Ottimizazione di a Cunfigurazione di Selezzione è Prutezzione di i Metodi di Messa à Terra di u Puntu Neutru di u Trasformatore di 110kV

Introduzione

In i sistemi di putenza à alta tensione, u metudu di messa à terra di u puntu neutru di u trasformatore hè un fattore criticu chì influenza a sicurezza, l'affidabilità è a stabilità di u sistema. Per i sistemi di putenza di 110 kV, a scelta di u metudu di messa à terra di u puntu neutru affetta direttamente i livelli d'isolamentu di l'apparecchiature, a prutezzione da sovratensione, a cunfigurazione di a prutezzione di u relè è l'affidabilità di l'alimentazione. In Cina, i sistemi di 110 kV aduttanu tipicamente un metudu di messa à terra parzialmente efficace, induve certi punti neutri di i trasformatori sò direttamente messi à terra mentre altri restanu senza messa à terra, cù l'obiettivu di limità e currenti di cortocircuitu monofase mentre si impediscenu e minacce di sovratensione.

Questu articulu analizeghja e caratteristiche, i vantaghji è i limiti di i diversi metudi di messa à terra di u puntu neutru di i trasformatori di 110 kV, esplora e strategie di cunfigurazione di prutezzione ottimali è presenta e tendenze di sviluppu future.

1 Metodi di messa à terra di u puntu neutru chjave per i trasformatori di 110kV

1.1 Messa à terra diretta

Messa à terra direttasi riferisce à a cunnessione diretta di u puntu neutru di u trasformatore à a terra. Stu metudu fissa efficacemente u putenziale di u puntu neutru, assicurendu chì durante un difettu di terra monofase, l'aumentu di tensione di fase senza difettu ùn supera micca 1,4 volte a tensione di fase. Questu aiuta à riduce i requisiti d'isolamentu di l'apparecchiature è à riduce i costi.

Tuttavia, un inconveniente significativu hè u corrente di guastu à terra monofase assai alta(finu à parechji millaie d'ampere), chì ponu influenzà a capacità d'interruzzione di l'interruttore automaticu è a stabilità di u sistema. Dunque, a messa à terra diretta hè generalmente aduprata in sistemi di 110 kV è di tensione superiore induve hè necessaria una rapida eliminazione di i guasti.

1.2 Neutru senza messa à terra

In un sistema senza messa à terra, u puntu neutru di u trasformatore hè isulatu da a terra. Quandu si verifica un difettu à terra monofase, a corrente di difettu hè assai chjuca (principalmente a corrente capacitiva di u sistema), chì permette à u sistema di cuntinuà à funziunà per un cortu periodu (tipicamente finu à 2 ore). Questu migliora significativamente affidabilità di l'alimentazione elettrica.

Tuttavia, in i sistemi senza messa à terra, i guasti à terra monofase ponu fà cresce a tensione di fase senza guasto finu à u livellu di tensione di linea. Se l'insulazione hè debule, questu pò purtà à una rottura, chì si trasforma in un guasto fase-fase. Inoltre, a messa à terra à arcu intermittente pò generà sovratensioni d'arcu, righjunghjendu 3-3,5 volte a tensione di fase, custituendu una minaccia per l'insulazione di u trasformatore.

1.3 Messa à terra via piccula impedenza

Per equilibrà i vantaghji è i svantaghji di i sistemi di messa à terra diretta è senza messa à terra, u metudu di messa à terra d'impedenzahè spessu adupratu. Questu include a messa à terra per mezu di una piccula resistenza o una piccula reactanza.

• Messa à terra di piccula resistenzaLimita a currente di guastu à parechji centinaie d'ampere, riducendu l'impattu nant'à u sistema pur permettendu una rapida operazione di prutezzione. Stu metudu sopprime efficacemente e sovratensioni è hè adattatu per e rete di distribuzione à intensità di cavi cù grandi currenti capacitive.
• Messa à terra di piccula reattanzaPò cumpensà a currente capacitiva di u sistema per mezu di a currente induttiva, riducendu a probabilità di riaccensione di l'arcu. Stu metudu hè spessu cunsideratu un metudu di messa à terra compensata.

A messa à terra via una piccula impedenza combina i vantaghji di i sistemi diretti è senza messa à terra, offrendu a soppressione di sovratensione è una affidabilità di alimentazione relativamente alta. Hè largamente aduprata in sistemi di 110 kV, in particulare quelli cù correnti capacitive significative o chì richiedenu una alta qualità di putenza.

