Seleksie en Beskermingskonfigurasie-optimalisering van 110kV Transformator Neutrale Punt Aardingsmetodes

Inleiding

In hoëspanning-kragstelsels is die transformator se neutrale punt-aardingsmetode 'n kritieke faktor wat die veiligheid, betroubaarheid en stabiliteit van die stelsel beïnvloed. Vir 110 kV-kragstelsels beïnvloed die keuse van die neutrale punt-aardingsmetode die toerusting se isolasievlakke, oorspanningsbeskerming, relaisbeskermingskonfigurasie en die betroubaarheid van die kragtoevoer direk. In China gebruik 110 kV-stelsels tipies 'n ... gedeeltelik effektiewe aardingsmetode, waar sommige transformator-neutrale punte direk geaard is terwyl ander ongeaard bly, met die doel om enkelfase-kortsluitstrome te beperk terwyl oorspanningsdreigemente voorkom word.

Hierdie artikel analiseer die eienskappe, voordele en beperkings van verskillende 110kV transformator neutrale punt aardingsmetodes, ondersoek optimale beskermingskonfigurasiestrategieë en bied toekomstige ontwikkelingstendense aan.

1 Belangrike neutrale punt-aardingsmetodes vir 110kV-transformators

1.1 Direkte aarding

Direkte aardingverwys na die direkte verbinding van die transformator se neutrale punt met die aarde. Hierdie metode stel die neutrale puntpotensiaal effektief vas, wat verseker dat die nie-fout fasespanningstyging nie 1.4 keer die fasespanning oorskry tydens 'n enkelfase-aardfout nie. Dit help om toerusting se isolasievereistes te verlaag en koste te verminder.

'n Beduidende nadeel is egter die baie hoë enkelfase grondfoutstroom(tot etlike duisende ampère), wat die onderbrekingskapasiteit van die stroombreker en die stabiliteit van die stelsel kan beïnvloed. Daarom word direkte aarding gewoonlik gebruik in 110 kV en hoër spanningstelsels waar vinnige foutverwydering nodig is.

1.2 Ongeaarde Neutraal

In 'n ongeaarde stelsel, die transformator se neutrale punt is van die aarde geïsoleer. Wanneer 'n enkelfase-aardfout voorkom, is die foutstroom baie klein (hoofsaaklik die stelsel se kapasitiewe stroom), wat die stelsel toelaat om vir 'n kort tydperk (gewoonlik tot 2 uur) aan te hou werk. Dit verbeter aansienlik betroubaarheid van die kragtoevoer.

In ongeaarde stelsels kan enkelfase-aardfoute egter veroorsaak dat die nie-fout fasespanning tot die lynspanningsvlak styg. As die isolasie swak is, kan dit lei tot onderbreking, wat tot 'n fase-tot-fase fout eskaleer. Daarbenewens kan intermitterende boogaarding ... genereer boogoorspannings, wat 3–3,5 keer die fasespanning bereik, wat 'n bedreiging vir transformatorisolasie inhou.

1.3 Aarding via Klein Impedansie

Om die voordele en nadele van direkte aarding en ongeaarde stelsels te balanseer, die impedansie-aardingsmetodeword dikwels gebruik. Dit sluit in aarding deur 'n klein weerstand of 'n klein reaktansie.

• Klein Weerstand AardingBeperk foutstroom tot etlike honderde ampère, wat die impak op die stelsel verminder terwyl dit steeds vinnige beskermingswerking moontlik maak. Hierdie metode onderdruk oorspannings effektief en is geskik vir kabelintensiewe verspreidingsnetwerke met groot kapasitiewe strome.
• Klein Reaktansie AardingKan die stelsel se kapasitiewe stroom deur induktiewe stroom verreken, wat die waarskynlikheid van boogherontstekking verminder. Hierdie metode word dikwels as 'n gekompenseerde aardingsmetode beskou.

Aarding via klein impedansie kombineer die voordele van beide direkte en ongeaarde stelsels, wat oorspanningsonderdrukking en relatief hoë betroubaarheid van die kragtoevoer bied. Dit word wyd gebruik in 110 kV-stelsels, veral dié met beduidende kapasitiewe strome of wat hoë kraggehalte benodig.

