Pagpili at Pag-optimize ng Konfigurasyon ng Proteksyon ng mga Paraan ng Pagsasanib ng Neutral Point ng 110kV Transformer

Panimula

Sa mga sistema ng kuryenteng may mataas na boltahe, ang paraan ng pag-ground ng neutral point ng transformer ay isang kritikal na salik na nakakaimpluwensya sa kaligtasan, pagiging maaasahan, at katatagan ng sistema. Para sa mga sistema ng kuryenteng 110kV, ang pagpili ng paraan ng pag-ground ng neutral point ay direktang nakakaapekto sa mga antas ng insulasyon ng kagamitan, proteksyon sa overvoltage, konpigurasyon ng proteksyon ng relay, at pagiging maaasahan ng supply ng kuryente. Sa Tsina, ang mga sistemang 110kV ay karaniwang gumagamit ng bahagyang epektibong paraan ng grounding, kung saan ang ilang neutral point ng transformer ay direktang naka-ground habang ang iba ay nananatiling hindi naka-ground, na naglalayong limitahan ang mga single-phase short-circuit current habang pinipigilan ang mga banta ng overvoltage.

Sinusuri ng artikulong ito ang mga katangian, bentahe, at limitasyon ng iba't ibang pamamaraan ng neutral point grounding ng 110kV transformer, sinusuri ang mga pinakamainam na estratehiya sa pagsasaayos ng proteksyon, at inilalahad ang mga trend sa pag-unlad sa hinaharap.

1 Pangunahing Paraan ng Pagsasanib ng Neutral Point para sa mga 110kV Transformer

1.1 Direktang Pagsasanib

Direktang groundingAng pamamaraang ito ay tumutukoy sa direktang koneksyon ng neutral point ng transformer sa ground. Epektibong inaayos ng pamamaraang ito ang neutral point potential, tinitiyak na sa panahon ng single-phase ground fault, ang pagtaas ng non-fault phase voltage ay hindi lalampas sa 1.4 na beses ng phase voltage. Nakakatulong ito na mapababa ang mga kinakailangan sa insulasyon ng kagamitan at mabawasan ang mga gastos.

Gayunpaman, isang mahalagang disbentaha ay ang napakataas na single-phase ground fault current(hanggang ilang libong amperes), na maaaring makaapekto sa kapasidad ng pag-interrupt ng circuit breaker at katatagan ng sistema. Samakatuwid, ang direktang pag-ground ay karaniwang ginagamit sa mga sistemang 110kV at mas mataas na boltahe kung saan kinakailangan ang mabilis na pag-aalis ng fault.

1.2 Neutral na Walang Ground

Sa isang sistemang walang lupa, ang neutral point ng transformer ay naka-insulate mula sa lupa. Kapag nagkaroon ng single-phase ground fault, ang fault current ay napakaliit (pangunahin na ang capacitive current ng sistema), na nagpapahintulot sa sistema na magpatuloy sa paggana sa loob ng maikling panahon (karaniwan ay hanggang 2 oras). Malaki ang naitutulong nito pagiging maaasahan ng suplay ng kuryente.

Gayunpaman, sa mga sistemang walang ground, ang mga single-phase ground fault ay maaaring maging sanhi ng pagtaas ng non-fault phase voltage sa line voltage level. Kung mahina ang insulation, maaari itong humantong sa pagkasira, na maaaring maging phase-to-phase fault. Bukod pa rito, ang intermittent arc grounding ay maaaring lumikha ng mga overvoltage ng arko, na umaabot sa 3–3.5 beses ng boltahe ng phase, na nagdudulot ng banta sa pagkakabukod ng transformer.

1.3 Pag-ground gamit ang Maliit na Impedance

Upang balansehin ang mga bentaha at disbentaha ng mga sistemang direktang pag-ground at mga sistemang walang ground, ang paraan ng grounding ng impedanceay kadalasang ginagamit. Kabilang dito ang pag-ground sa pamamagitan ng isang maliit na resistensya o isang maliit na reactance.

