Transformatoriaus viršįtampio reiškiniai ir apsaugos priemonės

Sparčiai tobulėjant technologijoms, tokioms kaip UHV ir naujas energijos tinklo prijungimas, transformatorių{0}}pagrindinė energijos perdavimo ir įtampos konvertavimo įranga-yra labai svarbi elektros tinklų patikimumui ir maitinimo kokybei. Tačiau transformatoriai dažnai susiduria su viršįtampio grėsme eksploatacijos metu: kai darbinė įtampa viršija maksimalią leistiną darbinę įtampą, atsiranda viršįtampio reiškinys. Ši trumpalaikė įtampos anomalija ne tik pagreitina transformatoriaus izoliacijos senėjimą, bet ir gali tiesiogiai sukelti izoliacijos gedimą, dėl kurio gali sugesti įranga ar net įvykti tinklo avarijos. Siekiant užtikrinti saugų transformatorių darbą, būtina išsami viršįtampių generavimo mechanizmų analizė ir tikslinių apsaugos priemonių įgyvendinimas.

 

 

 

 

Energijos sistemų viršįtampiai pagal trukmę ir priežastį skirstomi į tris pagrindinius tipus:laikinas viršįtampis, perjungimo viršįtampis, iratmosferos viršįtampa (žaibo viršįtampa), kurių kiekvienas turi skirtingus paleidimo scenarijus ir pavojaus charakteristikas.

 

 

 

 

 

 

(1) Perjungimo viršįtampis: trumpalaikis elektromagnetinės energijos svyravimas

Kaip pavyzdį paėmus be-pakopinio-žemyninio transformatoriaus-įprastą scenarijų elektros tinkluose-, antrinė-pusinė talpa turi minimalų poveikį pirminei pusei konvertuojant, todėl į ją galima nekreipti dėmesio. Pirminė apvijalinijos-į-žemę talpa ()irperjungimo talpa ()tapti pagrindiniais parametrais. Kadangigalios transformatoriuose kokybinei analizei galima dar labiau supaprastinti tarpsūkio talpos poveikį.

Kai išjungtas{0}}neapkrovos transformatorius, jei srovė be () ir sukauptą elektrinio lauko energiją () svyruoti lygiagrečioje grandinėje, kurią sudaroir. Šis svyravimas, kurio dažnis yra nuo kelių šimtų iki kelių tūkstančių Hz ir trunka tik kelis galios -dažnio ciklus, magnetinio lauko energiją visiškai paverčia elektrinio lauko energija, kai srovė pasiekia nulį, padidindama kondensatoriaus įtampą iki didžiausios ir sukeldama perjungimo viršįtampą. Didesnė apvijos induktyvumas ir mažesnė linijos -į-įžeminimo talpa padidina viršįtampių amplitudę, paaiškindami, kodėl perjungimo viršįtampa paprastai neviršija 4,5 karto vardinės įtampos.

 

(2) Atmosferos viršįtampis: staigi žaibo bangų invazija

Žaibo bangos turi stačius bangų frontus (1–4 μs) ir aukštus dažnius (virš 100 kHz), o bangos fronto statumas iki 500 kV/μs. Ši greitai kintanti įtampa sukuria didelę poslinkio srovę apvijose. Kai žaibo bangos sklinda į transformatoriaus gnybtus, jos veikia kaip aukšto{6}}dažnio, aukštos{7} įtampos signalai. Esant aukštiems dažniams, apvijų indukcinė varžažymiai padidėja, o talpinė reaktyvumassmarkiai sumažėja, todėl srovė pirmiausia teka per tarpinį ir linijos{0}}į-įžeminimą.

Kadangi žemos -įtampos apvija yra arti šerdies, jos didelės linijos-į-įžeminimo talpa yra artima trumpajam jungimui, todėl ji yra veiksmingai įžeminta. Žaibo bangų įtampos pasiskirstymas išilgai apvijos nustatomas pagal santykįį: perjungimo talpos šalia įeinančio gnybto perneša daugiau srovės dėl manevravimo, todėl susidaro ekstremalūs įtampos gradientai, kai per pirmuosius kelis posūkius įtampa gali būti šimtus kartų didesnė už vardinę vertę. Šis netolygus įtampos pasiskirstymas yra pagrindinė tarpinės izoliacijos gedimo priežastis.

