110 kV trafo neutraalpunkti maandusmeetodite valik ja kaitsekonfiguratsiooni optimeerimine

Sissejuhatus

Kõrgepingesüsteemides on trafo neutraalpunkti maandusmeetod kriitiline tegur, mis mõjutab süsteemi ohutust, töökindlust ja stabiilsust. 110 kV elektrisüsteemide puhul mõjutab neutraalpunkti maandusmeetodi valik otseselt seadmete isolatsioonitaset, ülepingekaitset, releekaitse konfiguratsiooni ja toiteallika töökindlust. Hiinas kasutavad 110 kV süsteemid tavaliselt osaliselt efektiivne maandusmeetod, kus mõned trafo neutraalpunktid on otse maandatud, samas kui teised jäävad maandamata, eesmärgiga piirata ühefaasilisi lühisvoolusid, ennetades samal ajal ülepingeohtu.

See artikkel analüüsib erinevate 110 kV trafo neutraalpunkti maandusmeetodite omadusi, eeliseid ja piiranguid, uurib optimaalseid kaitsekonfiguratsiooni strateegiaid ja tutvustab tulevasi arengusuundi.

110 kV trafode neutraalpunkti maandusmeetodid

1.1 Otsene maandus

Otsene maandusviitab trafo neutraalpunkti otseühendusele maandusega. See meetod fikseerib tõhusalt neutraalpunkti potentsiaali, tagades, et ühefaasilise maanduse korral ei ületa rikkevaba faasipinge tõus 1,4 korda faasipinget. See aitab vähendada seadmete isolatsiooninõudeid ja kulusid.

Märkimisväärseks puuduseks on aga see, väga kõrge ühefaasiline maandusvool(kuni mitu tuhat amprit), mis võib mõjutada kaitselülitite katkestusvõimet ja süsteemi stabiilsust. Seetõttu kasutatakse otsest maandust üldiselt 110 kV ja kõrgema pingega süsteemides, kus on vaja kiiret rikke kõrvaldamist.

1.2 Maandamata neutraalne

Ühes maandamata süsteem, trafo neutraalpunkt on maast isoleeritud. Ühefaasilise maandusrikke korral on rikkevool väga väike (peamiselt süsteemi mahtuvuslik vool), mis võimaldab süsteemil lühikest aega (tavaliselt kuni 2 tundi) tööd jätkata. See suurendab oluliselt toiteallika töökindlus.

Maandamata süsteemides võivad ühefaasilised maandusrikked aga põhjustada rikkevaba faasipinge tõusu liinipinge tasemele. Nõrga isolatsiooni korral võib see viia rikkeni, mis eskaleerub faasidevaheliseks rikkeks. Lisaks võib vahelduv kaar-maandus tekitada kaare ülepinged, ulatudes 3–3,5 korda faasipingest kõrgemale, ohustades trafo isolatsiooni.

1.3 Maandus väikese takistuse kaudu

Otsese maanduse ja maandamata süsteemide eeliste ja puuduste tasakaalustamiseks impedantsi maandusmeetodkasutatakse sageli. See hõlmab maandamist väikese takistuse või väikese reaktantsi kaudu.

• Väike takistusega maandusPiirab rikkevoolu mõnesaja amprini, vähendades süsteemile avalduvat mõju, võimaldades samal ajal kiiret kaitsetoimingut. See meetod summutab tõhusalt ülepingeid ja sobib kaablimahukate jaotusvõrkude jaoks, millel on suured mahtuvuslikud voolud.
• Väikese reaktantsiga maandus: Suudab süsteemi mahtuvuslikku voolu kompenseerida induktiivvoolu abil, vähendades kaare taassüttimise tõenäosust. Seda meetodit peetakse sageli kompenseeritud maandusmeetodiks.

Väikese impedantsi kaudu maandamine ühendab endas nii otse- kui ka maandamata süsteemide eelised, pakkudes ülepinge summutamist ja suhteliselt suurt toiteallika töökindlust. Seda kasutatakse laialdaselt 110 kV süsteemides, eriti nendes, millel on märkimisväärsed mahtuvusvoolud või mis vajavad kõrget toitekvaliteeti.