• Maliit na Pagsasandig ng Resistance: Nililimitahan ang kasalukuyang ng problema sa ilang daang amperes, na binabawasan ang epekto sa sistema habang pinapagana pa rin ang mabilis na operasyon ng proteksyon. Epektibong pinipigilan ng pamamaraang ito ang mga overvoltage at angkop para sa mga network ng distribusyon na gumagamit ng cable at may malalaking capacitive current.
• Maliit na Reactance Grounding: Maaaring i-offset ang capacitive current ng sistema sa pamamagitan ng inductive current, na binabawasan ang posibilidad ng arc reignition. Ang pamamaraang ito ay kadalasang itinuturing na isang compensated grounding method.

Pinagsasama ng grounding sa pamamagitan ng maliit na impedance ang mga benepisyo ng parehong direkta at hindi grounded na mga sistema, na nag-aalok ng overvoltage suppression at medyo mataas na reliability ng power supply. Malawakang ginagamit ito sa mga 110kV system, lalo na sa mga may malaking capacitive currents o nangangailangan ng mataas na kalidad ng kuryente.

2 Konpigurasyon ng Proteksyon para sa mga Neutral na Punto ng Transformer na 110kV

2.1 Mga Banta ng Overvoltage

Ang antas ng insulasyon ng isang neutral point ng 110kV transformer ay karaniwang medyo may insulasyon, na may rating ng boltahe na maaaring tumagal lamang ng isang-katlo ng dulo ng linya. Ginagawa nitong mahina ang neutral point sa pinsala sa overvoltage. Kabilang sa mga pangunahing uri ng overvoltage ang:

• Labis na Boltahe ng Dalas ng Kuryente: Nagmumula sa paglipat ng linya, asymmetric short circuits, o biglaang pagkawala ng load.
• Labis na Boltahe ng Resonans: Sanhi ng mga osilasyon dahil sa mga interaksyon sa pagitan ng mga inductive at capacitive na elemento habang tumatakbo o nagkakaroon ng mga depekto ang sistema.
• Paglipat ng Overvoltage: Resulta ng conversion ng magnetic at electrostatic energy habang nagbubukas o nagsasara ng mga circuit breaker.
• Overvoltage ng Kidlat: Sanhi ng mga tama ng kidlat, na nailalarawan sa pamamagitan ng mataas na amplitude at maikling tagal.

2.2 Mga Karaniwang Kagamitang Pangproteksyon

Upang protektahan ang neutral point ng transformer, ang mga sumusunod na aparatong pangproteksyon ay karaniwang ginagamit:

• Mga Surge ArresterNililimitahan nito ang lightning overvoltage at ilang switching overvoltage. Gayunpaman, ang mga karaniwang surge arrester ay kadalasang hindi sapat para sa mababang antas ng insulasyon ng mga 110kV transformer neutral point, kaya nagiging mahirap ang pagpili.
• Mga Pagitan ng Paghihiwalay: Pinoprotektahan nito ang mga ito laban sa power frequency at resonance overvoltage. Kapag nangyari ang overvoltage, nasisira ang puwang, na nag-uugat sa neutral point upang limitahan ang pagtaas ng boltahe. Ang isang disbentaha ay ang kahirapan sa tumpak na pagsasaayos ng distansya ng puwang, na maaaring humantong sa maling koordinasyon ng proteksyon.
• Parallel na Koneksyon ng Surge Arrester at GapIto ay isang malawakang ginagamit na paraan ng proteksyon. Ang surge arrester ay humahawak sa lightning overvoltage, habang ang gap ay tumutugon sa power frequency at resonance overvoltage. Pinoprotektahan din ng gap ang surge arrester mula sa labis na power frequency overvoltage na maaaring magdulot ng pagkasira nito. Ang pamamaraang ito ay nag-aalok ng mga komplementaryong bentahe.

