthing transformer; Δt ay itinalaga bilang 0.2 - 0.5 s.

2.2.2 Mga Mode ng Tripping

• Kapag ang earthing transformer ay konektado sa corresponding busbar ng substation, ang zero-sequence current protection ay nag-operate: ang 1st time limit ay nag-trip ng bus tie circuit breaker o section circuit breaker at nag-block ng automatic standby power supply input device (tinatawag na "automatic standby input" para sa maikling pagkakataon); ang 2nd time limit ay nag-trip ng circuit breakers sa same side ng earthing transformer at power supply transformer.

• Kapag ang earthing transformer ay konektado sa corresponding lead ng power supply transformer, ang zero-sequence current protection ay nag-operate: ang 1st time limit ay nag-trip ng bus tie circuit breaker o section circuit breaker at nag-block ng automatic standby input; ang 2nd time limit ay nag-trip ng circuit breaker sa same side ng power supply transformer; ang 3rd time limit ay nag-trip ng circuit breakers sa all sides ng power supply transformer .

2.3 Analisis ng Operation ng Current Protection para sa Earthing Transformers

Ang analisis ng configuration ng proteksyon ng earthing transformer ay nagpapakita ng malaking pagkakaiba sa mga mode ng tripping sa pagitan ng phase-to-phase at zero-sequence current protections: ang zero-sequence protection ay nag-block ng auto-standby input sa panahon ng operasyon, samantalang ang phase-to-phase protection ay hindi.

Kung ang zero-sequence current na iminomonitor ng protective device ay umabot sa operation value at may ground fault (na ang earthing transformer ay ang tanging zero-sequence current path sa small-resistance grounding system), ang device ay nadetect ang fault ngunit hindi maaaring lokasyonin. Kung ang fault ay sa outgoing line, pagkatapos ng proteksyon na nag-trip ng earthing transformer, ang auto-standby input ay switch sa standby busbar. Kung ang standby busbar ay nag-re-close sa faulty line, ang earthing transformer sa ito ay nadetect pa rin ang zero-sequence current, nag-trigger ng isa pang trip. Dahil ang auto-standby input ay hindi pa natapos ang charging, maaaring lumaki ang saklaw ng outage. Kaya, ang zero-sequence protection ay dapat nag-block ng auto-standby input.

Kapag ang phase-to-phase protection ay nag-operate (ngunit hindi ang zero-sequence protection), ang device ay nag-judge na may phase-to-phase short-circuit sa sarili ng earthing transformer. Ito ay nag-trip ng earthing transformer, parallel-trip ng same-side circuit breaker ng power supply transformer, at ang auto-standby input ay switch sa standby busbar. Dahil ang fault ay sa na-tripped earthing transformer, ang standby busbar ay re-connect sa normal line, nag-restoring ng power.

Sa kabuuan, ang phase-to-phase at zero-sequence current protections ng earthing transformers ay may malaking pagkakaiba sa fault cause at location judgment, na nangangailangan ng distinct settings at configurations. Gayunpaman, sa panahon ng ground short-circuit, ang phase-to-phase protection ay maaaring mag-misoperate dahil sa measured zero-sequence components. Dahil sa kanilang iba't ibang logics ng auto-standby input, ang misoperation ay maaaring lumaki ang saklaw ng fault o kahit na mag-cause ng buong substation blackout.

3 Case Analysis
3.1 Fault Process

Ang primary wiring diagram ng 110 kV substation ay ipinapakita sa Figure 2. Bago ang fault, ang low-voltage side 018 circuit breaker ng Transformer 1 ay naka-close, ang low-voltage side 032 circuit breaker ng Transformer 2 ay naka-close, at ang 034 circuit breaker ay nasa test position.

Noong 06:14 ng Hulyo 30, 2023, ang over-current I section protection ng No. 2 earthing transformer ay nag-activate, nag-trip ng No. 2 earthing transformer 022 circuit breaker. Samantala, ito ay interlocked upang putulin ang low-voltage side 032 circuit breaker ng Transformer 2, nagdulot ng pagkawala ng lakas ng 10 kV Section II at III busbars. Ang automatic standby power supply (auto-standby) device ay nag-operate upang isara ang 10 kV Section I/II bus tie 020 circuit breaker.