2 Kaitsekonfiguratsioon 110 kV trafo neutraalpunktidele

2.1 Ülepingeohud

110 kV trafo neutraalpunkti isolatsioonitase on tavaliselt poolisoleeritud, mille taluvuspinge on vaid üks kolmandik liini otsast. See muudab neutraalpunkti ülepingekahjustuste suhtes haavatavaks. Peamised ülepinge tüübid on järgmised:

• Võimsussageduse ülepingeTekkivad liinilülituse, asümmeetriliste lühiste või äkilise koormuskadu tagajärjel.
• Resonantsi ülepingeTekib induktiivsete ja mahtuvuslike elementide vastastikmõjust tingitud võnkumiste tõttu süsteemi töö või rikete ajal.
• Ülepinge lülitus: Tekib magnetilise ja elektrostaatilise energia muundumise tulemusena kaitselülitite avamise või sulgemise ajal.
• Välgu ülepingeVälgulöökidest tingitud, mida iseloomustab suur amplituud ja lühike kestus.

2.2 Levinud kaitseseadmed

Trafo neutraalpunkti kaitsmiseks kasutatakse tavaliselt järgmisi kaitseseadmeid:

• LiigpingepiirikudNeed piiravad välgu ülepinget ja teatud lülitusülepingeid. Standardsed ülepingepiirikud on aga sageli ebapiisavad 110 kV trafo neutraalpunktide madala isolatsioonitaseme jaoks, mistõttu on valiku tegemine keeruline.
• IsolatsioonilüngadNeed kaitsevad võrgusageduse ja resonantsi ülepingete eest. Ülepinge tekkimisel katkeb vahe, maandades neutraalpunkti, et piirata pinge tõusu. Puuduseks on vahekauguse täpne reguleerimine, mis võib viia kaitse koordinatsioonihäireteni.
• Liigpingepiiriku ja pilu paralleelühendusSee on laialdaselt kasutatav kaitsemeetod. Liigpingepiirik käsitleb välgu ülepinget, samas kui vahe on suunatud võrgusageduse ja resonantsi ülepingetele. Vahe kaitseb liigpingepiirikut ka liigse võrgusageduse ülepinge eest, mis võib põhjustada selle rikke. See lähenemisviis pakub täiendavaid eeliseid.

2.3 Releekaitse konfiguratsioon

110 kV trafo neutraalpunkti releekaitse hõlmab peamiselt järgmisi aspekte:

• Nulljärjestusvoolu kaitseOtse maandatud trafode puhul on nulljada voolukaitse konfigureeritud maalühiste kiireks kõrvaldamiseks. Kaitse on tavaliselt jagatud osadeks, millel on lühikesed viiteajad rikke lokaliseerimiseks ja pikemad viiteajad trafo kõigi külgede väljalülitamiseks.
• Nulljärjestuspinge kaitse ja vahevoolu kaitseMaandamata trafode jaoks on seadistatud nulljärjestuse pingekaitse ja lüngvoolukaitse. Kui maandusrike põhjustab süsteemi maanduspunkti kaotamise, mis viib neutraalpunkti pinge tõusuni, siis lüng katkeb. Lüngvoolukaitse või nulljärjestuse pingekaitse toimib viivitusega (0,3–0,5 sekundit), et trafot igast küljest välja lülitada.
• Varunduskaitse koordineerimineSelektiivsuse tagamiseks tuleb nulljärjestuse kaitse viiteajad koordineerida. Näiteks trafo varukaitse viiteaeg peaks olema pikem kui liinikaitse viiteaeg, mida see varustab.

3 optimeerimissoovitust ja juhtumianalüüs

3.1 Traditsiooniliste meetodite piirangud

Kuigi kasutamine liigpingepiirikud paralleelselt vahedegaKuigi see on levinud, on sellel lähenemisviisil mitmeid puudusi:

• Liigpingepiiriku valiku raskused110 kV trafo neutraalpunktide jaoks on keeruline leida standardseid liigpingepiirikuid, mis vastavad nii kõrge pideva tööpinge kui ka madala välguimpulsi jääkpinge nõuetele.
• Gap Setting'i väljakutsedÕhupilu läbilöögipinge on hajutatav, mistõttu on õhupilu toimimise täpne koordineerimine "maanduse kadumise" ja "maandusega" rikke korral keeruline.
• Releekaitse keerukusKaitse "maapinna kadumise" eest (näiteks nulljärjestuse ülepinge ja tühimiku ülekoormuskaitse) võib talitlushäireid tekitada, mistõttu on vaja täiendavaid blokeerimiskriteeriume, mis suurendavad keerukust ja vähendavad töökindlust.

