Pemilihan dan Pengoptimuman Konfigurasi Perlindungan Kaedah Pembumian Titik Neutral Transformer 110kV

Pengenalan

Dalam sistem kuasa voltan tinggi, kaedah pembumian titik neutral transformer merupakan faktor kritikal yang mempengaruhi keselamatan, kebolehpercayaan dan kestabilan sistem. Bagi sistem kuasa 110kV, pilihan kaedah pembumian titik neutral secara langsung mempengaruhi tahap penebat peralatan, perlindungan voltan lampau, konfigurasi perlindungan geganti dan kebolehpercayaan bekalan kuasa. Di China, sistem 110kV biasanya menerima pakai kaedah pembumian separa berkesan, di mana beberapa titik neutral transformer dibumikan secara langsung manakala yang lain kekal tidak dibumikan, bertujuan untuk mengehadkan arus litar pintas fasa tunggal sambil mencegah ancaman voltan lampau.

Artikel ini menganalisis ciri-ciri, kelebihan dan batasan kaedah pembumian titik neutral transformer 110kV yang berbeza, meneroka strategi konfigurasi perlindungan optimum dan membentangkan trend pembangunan masa hadapan.

1 Kaedah Pembumian Titik Neutral Utama untuk Transformer 110kV

1.1 Pembumian Langsung

Pembumian langsungmerujuk kepada sambungan langsung titik neutral transformer ke bumi. Kaedah ini berkesan membetulkan potensi titik neutral, memastikan bahawa semasa kerosakan pembumian fasa tunggal, kenaikan voltan fasa bukan kerosakan tidak melebihi 1.4 kali ganda voltan fasa. Ini membantu mengurangkan keperluan penebat peralatan dan mengurangkan kos.

Walau bagaimanapun, kelemahan yang ketara ialah arus gangguan pembumian fasa tunggal yang sangat tinggi(sehingga beberapa ribu ampere), yang boleh memberi kesan kepada kapasiti gangguan pemutus litar dan kestabilan sistem. Oleh itu, pembumian langsung biasanya digunakan dalam sistem voltan 110kV dan lebih tinggi di mana penyingkiran kerosakan pantas diperlukan.

1.2 Neutral Tidak Berasas

Dalam sebuah sistem tidak berbumi, titik neutral transformer terlindung daripada bumi. Apabila kerosakan pembumian fasa tunggal berlaku, arus kerosakan adalah sangat kecil (terutamanya arus kapasitif sistem), yang membolehkan sistem terus beroperasi untuk tempoh yang singkat (biasanya sehingga 2 jam). Ini meningkatkan dengan ketara kebolehpercayaan bekalan kuasa.

Walau bagaimanapun, dalam sistem tidak dibumikan, kerosakan pembumian fasa tunggal boleh menyebabkan voltan fasa bukan kerosakan meningkat ke paras voltan talian. Jika penebat lemah, ini boleh menyebabkan kerosakan, yang akan meningkat menjadi kerosakan fasa ke fasa. Selain itu, pembumian arka sekejap-sekejap boleh menjana voltan lebihan arka, mencapai 3–3.5 kali voltan fasa, menimbulkan ancaman kepada penebat transformer.

1.3 Pembumian melalui Impedans Kecil

Untuk mengimbangi kelebihan dan kekurangan sistem pembumian langsung dan tidak pembumian, kaedah pembumian impedanssering digunakan. Ini termasuk pembumian melalui rintangan kecil atau reaktansi kecil.

• Pembumian Rintangan Kecil: Mengehadkan arus gangguan kepada beberapa ratus ampere, mengurangkan impak pada sistem sambil masih membolehkan operasi perlindungan pantas. Kaedah ini menyekat voltan lampau dengan berkesan dan sesuai untuk rangkaian pengedaran intensif kabel dengan arus kapasitif yang besar.
• Pembumian Reaktansi Kecil: Boleh mengimbangi arus kapasitif sistem melalui arus induktif, sekali gus mengurangkan kemungkinan penyalaan semula arka. Kaedah ini sering dianggap sebagai kaedah pembumian terpampas.

Pembumian melalui impedans kecil menggabungkan manfaat sistem langsung dan tidak dibumikan, menawarkan penindasan voltan lampau dan kebolehpercayaan bekalan kuasa yang agak tinggi. Ia digunakan secara meluas dalam sistem 110kV, terutamanya yang mempunyai arus kapasitif yang ketara atau memerlukan kualiti kuasa yang tinggi.