Noong 06:36, ang over-current I section protection ng No. 1 earthing transformer ay nag-activate, nag-trip ng No. 1 earthing transformer 015 circuit breaker at interlocked upang putulin ang low-voltage side 018 circuit breaker ng Transformer 1, nagdulot ng pagkawala ng lakas sa lahat ng 10 kV Section I, II, at III busbars. Ang auto-standby device ay pagkatapos ay isara ang low-voltage side 032 circuit breaker ng Transformer 2 at ang No. 2 earthing transformer 022 circuit breaker. Ngunit, ang fault ay patuloy, nag-trigger ng over-current I section protection ng No. 2 earthing transformer muli. Ang 022 circuit breaker ay nag-trip at interlocked upang putulin ang 032 circuit breaker, sa huli nagdulot ng buong pagkawala ng lakas sa 10 kV system ng substation.

3.2 Resulta ng On-site Equipment Inspection
Primary equipment inspection findings:

• Earthing transformer body: Walang anomalya ang natuklasan sa No.1 at No.2 earthing transformers, walang malinaw na trace ng fault sa windings o cores.

• 10 kV Section III bus PT interval (040 switchgear):

• Malinaw na tubig na stains sa itaas na takip ng switchgear cabinet, nagpapahiwatig ng pagpasok ng ulan.

• Seryosong ablation sa C-phase position ng handcart chamber shutter baffle, may dalawang through-holes sa itaas na shutter.

• Ang C-phase upper contact box at static contact ay nasunog at nasira, may liquid water na nakalagay sa loob ng box.

• Arc burn marks sa C-phase upper/lower moving contacts ng arrester handcart, annealed springs, at nasirang contact arm insulating cylinders.

• Ang outer insulating sleeve ng C-phase busbar sa bus chamber ay nasunog at nabigo. Naitala ang penetration ng tubig sa C-phase area ng bus chamber backplate, at may kondensasyon ng tubig sa live display sensor.

• May kaunting tubig na nakalagay sa ilalim ng voltage transformer chamber, habang ang tatlong PTs ay walang malinaw na anomalya sa labas.

Ang pag-leak ng ulan mula sa steel support sa itaas ng 10 kV Section III bus PT chamber ay pumasok sa switchgear, nag-degrade ng insulation at nag-cause ng C-phase discharge na lumaki sa metallic ground fault. Sa low-resistance grounding system, ang No. 2 earthing transformer ay nadetect ang zero-sequence currents ng ~4.3 A/phase (lumampas sa 2.5 A overcurrent I-section setting), nag-trigger ng tripping. Ang overcurrent protection ay hindi nag-block ng 10 kV auto-standby, nag-lead sa repeated operations. Ang final trip ay nag-leave ng auto-standby uncharged, nagdulot ng buong 10 kV outage.

Pangunahing contributing factor: Ang "phase current zero-sequence cancellation" control word ay disabled (set to "0"), nag-prevent ng software filtering ng zero-sequence components sa phase currents. May 13 A zero-sequence current, ang overcurrent protection ay nag-misoperate. Properly enabled, ang kontrol na ito ay maaaring nag-prevent ng fault. Instead, ang zero-sequence overcurrent protection I-section (set at 1.4 A) ay nag-operate: 1st time-limit nag-trip ng bus tie at nag-block ng auto-standby; 2nd time-limit nag-trip ng earthing at main transformer breakers, nag-isolate ng Sections II/III habang ang Section I ay napatuloy na powered.

Root cause: Disabled zero-sequence cancellation control word allowed phase current misinterpretation.

4 Conclusion

Ang papel na ito ay naglalatag ng settings ng proteksyon ng earthing transformer, nag-analisa ng mga panganib ng misoperation sa mataas na zero-sequence currents, at ipinapakita ang isang kaso. Upang iwasan ang pag-ulan:

• Enable ang software-based zero-sequence cancellation features (hal. "phase current zero-sequence cancellation" control word) sa low-resistance grounding systems.

• Kung hindi available ang ganitong mga feature, optimize ang coordination sa pagitan ng overcurrent at zero-sequence protection settings.

Key takeaway: Proactive configuration ng proteksyon software ay critical para sa pag-iwas sa misoperations sa panahon ng ground faults.