2 Configurazione di prutezzione per i punti neutri di u trasformatore di 110 kV

2.1 Minacce di sovratensione

U livellu d'isolamentu di u puntu neutru di un trasformatore di 110 kV hè tipicamente semi-insulatu, cù una tensione nominale di resistenza solu un terzu di a fine di a linea. Questu rende u puntu neutru vulnerabile à i danni da sovratensione. I principali tipi di sovratensione includenu:

• Sovratensione di frequenza di putenza: Derivatu da commutazione di linea, cortocircuiti asimmetrici o perdita di carica improvvisa.
• Sovratensione di risonanzaCausatu da oscillazioni dovute à l'interazzione trà elementi induttivi è capacitivi durante l'operazioni o i guasti di u sistema.
• Sovratensione di CommutazioneRisultante da a cunversione di l'energia magnetica è elettrostatica durante l'apertura o a chjusura di l'interruttori automatichi.
• Sovratensione di u fulmineCausatu da fulmini, carattarizatu da una grande ampiezza è una corta durata.

2.2 Dispositivi di prutezzione cumuni

Per prutege u puntu neutru di u trasformatore, i seguenti dispositivi di prutezzione sò generalmente impiegati:

• Scaricatori di sovratensioneQuessi limitanu a sovratensione di u fulmine è certe sovratensioni di commutazione. Tuttavia, i scaricatori di sovratensione standard sò spessu inadeguati per u bassu livellu d'isolamentu di i punti neutri di i trasformatori di 110 kV, rendendu a selezzione difficiule.
• Lacune d'isolamentuQuessi pruteghjenu contr'à e sovratensioni di frequenza elettrica è di risonanza. Quandu si verifica una sovratensione, u gap si rompe, mettendu à terra u puntu neutru per limità l'aumentu di tensione. Un inconveniente hè a difficultà di aghjustà precisamente a distanza di u gap, chì pò purtà à una cattiva coordinazione di a prutezzione.
• Cunnessione parallela di Surge Arrester è GapQuestu hè un metudu di prutezzione largamente utilizatu. U scaricatore di sovratensione gestisce a sovratensione di u fulmine, mentre chì u gap affronta e sovratensioni di frequenza industriale è di risonanza. U gap prutege ancu u scaricatore di sovratensione da sovratensioni di frequenza industriale eccessive chì puderanu causà u so fallimentu. Questu approcciu offre vantaghji cumplementari.

2.3 Cunfigurazione di a prutezzione di u relè

A prutezzione di relè per un puntu neutru di trasformatore di 110 kV include principalmente i seguenti aspetti:

• Prutezzione di corrente à sequenza zeroPer i trasformatori direttamente à terra, a prutezzione di corrente à sequenza zero hè cunfigurata per eliminà rapidamente i guasti à terra. A prutezzione hè generalmente divisa in sezioni, cù ritardi di tempu brevi per a lucalizazione di i guasti è ritardi di tempu più lunghi per u scattu di tutti i lati di u trasformatore.
• Prutezzione di tensione à sequenza zero è prutezzione di corrente di gapPer i trasformatori senza messa à terra, sò stallate una prutezzione di tensione di sequenza zero è una prutezzione di corrente di gap. Quandu un difettu di terra face chì u sistema perda u so puntu di terra, purtendu à un aumentu di a tensione di u puntu neutru, u gap si rompe. A prutezzione di corrente di gap o a prutezzione di tensione di sequenza zero agisce cù un ritardu di tempu (0,3-0,5 s) per fà scattà u trasformatore da tutti i lati.
• Coordinazione di a Prutezzione di BackupPer assicurà a selettività, i ritardi di prutezzione di sequenza zero devenu esse coordinati. Per esempiu, u ritardu di tempu per una prutezzione di backup nantu à un trasformatore deve esse più longu di quellu di a prutezzione di linea chì supporta.

3 Raccomandazioni di Ottimizazione è Analisi di Casi

3.1 Limitazioni di i Metodi Tradiziunali

Mentre l'usu di scaricatori di sovratensione paralleli cù spaziihè cumunu, questu approcciu hà parechji difetti:

• Difficultà in a selezzione di l'arrestatore di sovratensioneHè difficiule di truvà scaricatori di sovratensione standard chì rispondenu à i requisiti di alta tensione di funziunamentu cuntinuu è bassa tensione residuale d'impulsu di fulmine per i punti neutri di trasformatori di 110 kV.
• Sfide in a definizione di e lacuneA tensione di rottura di u spaziu d'aria hè sottumessa à dispersione, ciò chì rende difficiule a coordinazione precisa di l'operazione di u spaziu per e cundizioni di guastu di "perdita di terra" è "cù a terra".
• Cumplessità di a prutezzione di u relèA prutezzione contr'à a "perdita di terra" (cum'è a sovratensione di sequenza zero è a prutezzione di sovracorrente di gap) pò malfunzionà, ciò chì richiede criteri di bloccu supplementari, ciò chì aumenta a cumplessità è riduce l'affidabilità.