3.2 Väikese reaktantsi kaudu maandamise eelised

Uuringud ja praktika näitavad, et Neutraalpunkti maandamine väikese reaktantsi kaudupakub olulisi eeliseid traditsiooniliste osalise maandamise meetodite ees:

• Vähendatud isolatsioonitaseme nõudedPärast väikese reaktantsiga maanduse kasutuselevõttu saab trafo neutraalpunkti isolatsioonitaset alandada 35 kV-lt 20 kV-le, välistades liigpingepiirikute ja vahede vajaduse ning lihtsustades kaitsekonfiguratsiooni.
• Ühendatud maandusrežiimSee meetod välistab isoleeritud maandamata süsteemi esinemise, võimaldades lihtsustada või ära jätta seotud kaitset ja seeläbi suurendada töökindlust.
• Eeliste säilitamineSee säilitab osalise maanduse eelised, näiteks lihtsa ja usaldusväärse nulljärjestuskaitse, piirates samal ajal ühefaasilisi lühisvoolusid.

3.3 Juhtumiuuringu analüüs

Näiteks on 110 kV terminali alajaama ümberehitus. Algses projektis kasutati liigpingepiirik paralleelselt piluganeutraalpunkti kaitsmiseks. Pärast väikese reaktantsiga maanduse kasutuselevõttu aga vähendati trafo neutraalpunkti isolatsioonitaseme nõuet, lihtsustati kaitseseadmeid ja parandati töökindlust. Arvutused näitasid, et maandustakistus suutis piirata rikkevoolu mõnesaja amprini ja nulljärjestuse kaitset oli lihtne koordineerida.

Teine juhtum hõlmas riket 110 kV alajaamas, kus sissetuleva liini mööduv ühefaasiline maandusrike põhjustas neutraalpunkti vahe läbilöögi ja trafo rakendumise. Analüüs näitas, et kuigi liini rike oli mööduv, tagasiside suurelt hulgalt asünkroonmootoriteltkoormuspoolel andis energiat kaarele, mis säilitas rikke. See rõhutab, et märkimisväärse mootorikoormusega trafode (samaväärsed allikad) puhul on projekteerimisfaasis oluline täielik neutraalpunkti kaitse, sealhulgas nulljärjestuse ülevoolu-, piluvoolu- ja nulljärjestuse pingekaitse.

4 Kokkuvõte ja väljavaated

110 kV trafo neutraalpunkti maandusmeetodi ja selle kaitsekonfiguratsiooni valimine on mitmetahuline ülesanne, mis nõuab süsteemi struktuuri, koormuskarakteristikute ja töökindluse nõuete arvestamist. Kuigi traditsiooniline osaline maandusmeetod koos liigpingepiirikute ja vahedega on levinud, seisab see silmitsi seadmete valiku ja seadistamise koordineerimisega seotud väljakutsetega. väikese reaktantsi maandusmeetodpakub paljulubavat alternatiivi, mis potentsiaalselt vähendab isolatsiooninõudeid, lihtsustab kaitset ja parandab töökindlust.

Tulevased arengusuunad keskenduvad järgmistele valdkondadele:

• Uute seadmete rakendamineNäiteks komposiitvahed või kontrollitavad vahed, mida kasutatakse paralleelselt liigpingepiirikutega, suurendades kaitse usaldusväärsust ja täpsust.
• Digitaalne kaitsetehnoloogiaMikroarvutipõhise kaitse kasutamine täiustatud algoritmidega (nt lainekuju tuvastamine, harmooniliste analüüs) maandusrikkekaitse tundlikkuse ja töökindluse parandamiseks.
• Standardiseerimine ja modulariseerimineStandardiseeritud ja modulaarsete neutraalpunkti kaitseseadmete väljatöötamine disaini ja hoolduse lihtsustamiseks.

Kokkuvõttes on 110 kV trafo neutraalpunkti maandusmeetodi ja kaitsekonfiguratsiooni optimeerimine elektrisüsteemi ohutuse, töökindluse ja ökonoomse toimimise parandamiseks ülioluline. Tehnoloogia arenguga on oodata intelligentsemate ja tõhusamate lahenduste tekkimist ning laialdast kasutamist.