Выбар і аптымізацыя канфігурацыі абароны метадаў зазямлення нейтральнай кропкі трансфарматара 110 кВ

Уводзіны

У высакавольтных энергасістэмах метад зазямлення нейтральнай кропкі трансфарматара з'яўляецца найважнейшым фактарам, які ўплывае на бяспеку, надзейнасць і стабільнасць сістэмы. Для энергасістэм 110 кВ выбар метаду зазямлення нейтральнай кропкі непасрэдна ўплывае на ўзровень ізаляцыі абсталявання, абарону ад перанапружання, канфігурацыю рэлейнай абароны і надзейнасць электразабеспячэння. У Кітаі сістэмы 110 кВ звычайна выкарыстоўваюць... часткова эфектыўны метад зазямлення, дзе некаторыя нейтральныя кропкі трансфарматара непасрэдна зазямляюцца, а іншыя застаюцца незазямлёнымі, што мае на мэце абмежаваць аднафазныя токі кароткага замыкання, адначасова прадухіляючы пагрозы перанапружання.

У гэтым артыкуле аналізуюцца характарыстыкі, перавагі і абмежаванні розных метадаў зазямлення нейтральнай кропкі трансфарматараў 110 кВ, даследуюцца аптымальныя стратэгіі канфігурацыі абароны і прадстаўлены будучыя тэндэнцыі развіцця.

1 Асноўныя метады зазямлення нейтральнай кропкі для трансфарматараў 110 кВ

1.1 Прамое зазямленне

Прамое зазямленнеазначае непасрэднае падключэнне нейтральнай кропкі трансфарматара да зямлі. Гэты метад эфектыўна фіксуе патэнцыял нейтральнай кропкі, гарантуючы, што падчас аднафазнага замыкання на зямлю павышэнне напружання ў нармальнай фазе не перавышае 1,4 раза фазнага напружання. Гэта дапамагае знізіць патрабаванні да ізаляцыі абсталявання і знізіць выдаткі.

Аднак істотным недахопам з'яўляецца вельмі высокі аднафазны ток замыкання на зямлю(да некалькіх тысяч ампер), што можа паўплываць на здольнасць выключальніка адключаць і стабільнасць сістэмы. Таму прамое зазямленне звычайна выкарыстоўваецца ў сістэмах напружання 110 кВ і вышэй, дзе неабходна хуткае ліквідацыя няспраўнасці.

1.2 Незаземленая нейтраль

У незаземленая сістэма, нейтральная кропка трансфарматара ізалявана ад зямлі. Пры аднафазным замыканні на зямлю ток кароткага замыкання вельмі малы (у асноўным ёмістны ток сістэмы), што дазваляе сістэме працягваць працаваць на працягу кароткага перыяду (звычайна да 2 гадзін). Гэта значна паляпшае надзейнасць электразабеспячэння.

Аднак у незаземленых сістэмах аднафазныя замыканні на зямлю могуць прывесці да павышэння напружання фаз без замыкання да ўзроўню лінейнага напружання. Калі ізаляцыя слабая, гэта можа прывесці да прабою, які перарастае ў міжфазнае замыканне. Акрамя таго, перыядычная дуга зазямлення можа выклікаць перанапружанне дугі, дасягаючы ў 3–3,5 раза перавышэння фазнага напружання, што стварае пагрозу для ізаляцыі трансфарматара.

1.3 Зазямленне праз малы імпеданс

Каб збалансаваць перавагі і недахопы прамога зазямлення і незазямлёных сістэм, метад зазямлення імпедансучаста выкарыстоўваецца. Гэта ўключае ў сябе зазямленне праз невялікі супраціў або невялікі рэактыўны супраціў.

• Зазямленне з малым супраціўленнемАбмяжоўвае ток кароткага замыкання да некалькіх сотняў ампер, змяншаючы ўздзеянне на сістэму, адначасова забяспечваючы хуткае спрацоўванне абароны. Гэты метад эфектыўна падаўляе перанапружанне і падыходзіць для размеркавальных сетак з вялікай колькасцю кабеляў і вялікімі ёмістнымі токамі.
• Зазямленне з малым рэактыўным супраціўленнемМожа кампенсаваць ёмістны ток сістэмы праз індуктыўны ток, зніжаючы верагоднасць паўторнага ўзгарання дугі. Гэты метад часта лічыцца кампенсаваным метадам зазямлення.

Зазямленне з малым імпедансам спалучае перавагі як прамых, так і незазямлёных сістэм, забяспечваючы падаўленне перанапружання і адносна высокую надзейнасць электразабеспячэння. Яно шырока выкарыстоўваецца ў сістэмах 110 кВ, асабліва тых, якія маюць значныя ёмістныя токі або патрабуюць высокай якасці электраэнергіі.