3.2 Vantaghji di a messa à terra via una piccula reattanza

A ricerca è a pratica indicanu chì messa à terra di u puntu neutru per mezu di una piccula reactanzaoffre vantaghji significativi rispetto à i metudi tradiziunali di messa à terra parziale:

• Requisiti di livellu d'isolamentu riduttiDopu avè aduttatu una messa à terra di piccula reattanza, u livellu d'isolamentu di u puntu neutru di u trasformatore pò esse abbassatu da 35kV à 20kV, eliminendu a necessità di scaricatori di sovratensione è lacune è simplificendu a cunfigurazione di prutezzione.
• Modu di Messa à Terra UnificataStu metudu elimina l'occorrenza di un sistema isolatu senza messa à terra, permettendu a simplificazione o l'omissione di a prutezzione correlata, aumentendu cusì l'affidabilità.
• Ritenzione di i vantaghjiMantene i vantaghji di a messa à terra parziale, cum'è a prutezzione di sequenza zero simplice è affidabile, limitendu à tempu e currenti di cortocircuitu monofase.

3.3 Analisi di u studiu di casu

Un esempiu hè una trasfurmazione di sottustazione terminale di 110 kV. U disignu originale utilizava un scaricatore di sovratensione parallelu cù un spaziuper a prutezzione di u puntu neutru. Tuttavia, dopu avè aduttatu una messa à terra di piccula reattanza, u requisitu di u livellu d'isolamentu di u puntu neutru di u trasformatore hè statu riduttu, i dispositivi di prutezzione sò stati simplificati è l'affidabilità operativa hè stata migliorata. I calculi anu dimustratu chì a resistenza di messa à terra puderia limità a corrente di difettu à uni pochi centinaia di ampere, è a prutezzione di sequenza zero puderia esse facilmente coordinata.

Un altru casu hà riguardatu un difettu in una sottustazione di 110 kV induve un difettu di terra monofase transitoriu nantu à a linea entrante hà purtatu à una rottura di u gap di u puntu neutru è à u scattu di u trasformatore. L'analisi hà rivelatu chì, ancu s'è u difettu di linea era transitoriu, u feedback da un gran numeru di motori asincronida u latu di u caricu hà furnitu energia per l'arcu, mantenendu u difettu. Questu mette in risaltu chì per i trasformatori cù carichi di mutore significativi (fonti equivalenti), a prutezzione cumpleta di u puntu neutru, cumprese a sovracorrente di sequenza zero, a corrente di gap è a prutezzione di tensione di sequenza zero, hè essenziale durante a fase di cuncepimentu.

4 Cunclusione è Prospettive

A selezzione di u metudu di messa à terra di u puntu neutru di u trasformatore di 110kV è a so cunfigurazione di prutezzione hè un compitu multiforme chì richiede a cunsiderazione di a struttura di u sistema, di e caratteristiche di carica è di i requisiti di affidabilità. Mentre u metudu tradiziunale di messa à terra parziale cumminatu cù scaricatori di sovratensione è spazii hè cumunu, si trova di fronte à sfide in a selezzione di u dispusitivu è a coordinazione di l'impostazione. U metudu di messa à terra à piccula reattanzaoffre una alternativa promettente, chì puderia riduce i requisiti d'isolamentu, simplificendu a prutezzione è migliurendu l'affidabilità.

E tendenze di sviluppu future si cuncentreranu nantu à i seguenti duminii:

• Applicazione di novi dispositiviCum'è lacune cumposte o lacune cuntrollabili aduprate in parallelu cù scaricatori di sovratensione, chì migliuranu l'affidabilità è a precisione di a prutezzione.
• Tecnulugia di Prutezzione DigitaleUtilizendu a prutezzione basata nantu à microcomputer cù algoritmi avanzati (per esempiu, identificazione di forme d'onda, analisi armonica) per migliurà a sensibilità è l'affidabilità di a prutezzione di guasti à terra.
• Standardizazione è ModularizazioneSviluppà apparecchiature di prutezzione di u puntu neutru standardizate è modulari per simplificà a cuncepzione è a manutenzione.

In riassuntu, l'ottimisazione di u metudu di messa à terra di u puntu neutru di u trasformatore di 110 kV è di a cunfigurazione di prutezzione hè cruciale per migliurà a sicurezza, l'affidabilità è u funziunamentu ecunomicu di u sistema energeticu. Cù i progressi tecnologichi, si prevede chì emergeranu suluzioni più intelligenti è efficienti è chì otteneranu una applicazione diffusa.