2 Beskermingskonfigurasie vir 110kV-transformatorneutrale punte

2.1 Oorspanningsbedreigings

Die isolasievlak van 'n 110 kV transformator se neutrale punt is tipies semi-geïsoleerde, met 'n weerstandspanninggradering van slegs een derde van die lynpunt. Dit maak die neutrale punt kwesbaar vir oorspanningskade. Primêre oorspanningtipes sluit in:

• Kragfrekwensie-oorspanningVoortspruitend uit lynskakeling, asimmetriese kortsluitings of skielike lasverlies.
• Resonansie OorspanningVeroorsaak deur ossillasies as gevolg van interaksies tussen induktiewe en kapasitiewe elemente tydens stelselbedrywighede of foute.
• Skakel oorspanning: As gevolg van die omskakeling van magnetiese en elektrostatiese energie tydens die oopmaak of sluiting van stroombrekers.
• Weerlig OorspanningVeroorsaak deur weerligstrale, gekenmerk deur hoë amplitude en korte duur.

2.2 Algemene Beskermingstoestelle

Om die transformator se neutrale punt te beskerm, word die volgende beskermingstoestelle algemeen gebruik:

• SpanningsafleiersHierdie beperk weerligoorspanning en sekere skakeloorspannings. Standaard oorspanningsafleiers is egter dikwels onvoldoende vir die lae isolasievlak van 110 kV transformator-neutrale punte, wat die keuse moeilik maak.
• IsolasiegapingsHierdie beskerm teen kragfrekwensie- en resonansie-oorspannings. Wanneer oorspanning voorkom, breek die gaping af, wat die neutrale punt aard om spanningstyging te beperk. 'n Nadeel is die moeilikheid om die gapingafstand presies aan te pas, wat kan lei tot wankoördinasie van die beskerming.
• Parallelle verbinding van oorspanningsafleier en gapingDit is 'n wydgebruikte beskermingsmetode. Die oorspanningsafleier hanteer weerligoorspanning, terwyl die gaping kragfrekwensie- en resonansie-oorspannings aanspreek. Die gaping beskerm ook die oorspanningsafleier teen oormatige kragfrekwensie-oorspannings wat die mislukking daarvan kan veroorsaak. Hierdie benadering bied komplementêre voordele.

2.3 Relaisbeskermingskonfigurasie

Relaisbeskerming vir 'n 110kV transformator-neutrale punt sluit hoofsaaklik die volgende aspekte in:

• Nul-volgorde stroombeskermingVir direk geaarde transformators word nulvolgordestroombeskerming gekonfigureer om grondfoute vinnig te verwyder. Die beskerming word gewoonlik in afdelings verdeel, met kort tydsvertragings vir foutlokalisering en langer tydsvertragings vir die uitskakeling van alle kante van die transformator.
• Nul-volgorde spanningsbeskerming en gapingstroombeskermingVir ongeaarde transformators word nulvolgorde-spanningsbeskerming en gapingstroombeskerming opgestel. Wanneer 'n aardfout veroorsaak dat die stelsel sy grondpunt verloor, wat lei tot 'n styging in die neutrale puntspanning, breek die gaping af. Gapingstroombeskerming of nulvolgorde-spanningsbeskerming tree op met 'n tydvertraging (0.3–0.5s) om die transformator aan alle kante uit te skakel.
• Koördinering van rugsteunbeskermingOm selektiwiteit te verseker, moet nul-volgorde beskermingstydvertragings gekoördineer word. Byvoorbeeld, die tydvertraging vir 'n rugsteunbeskerming op 'n transformator moet langer wees as dié van die lynbeskerming wat dit rugsteun.

3 Optimaliseringsaanbevelings en Gevallestudie

3.1 Beperkings van tradisionele metodes

Terwyl die gebruik van oorspanningsafleiers parallel met gapingsalgemeen is, het hierdie benadering verskeie tekortkominge:

• Moeilikheid met die keuse van 'n oorspanningsafleierDit is moeilik om standaard oorspanningsafleiers te vind wat voldoen aan die vereistes van beide hoë deurlopende bedryfspanning en lae weerligimpuls-residuele spanning vir 110 kV transformator-neutrale punte.
• Uitdagings in gapingsinstellingLugspleet-deurslagspanning is onderhewig aan verspreiding, wat dit moeilik maak om die gapingwerking akkuraat te koördineer vir "verlies van grond" en "met grond" fouttoestande.
• Kompleksiteit van RelaisbeskermingBeskerming teen "verlies van grond" (soos nul-volgorde oorspanning en gaping-oorstroombeskerming) kan wanfunksioneer, wat addisionele blokkeringskriteria noodsaak, wat kompleksiteit verhoog en betroubaarheid verminder.