 

(3) Laikinas viršįtampis: energijos kaupimasis ir svyravimai esant pastoviems -būsenos sutrikimams

Laikini viršįtampiai atsiranda dėl pastovių{0}}būsenų tinklo trikdžių, pagal tris tipinius scenarijus:

• Maitinimo-dažnio viršįtampis: sukelia vienos{0}}fazės įžeminimo gedimai, apkrovos atmetimas arba linijos įkrovimas. Efektyviai įžemintose sistemose sveikos fazės įtampa pakyla iki linijos įtampos lygio, kai atsiranda vienfazių gedimų; staigus apkrovos atmetimas padidina generatoriaus greitį ir nesureguliuojamą žadinimo srovę, kelioms sekundėms pakeldama magistralės įtampą iki 1,5–1,8 karto didesnės už vardinę vertę.
• Rezonanso viršįtampis: atsiranda, kai dėl gedimų ar operacijų induktyvumas ir talpa sudaro rezonansines grandines, suaktyvindamos elektrinės-magnetinės energijos konversiją. Feromagnetinis rezonansas, varomas netiesinio transformatoriaus induktyvumo, sukelia dažnio poslinkį ir įtampos amplitudes, kurios 2–3 kartus viršija vardinę vertę.
• Lanko įžeminimo viršįtampis: Sukeltas pertraukiamo lanko užgesimo / pakartotinio užsidegimo per vienfazius{0}}įžemintos sistemos gedimus, sukeliančius elektromagnetinius virpesius. Lanko išnykimas išleidžia talpinę energiją į induktyvumą, o pakartotinis uždegimas sustiprina energijos kaupimąsi, todėl susidaro 2,5–3 kartus viršijantys vardinę įtampą.

 

 

 

 

 

Sukurta brandi apsaugos sistema, skirta viršįtampių pavojui ir mechanizmams spręsti, derinant išorinę tiesioginę apsaugą nuo žaibo, vidinę apvijų apsaugą ir specializuotas papildomas priemones, užtikrinančias transformatoriaus saugą.

 

(2) Iškroviklio apsauga: šerdies apsaugos priemonės

Tinklo iškrovikliai pirmiausia yrabe tarpų metalo oksido ribotuvai (MOA)irvožtuvo{0}}tipo ribotuvai, naudojant bendrą pasirinkimo principą: iškroviklio vardinė įtampa turi būti ne mažesnė už laikiną viršįtampą įrengimo vietoje, o nulinio taško iškroviklio vardinė įtampa neturi būti mažesnė už didžiausią transformatoriaus fazės įtampą.

• Jei vardinė įtampa per žema: tarpinių iškroviklių gali nepavykti užgesinti lankų per vienfazius{0}}gedimus ir sukelti sprogimus; MOA suyra dėl per didelio energijos absorbcijos.
• Jei vardinė įtampa per aukšta: padidėja impulso iškrovos įtampa ir liekamoji įtampa, todėl sumažėja apsaugos efektyvumas.

Ventiliatoriaus -tipo iškrovikliuose naudojami netiesiniai vožtuvų diskai, pasižymintys dideliu laidumu esant didelėms žaibo srovėms (išlaikant žemą likutinę įtampą) ir mažą laidumą esant normaliai įtampai (ribojama galios{1}}dažnio sekimo srovė). Betarpiai MOA, naudojantys cinko oksido vožtuvų diskus, slopina sekimo srovę be tarpų, todėl užtikrina greitą reakciją, žemą likutinę įtampą ir didelę srovės talpą,{3}}todėl jie yra pagrindinis transformatoriaus apsaugos pasirinkimas.