2 Канфігурацыя абароны для нейтральных пунктаў трансфарматара 110 кВ

2.1 Пагрозы перанапружання

Узровень ізаляцыі нейтральнай кропкі трансфарматара 110 кВ звычайна складае паўізаляваны, з намінальным вытрымлівальным напружаннем толькі адну траціну канца лініі. Гэта робіць нейтральную кропку ўразлівай да пашкоджанняў ад перанапружання. Асноўныя тыпы перанапружання ўключаюць:

• Перанапружанне прамысловай частатыУзнікае з-за пераключэння лініі, асіметрычных кароткіх замыканняў або раптоўнай страты нагрузкі.
• Рэзананснае перанапружаннеВыклікаюцца ваганнямі з-за ўзаемадзеяння паміж індуктыўнымі і ёмістнымі элементамі падчас працы сістэмы або няспраўнасцяў.
• Пераключэнне перанапружанняУ выніку пераўтварэння магнітнай і электрастатычнай энергіі падчас адключэння або заключэння выключальнікаў.
• Перанапружанне маланкіВыклікаецца ўдарамі маланкі, характарызуецца высокай амплітудай і кароткай працягласцю.

2.2 Агульныя прылады абароны

Для абароны нулявой кропкі трансфарматара звычайна выкарыстоўваюцца наступныя ахоўныя прылады:

• Разраднікі ад перанапружанняЯны абмяжоўваюць перанапружанне ад маланкі і некаторыя камутацыйныя перанапружанні. Аднак стандартныя разраднікі часта недастатковыя для нізкага ўзроўню ізаляцыі нейтральных кропак трансфарматара 110 кВ, што ўскладняе выбар.
• Ізаляцыйныя прабелыЯны абараняюць ад перанапружання прамысловай частаты і рэзананснага перанапружання. Пры ўзнікненні перанапружання зазор прабіваецца, зазямляючы нейтральную кропку, каб абмежаваць павышэнне напружання. Недахопам з'яўляецца складанасць дакладнай рэгулявання адлегласці зазору, што можа прывесці да няправільнай каардынацыі абароны.
• Паралельнае падключэнне разрадніка і зазоруГэта шырока выкарыстоўваны метад абароны. Разраднік перанапружання абараняе ад перанапружання маланкі, а разраднік вырашае праблемы з перанапружаннем прамысловай частаты і рэзананснымі перанапружаннямі. Разраднік таксама абараняе разраднік ад празмерных перанапружанняў прамысловай частаты, якія могуць прывесці да яго паломкі. Гэты падыход прапануе дадатковыя перавагі.

2.3 Канфігурацыя рэлейнай абароны

Рэлейная абарона для нейтральнага пункта трансфарматара 110 кВ у асноўным уключае наступныя аспекты:

• Абарона ад току нулявой паслядоўнасціДля трансфарматараў з непасрэдным зазямленнем абарона ад току нулявой паслядоўнасці настроена для хуткага ліквідацыі замыканняў на зямлю. Абарона звычайна падзелена на секцыі з кароткімі затрымкамі часу для лакалізацыі замыкання і больш працяглымі затрымкамі часу для адключэння ўсіх бакоў трансфарматара.
• Абарона ад напружання нулявой паслядоўнасці і абарона ад току разрывуДля незаземленых трансфарматараў усталёўваецца абарона ад напружання нулявой паслядоўнасці і абарона ад току замыкання. Калі замыканне на зямлю прыводзіць да страты зазямлення сістэмы, што прыводзіць да павышэння напружання ў нейтральнай кропцы, замыканне разрываецца. Абарона ад току замыкання або абарона ад напружання нулявой паслядоўнасці спрацоўвае з затрымкай часу (0,3–0,5 с), каб адключыць трансфарматар з усіх бакоў.
• Каардынацыя рэзервовай абароныДля забеспячэння селектыўнасці неабходна скаардынаваць затрымкі часу абароны нулявой паслядоўнасці. Напрыклад, затрымка часу для рэзервовай абароны трансфарматара павінна быць большай, чым затрымка часу для рэзервовай абароны лініі.

3 Рэкамендацыі па аптымізацыі і аналіз канкрэтных выпадкаў

3.1 Абмежаванні традыцыйных метадаў

У той час як выкарыстанне разраднікі для перанапружання паралельна з прамежкаміраспаўсюджаны, гэты падыход мае некалькі недахопаў:

• Складанасці ў выбары разраднікаСкладана знайсці стандартныя разраднікі для абароны ад перанапружання, якія адпавядаюць патрабаванням як высокага бесперапыннага працоўнага напружання, так і нізкага рэшткавага напружання маланкі для нейтральных пунктаў трансфарматара 110 кВ.
• Праблемы ў вызначэнні прабелаўПрабойнае напружанне паветранага зазору схільнае да рассейвання, што ўскладняе дакладную каардынацыю працы зазору пры замыканні на зямлю і замыканні на зямлю.
• Складанасць рэлейнай абароныАбарона ад «страты зямлі» (напрыклад, абарона ад перанапружання нулявой паслядоўнасці і абарона ад перагрузкі па току ў прамежку) можа працаваць няспраўна, што патрабуе дадатковых крытэрыяў блакіроўкі, што павялічвае складанасць і зніжае надзейнасць.