3.2 Voordele van aarding via klein reaktansie

Navorsing en praktyk dui daarop dat aarding van die neutrale punt via 'n klein reaktansiebied beduidende voordele bo tradisionele gedeeltelike aardingsmetodes:

• Verminderde isolasievlakvereistesNadat klein reaktansie-aarding aangeneem is, kan die isolasievlak van die transformator se neutrale punt van 35 kV tot 20 kV verlaag word, wat die behoefte aan oorspanningsafleiers en gapings uitskakel en die beskermingskonfigurasie vereenvoudig.
• Verenigde AardingsmodusHierdie metode elimineer die voorkoms van 'n geïsoleerde, ongeaarde stelsel, wat die vereenvoudiging of weglating van verwante beskerming moontlik maak, en sodoende betroubaarheid verbeter.
• Behoud van VoordeleDit behou die voordele van gedeeltelike aarding, soos eenvoudige en betroubare nulvolgordebeskerming, terwyl dit enkelfase-kortsluitstrome beperk.

3.3 Gevallestudie-analise

'n Voorbeeld is 'n 110 kV terminale substasietransformasie. Die oorspronklike ontwerp het 'n oorspanningsafleier parallel met 'n gapingvir neutrale puntbeskerming. Na die aanneming van klein reaktansie-aarding is die isolasievlakvereiste van die transformator se neutrale punt egter verminder, beskermingstoestelle vereenvoudig en operasionele betroubaarheid verbeter. Berekeninge het getoon dat die aardweerstand die foutstroom tot 'n paar honderd ampère kon beperk, en die nulvolgordebeskerming kon maklik gekoördineer word.

Nog 'n geval het 'n fout in 'n 110 kV-substasie behels waar 'n kortstondige enkelfase-aardfout op die inkomende lyn gelei het tot 'n neutrale puntgaping-onderbreking en transformator-uitskakeling. Analise het aan die lig gebring dat alhoewel die lynfout kortstondig was, die terugvoer van 'n groot aantal asynchrone motorsaan die laskant het energie vir die boog verskaf, wat die fout onderhou. Dit beklemtoon dat vir transformators met beduidende motorlaste (ekwivalente bronne), volledige neutrale puntbeskerming, insluitend nulvolgorde-oorstroom, gapingstroom en nulvolgorde-spanningsbeskerming, noodsaaklik is tydens die ontwerpfase.

4 Gevolgtrekking en Vooruitsigte

Die keuse van die 110kV transformator neutrale punt aardingsmetode en die beskermingskonfigurasie daarvan is 'n veelsydige taak wat oorweging van stelselstruktuur, laskenmerke en betroubaarheidsvereistes vereis. Terwyl die tradisionele gedeeltelike aardingsmetode gekombineer met oorspanningsafleiers en gapings algemeen is, staar dit uitdagings in die keuse van toestelle en instellingskoördinering in die gesig. klein reaktansie aardingsmetodebied 'n belowende alternatief, wat moontlik isolasievereistes verlaag, beskerming vereenvoudig en betroubaarheid verbeter.

Toekomstige ontwikkelingstendense sal op die volgende gebiede fokus:

• Toepassing van Nuwe ToestelleSoos saamgestelde gapings of beheerbare gapings wat parallel met oorspanningsafleiers gebruik word, wat die betroubaarheid en akkuraatheid van beskerming verbeter.
• Digitale BeskermingstegnologieDeur gebruik te maak van mikrorekenaar-gebaseerde beskerming met gevorderde algoritmes (bv. golfvormidentifikasie, harmoniese analise) om die sensitiwiteit en betroubaarheid van aardfoutbeskerming te verbeter.
• Standaardisering en ModulariseringOntwikkeling van gestandaardiseerde en modulêre neutrale puntbeskermingstoerusting om ontwerp en onderhoud te vereenvoudig.

Kortliks, die optimalisering van die 110kV-transformator se neutrale punt-aardingsmetode en beskermingskonfigurasie is van kardinale belang vir die verbetering van die veiligheid, betroubaarheid en ekonomiese werking van die kragstelsel. Met tegnologiese vooruitgang word verwag dat meer intelligente en doeltreffende oplossings na vore sal kom en wydverspreide toepassing sal vind.