Pagal GB311.1-1997Aukštos{0}}įtampos perdavimo ir paskirstymo įrangos izoliacijos koordinavimas, 6kV transformatoriai turi 60kV žaibo impulsų atsparumo įtampą, o 10kV transformatoriai 75kV. 6 kV sistemose YH5WS-10/30 MOA liekamoji įtampa yra mažesnė arba lygi 30 kV, todėl izoliacijos koordinavimo koeficientas. 10 kV sistemose YH5WS-17/50 MOA duoda derlių, atitinkantis saugos atleidimo reikalavimus.paprastai yra didesnis arba lygus 1,4 žaibo impulsams ir didesnis arba lygus 1,15 perjungimo impulsams, atsižvelgiant į izoliacijos tipą, viršįtampių pasiskirstymą ir aplinkos senėjimą.

 

 

 

 

(3) Patobulinta izoliacija: papildoma apsauga

Vidutiniams ir mažiems transformatoriams (mažesniems nei 35 kV arba lygiems 35 kV) sustiprinta izoliacija yra pagrindinė papildoma priemonė: storinti aukštos -tampos apvijų izoliaciją ir sustiprinti įėjimo / gnybtų posūkių izoliaciją, kad atlaikytų įtampos gradientus. Tačiau storesnė izoliacija blogina šilumos išsklaidymą ir sumažina perjungimo talpą, todėl gali padidėti įtampos gradientai, -todėl tai tinkama tik esant žemai -įtampai ir kainai{5}}jautriais scenarijais.

 

(4) Padidėjusi tarpinė talpa: optimizuotas įtampos paskirstymas

Didesnė perjungimo talpapagerina įtampos paskirstymo tolygumą: a didesnispalyginti susumažina įtampos gradientus ir viršįtampių riziką. Naudojamos tokios technikos kaip apvijos ir kondensatorių ekranai, ypač žaibo{1}}vietose, pvz., kalnų pastotėse ar vėjo jėgainių{2}}pakopų stotyse.

 

(5) Neutralaus{1}}taško viršįtampio apsauga

Pastotėse, esančiose žaibo{0}}zonose, kuriose yra vienas maitinimo šaltinis, įprastas trijų-fazių žaibo bangų įsiskverbimas, todėl reikalinga fokusuota neutralaus{2}}taško apsauga. Pirminis sprendimas yraneutralus{0}}taškas MOA, kurie apsaugo tiek nuo žaibo, tiek nuo perjungimo viršįtampių su greita reakcija, maža likutine įtampa ir didele srovės galia. Provincijose, kuriose žaibo{1}}apsaugos, pvz., Guangdong ir Guangxi, neutralaus-taško MOA diegimo rodikliai viršija 90 proc. Sukurti naudojant aukštą vardinę įtampą, jie išlieka patikimi esant nedideliems neutralių{5}}taškų poslinkiams ir atlaiko 1x galios-dažnio fazės įtampą vienos fazės{8}}gedimų metu.

Ekstremaliems neutralių{0}}taškų poslinkiams (viršįtampa Didesnė arba lygi 2x galios-dažnio fazės įtampai) naudojama lygiagreti schema „ribotuvas + horizontalus strypo tarpas“: iškrovikliai valdo žaibo / perjungimo viršįtampą, o tarpai riboja aukštą-dažnio galią{5}}, sukuria apsauginį srovės dažnio{5}}dažnį.

 

(6) Specializuota kelių apvijų transformatorių apsauga

Trys -apvijų transformatoriai (aukštos, vidutinės, žemos įtampos) susiduria su elektrostatinės indukcijos viršįtampio rizika, ypač kai atviros žemos{1}}tampos apvijos. Žaibo bangos aukštos-įtampos pusėje per elektrostatinę jungtį ir elektromagnetinę indukciją pereina į žemos-įtampos apvijas, o maža talpa į žemę padidina elektrostatinę įtampą ir kelia pavojų izoliacijai. Žemos{6}}tampos apvijų išvadų iškrovikliai tiesiogiai slopina įsiskverbiančius viršįtampius.

Be to, nulinės{0}}eilės įtampa dėl asimetrinių gedimų arba pertraukiklio veikimo sutrikimų per talpinę jungtį perduodama į žemos-tampos apvijas. Kad tai būtų sumažinta, naudojami didelio-sinchronizmo pertraukikliai, o ant žemos-įtampos magistralės tiltų sumontuoti 3 Y-kondensatoriai, kurie padidina talpą į žemę, sugeria viršįtampio energiją ir sumažina amplitudę / statumą.