3.2 Перавагі зазямлення з дапамогай малога рэактыўнага супраціўлення

Даследаванні і практыка паказваюць, што зазямленне нейтральнай кропкі праз малы рэактыўны супраціўпрапануе значныя перавагі перад традыцыйнымі метадамі частковага зазямлення:

• Паніжаныя патрабаванні да ўзроўню ізаляцыіПасля выкарыстання зазямлення з малым рэактыўным супраціўленнем узровень ізаляцыі нейтральнай кропкі трансфарматара можна знізіць з 35 кВ да 20 кВ, што дазваляе пазбегнуць неабходнасці ў разрадніках і зазорах, а таксама спрасціць канфігурацыю абароны.
• Уніфікаваны рэжым зазямленняГэты метад выключае ўзнікненне ізаляванай незаземленай сістэмы, што дазваляе спрасціць або абысціся без адпаведнай абароны, тым самым павышаючы надзейнасць.
• Захаванне перавагЁн захоўвае перавагі частковага зазямлення, такія як простая і надзейная абарона ад нулявой паслядоўнасці, адначасова абмяжоўваючы токі кароткага замыкання ў аднафазных умовах.

3.3 Аналіз канкрэтнага выпадку

Прыкладам можа служыць трансфармацыя канцавой падстанцыі 110 кВ. У першапачатковым праекце выкарыстоўвалася разраднік для разраднікаў, паралельны з прамежкамдля абароны нейтральнай кропкі. Аднак пасля ўкаранення зазямлення з малым рэактыўным супраціўленнем патрабаванні да ўзроўню ізаляцыі нейтральнай кропкі трансфарматара былі зніжаны, ахоўныя прылады былі спрашчаны, а эксплуатацыйная надзейнасць палепшана. Разлікі паказалі, што супраціўленне зазямлення можа абмежаваць ток кароткага замыкання некалькімі сотнямі ампер, і абарону нулявой паслядоўнасці можна лёгка скаардынаваць.

Іншы выпадак тычыўся няспраўнасці падстанцыі 110 кВ, дзе кароткачасовае аднафазнае замыканне на зямлю на ўваходнай лініі прывяло да прабою разрыву нейтральнай кропкі і адключэння трансфарматара. Аналіз паказаў, што, хоць замыканне лініі было кароткачасовым, зваротная сувязь ад вялікай колькасці асінхронных рухавікоўз боку нагрузкі забяспечвалі энергію для дугі, падтрымліваючы замыканне. Гэта падкрэслівае, што для трансфарматараў са значнымі нагрузкамі рухавіка (эквівалентныя крыніцы) поўная абарона нейтральнай кропкі, уключаючы абарону ад перагрузкі па току нулявой паслядоўнасці, току разрыву і напружання нулявой паслядоўнасці, мае важнае значэнне на этапе праектавання.

4 Выснова і перспектывы

Выбар метаду зазямлення нейтральнай кропкі трансфарматара 110 кВ і канфігурацыі яго абароны — гэта шматгранная задача, якая патрабуе ўліку структуры сістэмы, характарыстык нагрузкі і патрабаванняў да надзейнасці. Хоць традыцыйны метад частковага зазямлення ў спалучэнні з разраднікамі і прамежкамі з'яўляецца распаўсюджаным, ён сутыкаецца з праблемамі ў выбары прылады і каардынацыі наладкі. метад зазямлення з малым рэактыўным супраціўленнемпрапануе перспектыўную альтэрнатыву, патэнцыйна зніжаючы патрабаванні да ізаляцыі, спрашчаючы абарону і павышаючы надзейнасць.

Будучыя тэндэнцыі развіцця будуць сканцэнтраваны на наступных напрамках:

• Прымяненне новых прыладНапрыклад, кампазітныя разраднікі або кіраваныя разраднікі, якія выкарыстоўваюцца паралельна з разраднікамі перанапружання, павышаюць надзейнасць і дакладнасць абароны.
• Тэхналогія лічбавай абароныВыкарыстанне мікракамп'ютарнай абароны з перадавымі алгарытмамі (напрыклад, ідэнтыфікацыя формы сігналу, аналіз гармонік) для павышэння адчувальнасці і надзейнасці абароны ад замыкання на зямлю.
• Стандартызацыя і модулярызацыяРаспрацоўка стандартызаванага і модульнага абсталявання для абароны нейтральнай кропкі для спрашчэння праектавання і абслугоўвання.

Карацей кажучы, аптымізацыя метаду зазямлення нейтральнай кропкі трансфарматара 110 кВ і канфігурацыі абароны мае вырашальнае значэнне для павышэння бяспекі, надзейнасці і эканамічнасці эксплуатацыі энергасістэмы. З развіццём тэхналогій чакаецца з'яўленне больш інтэлектуальных і эфектыўных рашэнняў, якія атрымаюць шырокае прымяненне.