2.3 Konpigurasyon ng Proteksyon ng Relay

Ang proteksyon ng relay para sa isang neutral point ng 110kV transformer ay pangunahing kinabibilangan ng mga sumusunod na aspeto:

• Proteksyon sa Agos na Zero-SequencePara sa mga direktang naka-ground na transformer, ang zero-sequence current protection ay naka-configure upang mabilis na maalis ang mga ground fault. Ang proteksyon ay karaniwang nahahati sa mga seksyon, na may maiikling time delay para sa fault localization at mas mahabang time delay para sa pag-tripping sa lahat ng panig ng transformer.
• Proteksyon ng Boltahe na Zero-Sequence at Proteksyon ng Agos sa KuryentePara sa mga ungrounded transformer, naka-set up ang zero-sequence voltage protection at gap current protection. Kapag ang ground fault ay naging sanhi ng pagkawala ng ground point ng sistema, na humahantong sa pagtaas ng neutral point voltage, nasisira ang gap. Ang gap current protection o zero-sequence voltage protection ay gumagana nang may time delay (0.3–0.5s) upang ma-trip ang transformer sa lahat ng panig.
• Koordinasyon ng Proteksyon ng BackupUpang matiyak ang selektibidad, dapat i-coordinate ang mga pagkaantala sa oras ng proteksyon na zero-sequence. Halimbawa, ang pagkaantala sa oras para sa isang backup na proteksyon sa isang transformer ay dapat na mas mahaba kaysa sa proteksyon sa linya na bina-back up nito.

3 Mga Rekomendasyon sa Pag-optimize at Pagsusuri ng Kaso

3.1 Mga Limitasyon ng mga Tradisyonal na Pamamaraan

Samantalang ang paggamit ng mga surge arrester na parallel na may mga puwangkaraniwan, ang pamamaraang ito ay may ilang mga kakulangan:

• Kahirapan sa Pagpili ng Surge ArresterMahirap makahanap ng mga karaniwang surge arrester na nakakatugon sa mga kinakailangan ng parehong mataas na tuluy-tuloy na boltahe ng pagpapatakbo at mababang lightning impulse residual voltage para sa 110kV transformer neutral points.
• Mga Hamon sa Pagtatakda ng GapAng boltahe ng pagkasira ng air gap ay napapailalim sa dispersion, na nagpapahirap sa tumpak na pag-coordinate ng operasyon ng gap para sa mga kondisyon ng fault na "pagkawala ng ground" at "may ground".
• Pagiging Komplikado ng Proteksyon ng RelayAng proteksyon laban sa "pagkawala ng ground" (tulad ng zero-sequence overvoltage at gap overcurrent protection) ay maaaring mag-aberya, na mangangailangan ng karagdagang pamantayan sa pagharang, na nagpapataas ng pagiging kumplikado at binabawasan ang pagiging maaasahan.

3.2 Mga Bentahe ng Pag-ground gamit ang Maliit na Reactance

Ipinapahiwatig ng pananaliksik at praktika na pag-ground ng neutral point sa pamamagitan ng isang maliit na reactancenag-aalok ng mga makabuluhang bentahe kumpara sa tradisyonal na mga pamamaraan ng partial grounding:

• Mga Kinakailangan sa Nabawasang Antas ng InsulasyonMatapos gamitin ang small reactance grounding, maaaring ibaba ang insulation level ng transformer neutral point mula 35kV patungong 20kV, na siyang nag-aalis ng pangangailangan para sa mga surge arrester at mga puwang at nagpapasimple sa protection configuration.
• Pinag-isang Mode ng Pagsasanib: Inaalis ng pamamaraang ito ang paglitaw ng isang nakahiwalay na sistemang walang ground, na nagbibigay-daan sa pagpapasimple o pagkukulang ng kaugnay na proteksyon, sa gayon ay pinahuhusay ang pagiging maaasahan.
• Pagpapanatili ng mga BenepisyoPinapanatili nito ang mga benepisyo ng partial grounding, tulad ng simple at maaasahang zero-sequence protection, habang nililimitahan ang mga single-phase short-circuit current.