2 Konfigurasi Perlindungan untuk Titik Neutral Transformer 110kV

2.1 Ancaman Voltan Lebihan

Aras penebat titik neutral transformer 110kV biasanya separa bertebat, dengan penarafan voltan tahan hanya satu pertiga daripada hujung talian. Ini menjadikan titik neutral terdedah kepada kerosakan voltan lampau. Jenis voltan lampau utama termasuk:

• Voltan Lebihan Frekuensi Kuasa: Timbul daripada pensuisan talian, litar pintas asimetri atau kehilangan beban secara tiba-tiba.
• Voltan Resonans Lebihan: Disebabkan oleh ayunan akibat interaksi antara elemen induktif dan kapasitif semasa operasi atau kerosakan sistem.
• Voltan Lebihan Pensuisan: Terhasil daripada penukaran tenaga magnet dan elektrostatik semasa pembukaan atau penutupan pemutus litar.
• Voltan Lebihan Kilat: Disebabkan oleh sambaran kilat, dicirikan oleh amplitud yang tinggi dan tempoh yang singkat.

2.2 Peranti Perlindungan Biasa

Untuk melindungi titik neutral transformer, peranti perlindungan berikut biasanya digunakan:

• Penahan LonjakanIni mengehadkan voltan lampau kilat dan voltan lampau pensuisan tertentu. Walau bagaimanapun, penangkap lonjakan standard selalunya tidak mencukupi untuk tahap penebat rendah bagi titik neutral transformer 110kV, menjadikan pemilihan mencabar.
• Jurang PengasinganIni melindungi daripada frekuensi kuasa dan voltan lampau resonans. Apabila voltan lampau berlaku, jurang akan rosak, mengasaskan titik neutral untuk mengehadkan kenaikan voltan. Kelemahannya ialah kesukaran untuk melaraskan jarak jurang dengan tepat, yang boleh menyebabkan salah koordinasi perlindungan.
• Sambungan Selari Penangkap Lonjakan dan JurangIni merupakan kaedah perlindungan yang digunakan secara meluas. Penangkap lonjakan mengendalikan voltan lampau kilat, manakala jurang menangani voltan lampau frekuensi kuasa dan resonans. Jurang ini juga melindungi penangkap lonjakan daripada voltan lampau frekuensi kuasa yang berlebihan yang boleh menyebabkan kegagalannya. Pendekatan ini menawarkan kelebihan pelengkap.

2.3 Konfigurasi Perlindungan Relay

Perlindungan geganti untuk titik neutral transformer 110kV terutamanya merangkumi aspek berikut:

• Perlindungan Arus Jujukan SifarUntuk transformer yang dibumikan secara langsung, perlindungan arus jujukan sifar dikonfigurasikan untuk menghapuskan kerosakan pembumian dengan cepat. Perlindungan biasanya dibahagikan kepada beberapa bahagian, dengan kelewatan masa yang singkat untuk penyetempatan kerosakan dan kelewatan masa yang lebih lama untuk merentap semua sisi transformer.
• Perlindungan Voltan Jujukan Sifar dan Perlindungan Arus JurangBagi transformer yang tidak dibumikan, perlindungan voltan jujukan sifar dan perlindungan arus jurang disediakan. Apabila kerosakan pembumian menyebabkan sistem kehilangan titik pembumiannya, yang membawa kepada kenaikan voltan titik neutral, jurang tersebut akan rosak. Perlindungan arus jurang atau perlindungan voltan jujukan sifar bertindak dengan kelewatan masa (0.3–0.5s) untuk merentap transformer pada semua sisi.
• Penyelarasan Perlindungan SandaranUntuk memastikan selektiviti, kelewatan masa perlindungan jujukan sifar mesti diselaraskan. Contohnya, kelewatan masa untuk perlindungan sandaran pada transformer hendaklah lebih lama daripada perlindungan talian yang disandarkannya.

3 Cadangan Pengoptimuman dan Analisis Kes

3.1 Had Kaedah Tradisional

Manakala penggunaan penangkap lonjakan selari dengan jurangadalah perkara biasa, pendekatan ini mempunyai beberapa kelemahan:

• Kesukaran dalam Pemilihan Penangkap LonjakanAdalah mencabar untuk mencari penangkap lonjakan standard yang memenuhi keperluan voltan operasi berterusan yang tinggi dan voltan baki impuls kilat yang rendah untuk titik neutral transformer 110kV.
• Cabaran dalam Penetapan JurangVoltan kerosakan jurang udara tertakluk kepada penyebaran, menjadikannya sukar untuk menyelaraskan operasi jurang dengan tepat untuk keadaan kerosakan "kehilangan pembumian" dan "dengan pembumian".
• Kerumitan Perlindungan RelayPerlindungan terhadap "kehilangan pembumian" (seperti perlindungan voltan lampau jujukan sifar dan perlindungan arus lampau jurang) mungkin tidak berfungsi, memerlukan kriteria penyekatan tambahan, yang meningkatkan kerumitan dan mengurangkan kebolehpercayaan.