 

(7) Žemos įtampos sistemos koordinuota apsauga

Ilgos žemos{0}}tampos maitinimo linijos yra pažeidžiamos žaibo smūgių. Nutrenkus, indukuoja žaibo srovėsatvirkštinės transformacijos viršįtampaaukštos -tampos apvijose (2–3 kartus nominali įtampa) dėl elektromagnetinės indukcijos, keliančios grėsmę izoliacijai. Žemos-įtampos pusės MOA slopina impulsų srautą žemos-tampos apvijose, blokuodami viršįtampio perdavimą. Transformatoriai su Y/Zn11 jungčių grupėmis iš prigimties slopina atvirkštinės transformacijos viršįtampą ir užtikrina geresnę apsaugą, kai jie suporuojami su žemos{8}}tampos iškrovikliais.

 

(8) Kitos specializuotos apsaugos priemonės

Konkrečių viršįtampių scenarijuose papildomos priemonės apima:

1. Lanko slopinimo ritės: lanko įžeminimo viršįtampio slopinimas

Neįžemintose arba lanko slopinimo ritės -įžemintose paskirstymo sistemose lanko slopinimo ritės kompensuoja talpinę srovę vienfazių gedimų metu, sumažindamos trikčių srovę ir užkirsdamos kelią nutrūkstamam lanko užsidegimui. Automatinio-derinimo ritės seka talpinės srovės pokyčius realiuoju laiku-, apribodamos lanko įžeminimo viršįtampą iki 2x vardinės įtampos arba jai lygių.

2. Reaktoriai: ribojamas perjungimas ir galia{1}}dažnio viršįtampis

Serijiniai reaktoriai: apribokite transformatoriaus įsijungimo srovę ir perjungimo viršįtampą didindami grandinės induktyvumą, kad sumažintumėte srovės kitimo greitį. Pavyzdžiui, serijiniai reaktoriai, esantys didelių transformatorių žemos -tampos pusėse, apriboja įjungimo srovę iki 2–3 kartų didesnę vardinę srovę.

Šuntiniai reaktoriai: sugerkite talpinę reaktyviąją galią ilgose aukštos{0}}įtampos perdavimo linijose, sumažindami galios-dažnio viršįtampą dėl linijos įkrovimo efektų. 500 kV linijose šuntiniai reaktoriai riboja viršįtampą iki Mažesnės nei 1,3 karto vardinės įtampos arba lygiai jai, netiesiogiai apsaugodami transformatorius.

3. Įžeminimo sistemos optimizavimas: įžeminimo potencialo padidėjimo mažinimas

Optimizuoti įžeminimo tinkleliai (pvz., variu -dengti plieniniai elektrodai, papildomi įžeminimo poliai) sumažina pastotės įžeminimo varžą iki Mažiau nei 0,5 Ω arba lygiai jai, sumažindami įžeminimo potencialo kilimą žaibo smūgio metu ir užkirsdami kelią kontratakoms. Vietose, kuriose yra žaibo -nepriklausomas įžeminimas + potencialo išlyginimas“ dar labiau sumažina įžeminimo potencialų skirtumus.

4. Varistoriai ir viršįtampių apsaugai (SPD): žemos{1}}įtampos galo apsauga

Varistoriai (MOV) arba SPD, esantys žemos{0}}tampos tiektuvo išvaduose, slopina sukeltą žaibo ir perjungimo viršįtampą, užkertant kelią atvirkštinės transformacijos viršįtampai. Šie įrenginiai siūlo nanosekundžių atsaką ir žemą likutinę įtampą, idealiai tinka žemos-įtampos paskirstymo sistemos galo apsaugai.

 

 

 

 

 

 

Šiame sąraše aptariami viršįtampio apsaugos poreikiai įvairiuose įtampos lygiuose ir scenarijuose, vadovaujantis pagrindine logikatiesioginė apsauga nuo žaibo + šerdies įtampos ribojimas + specializuotas slopinimas + sistemos koordinavimas. Jis suderinamas su SCOTECH transformatoriaus dizaino ypatybėmis, suderintomis apsaugos priemonėmis ir pritaikytais sprendimais, skirtais tiesioginiam naudojimui projektuojant, dalyvaujant klientų techniniuose įsipareigojimuose ir atrenkant gaminius.