3.3 Pagsusuri ng Pag-aaral ng Kaso

Ang isang halimbawa ay isang 110kV terminal substation transformation. Ang orihinal na disenyo ay gumamit ng surge arrester na parallel na may puwangpara sa proteksyon ng neutral point. Gayunpaman, matapos gamitin ang small reactance grounding, nabawasan ang kinakailangan sa antas ng insulasyon ng neutral point ng transformer, pinasimple ang mga protection device, at pinabuti ang operational reliability. Ipinakita ng mga kalkulasyon na maaaring limitahan ng grounding resistance ang fault current sa ilang daang amperes, at madaling maikoordina ang zero-sequence protection.

Ang isa pang kaso ay kinasasangkutan ng aberya sa isang 110kV substation kung saan ang isang transient single-phase ground fault sa papasok na linya ay humantong sa pagkasira ng neutral point gap at pagtigil ng transformer. Ipinakita ng pagsusuri na kahit na ang aberya sa linya ay transient, ang feedback mula sa isang malaking bilang ng mga asynchronous motorSa panig ng karga, ang enerhiya ay ibinigay para sa arko, na nagpapanatili sa depekto. Itinatampok nito na para sa mga transformer na may malaking karga sa motor (katumbas na mga pinagmumulan), ang kumpletong proteksyon sa neutral point, kabilang ang zero-sequence overcurrent, gap current, at proteksyon sa zero-sequence voltage, ay mahalaga sa yugto ng disenyo.

4 Konklusyon at Pananaw

Ang pagpili ng paraan ng grounding ng neutral point ng 110kV transformer at ang configuration ng proteksyon nito ay isang maraming aspeto na gawain na nangangailangan ng pagsasaalang-alang sa istruktura ng sistema, mga katangian ng load, at mga kinakailangan sa pagiging maaasahan. Bagama't karaniwan ang tradisyonal na paraan ng partial grounding na sinamahan ng mga surge arrester at gaps, nahaharap ito sa mga hamon sa pagpili ng device at koordinasyon ng setting. maliit na paraan ng grounding ng reactancenag-aalok ng isang promising na alternatibo, na posibleng nagpapababa ng mga kinakailangan sa insulasyon, nagpapasimple ng proteksyon, at nagpapabuti ng pagiging maaasahan.

Ang mga uso sa pag-unlad sa hinaharap ay tututok sa mga sumusunod na larangan:

• Paglalapat ng mga Bagong Kagamitan: Tulad ng mga composite gaps o mga kontroladong gaps na ginagamit kasabay ng mga surge arrester, na nagpapahusay sa pagiging maaasahan at katumpakan ng proteksyon.
• Teknolohiya ng Proteksyon sa DigitalPaggamit ng proteksyong nakabatay sa microcomputer na may mga advanced na algorithm (hal., pagtukoy ng waveform, harmonic analysis) upang mapabuti ang sensitivity at reliability ng proteksyon sa ground fault.
• Istandardisasyon at ModularisasyonPagbuo ng istandardisado at modular na kagamitan sa proteksyon ng neutral point upang gawing simple ang disenyo at pagpapanatili.

Sa buod, ang pag-optimize ng paraan ng grounding at proteksyon ng 110kV transformer neutral point ay mahalaga para sa pagpapahusay ng kaligtasan, pagiging maaasahan, at matipid na operasyon ng sistema ng kuryente. Sa pamamagitan ng mga pagsulong sa teknolohiya, inaasahang mas matalino at mahusay na mga solusyon ang lilitaw at magkakaroon ng malawakang aplikasyon.