3.2 Kelebihan Pembumian melalui Reaktansi Kecil

Kajian dan amalan menunjukkan bahawa membumikan titik neutral melalui reaktansi kecilmenawarkan kelebihan yang ketara berbanding kaedah pembumian separa tradisional:

• Keperluan Tahap Penebat yang DikurangkanSelepas menerima pakai pembumian reaktansi kecil, tahap penebat titik neutral transformer boleh diturunkan daripada 35kV kepada 20kV, sekali gus mengurangkan keperluan untuk penangkap lonjakan dan jurang serta memudahkan konfigurasi perlindungan.
• Mod Pembumian BersepaduKaedah ini menghapuskan kejadian sistem tidak berbumi terpencil, membolehkan pemudahan atau peninggalan perlindungan berkaitan, sekali gus meningkatkan kebolehpercayaan.
• Pengekalan KelebihanIa mengekalkan manfaat pembumian separa, seperti perlindungan jujukan sifar yang mudah dan andal, sambil mengehadkan arus litar pintas fasa tunggal.

3.3 Analisis Kajian Kes

Satu contohnya ialah transformasi pencawang terminal 110kV. Reka bentuk asal menggunakan penangkap lonjakan selari dengan celahuntuk perlindungan titik neutral. Walau bagaimanapun, selepas menerima pakai pembumian reaktansi kecil, keperluan tahap penebat titik neutral transformer dikurangkan, peranti perlindungan dipermudahkan, dan kebolehpercayaan operasi dipertingkatkan. Pengiraan menunjukkan bahawa rintangan pembumian boleh mengehadkan arus gangguan kepada beberapa ratus ampere, dan perlindungan jujukan sifar boleh diselaraskan dengan mudah.

Satu lagi kes melibatkan kerosakan dalam pencawang 110kV di mana kerosakan pembumian fasa tunggal sementara pada talian masuk menyebabkan kerosakan jurang titik neutral dan pelantikan transformer. Analisis mendedahkan bahawa walaupun kerosakan talian adalah sementara, maklum balas daripada sebilangan besar motor tak segerakPada bahagian beban, tenaga disediakan untuk arka, yang mengekalkan gangguan. Ini menunjukkan bahawa bagi transformer dengan beban motor yang ketara (sumber setara), perlindungan titik neutral yang lengkap, termasuk arus lampau jujukan sifar, arus jurang dan perlindungan voltan jujukan sifar, adalah penting semasa fasa reka bentuk.

4 Kesimpulan dan Tinjauan

Pemilihan kaedah pembumian titik neutral transformer 110kV dan konfigurasi perlindungannya merupakan tugasan pelbagai rupa yang memerlukan pertimbangan struktur sistem, ciri beban dan keperluan kebolehpercayaan. Walaupun kaedah pembumian separa tradisional yang digabungkan dengan penangkap lonjakan dan jurang adalah perkara biasa, ia menghadapi cabaran dalam pemilihan peranti dan koordinasi tetapan. kaedah pembumian reaktansi kecilmenawarkan alternatif yang menjanjikan, berpotensi mengurangkan keperluan penebat, memudahkan perlindungan dan meningkatkan kebolehpercayaan.

Trend pembangunan masa hadapan akan tertumpu kepada bidang-bidang berikut:

• Penggunaan Peranti BaharuSeperti jurang komposit atau jurang yang boleh dikawal yang digunakan selari dengan penangkap lonjakan, meningkatkan kebolehpercayaan dan ketepatan perlindungan.
• Teknologi Perlindungan DigitalMenggunakan perlindungan berasaskan mikrokomputer dengan algoritma canggih (cth., pengenalpastian bentuk gelombang, analisis harmonik) untuk meningkatkan kepekaan dan kebolehpercayaan perlindungan kerosakan bumi.
• Standardisasi dan ModularisasiMembangunkan peralatan perlindungan titik neutral yang piawai dan modular untuk memudahkan reka bentuk dan penyelenggaraan.

Secara ringkasnya, pengoptimuman kaedah pembumian titik neutral transformer 110kV dan konfigurasi perlindungan adalah penting untuk meningkatkan keselamatan, kebolehpercayaan dan operasi ekonomi sistem kuasa. Dengan kemajuan teknologi, penyelesaian yang lebih pintar dan cekap dijangka akan muncul dan mendapat aplikasi yang meluas.