 

Taikymo scenarijus	Pagrindinės veiklos sąlygos	Pagrindinės apsaugos priemonės	SCOTECH pritaikytas pritaikymas
Lauko pastotės / vėjo jėgainės{0}}Stotys aukštyn (Didesnė arba lygi 35 kV, žaibiškos-sritys / kalnuotos vietovės)	Didelė tiesioginio žaibo rizika; kombinuota žaibo/perjungimo viršįtampa; neutralus{0}}taškas galimo poslinkio rizika	1. Išorinė tiesioginė apsauga nuo žaibo 2. Aukštos-įtampos pusės betarpiai MOA 3. Neutralaus -taško MOA + strypo tarpo lygiagreti apsauga 4. Optimizuotas apvijos talpos paskirstymas	1. Pasirinktinissupintos apvijos/kondensatorių ekranaitransformatoriaus įėjimo gnybtuose, siekiant optimizuoti įtampos paskirstymą; 2. SCOTECH-pritaikytas neutralaus-taško MOA, atitinkantis transformatoriaus didžiausią fazės įtampą; 3. Nulinio-atstumo iškroviklio įrengimo sąsajos, skirtos sumažinti liekamosios įtampos kilimą nuo elektros atstumo; 4. Įžeminimo tinklo optimizavimo rekomendacijos, suporuotos su žaibolaidžiais / laidais, kad būtų užtikrinta visa tiesioginė žaibo aprėptis
Miesto paskirstymo pastotės (10/6kV, miesto pagrindinės zonos, dažnas apkrovos perjungimas)	Dažnos perjungimo operacijos; pakartotinis perjungimo viršįtampis; nėra tiesioginio žaibo, bet sukeltas žaibo pavojus; maža rezonanso rizika	1. Aukštos-įtampos šoninio tarpo vožtuvo-tipo / MOA iškrovikliai 2. Serijiniai reaktoriai įsijungimo srovės ribojimui 3. Žemos-įtampos šoninės viršįtampio apsaugos priemonės (SPD) 4. Patobulinta įėjimo gnybtų izoliacija	1. Sustorėjusi tarpinė/žemės izoliacijaaukštos{0}}įtampos apvijų įėjimo gnybtuose, kad būtų išvengta perjungimo viršįtampio nuovargio; 2. Iš anksto-integruotos žemos-tampos reaktorių/SPD sąsajos, palaikančios tinkintus žemos-tampos apsaugos komponentus; 3. Optimizuotas transformatoriaus žadinimo induktyvumas, siekiant sumažinti rezonanso tikimybę esant dažnam perjungimui
Kaimo paskirstymo transformatoriai (10/6 kV, atokios žaibo{2}}sritys, dažni vienos fazės{3} gedimai)	Didelė tiesioginio/sukelto žaibo rizika; didelis lanko įžeminimo viršįtampis; ilgos kaimo linijos, didelė atvirkštinės transformacijos viršįtampio rizika	1. Ant polių-montuojami iškrovikliai + žemos-tampos pusės MOA 2. Neutralaus taško{1}}įžeminimas per lanko slopinimo rites 3. Žemos -įtampos pusės SPD apsauga nuo viršįtampių 4. Atvirkštinės transformacijos viršįtampio slopinimas	1. ReklamuotiY/Zn11 jungčių grupės transformatoriaisavaime slopinti atvirkštinės transformacijos viršįtampą; 2. Standartinės žemos -tampos MOA sąsajos, tiesiogiai suderinamos su žemos -tampos SPD; 3. Optimizuota neutralaus-taško izoliacija, palaikanti automatinio-derinimo lanko slopinimo rites; 4. Nulinio-atstumo iškroviklio tvirtinimo kronšteinai-stulpams montuojamiems transformatoriams
Pramonės gamykloms skirti transformatoriai (10/35 kV, kelios apvijos, didelis apkrovos svyravimas)	Daugia{0}}apvijų elektrostatinės indukcijos viršįtampa; perjungimo viršįtampis nuo apkrovos perjungimo; nulinės-sekos įtampos sujungimo rizika; žemos-įtampos atvirkštinės transformacijos viršįtampis	1. Kiekvienai apvijai nepriklausomi iškrovikliai 2. Žemos-tampos šoniniai šunto kondensatoriai viršįtampai sugerti 3. Serijiniai reaktoriai įsijungimo / viršįtampių ribojimui 4. Sluoksniuotas izoliacijos sutvirtinimas	1. Nepriklausoma sustiprinta izoliacijakiekvienai apvijai: optimizuotas talpos paskirstymas aukštos{0}}įtampos pusėse, sutirštinta įžeminimo izoliacija žemos{1}}tampos pusėse; 2. Iš anksto įdiegtos sąsajos 3 Y-prijungtiems kondensatoriams ant žemos-tampos magistralės tiltų, kad sugertų nulinės-sekos viršįtampą; 3. Individualios serijos reaktoriai, pritaikyti apkrovos svyravimui{1}}sukeltai įsijungimo srovei; 4. Daugia{1}}apvijų įtampos lygių iškroviklių pasirinkimo atitikties lentelės
Ilgo{0}}atstumo transmisijos transformatoriai (Didesnė arba lygi 110 kV, perdavimo linijos didesnės arba lygios 50 km)	Maitinimo-dažnio viršįtampis dėl linijos įkrovimo; didelė perjungimo viršįtampi nuo linijos perjungimo; staigus žaibo bangos sklidimas	1. Didelės-našumo MOA aukštos-įtampos pusėse 2. Linijiniai-šuntiniai reaktoriai talpinei reaktyviajai galiai sugerti 3. Žaibo bangos statumo slopinimas 4. Patobulinta transformatoriaus izoliacijos klasė	1. Pasirinktinisdidelio žaibo impulso atsparumo transformatoriaipritaikytas tolimųjų-žaibo bangų statumui; 2. Optimizuotos transformatoriaus žadinimo charakteristikos, siekiant sumažinti rezonansą su linijiniais reaktoriais; 3. Aukštos-srovės-galios MOA aukštos-įtampos pusėse, sprendžiančios galios-dažnį / perjungimo viršįtampą; 4. Žaibo bangų buferio komponentai prie įeinančių gnybtų, siekiant sumažinti bangų staigumą
Kompaktiškos pastotės / surenkamosios transformatorių stotys (10/6 kV, miesto / parko teritorijos, erdvė -apribota)	Nėra nepriklausomos tiesioginės apsaugos nuo žaibo; didelis įrangos integravimas, maži elektriniai atstumai; sukeltas žaibas + vidinė perjungimo viršįtampa	1. Integruoti MOA spintelės viduje 2. Varistoriaus (MOV) papildoma apsauga 3. Įeinančios linijos viršįtampių slopinimas 4. Potencialų išlyginimo apsauga	1. Integruotos iškroviklio tvirtinimo vietosnulinio -atstumo transformatoriaus- iškroviklio integravimui; 2. Įmontuoti-žemos{2}}tampos šoniniai varistoriai, slopinantys vidinį perjungimo viršįtampą; 3. Potencialų išlyginimo dizainas spintelių viduje, siekiant sumažinti galimos antžeminės kontratakos riziką; 4. Optimizuota apvijos išleidimo angos struktūra kompaktiškoms erdvėms, sumažinant įtampos gradiento netolygumus

 

Papildomos pastabos

• Visi sprendimai palaikointegruotas SCOTECH transformatorių ir apsaugos komponentų derinimas, sumažinant kliento antrinio pasirinkimo ir įrengimo išlaidas.
• Esant ekstremalioms sąlygoms (pvz., stiprios perkūnijos zonos, didelis aukštis, didelė tarša), patobulintos parinktys, pvz.anti-taršą izoliuojančios dangos, didelės-srovės ribotuvai ir nepriklausomi įžeminimo gnybtaiyra prieinami.