Bescherming van een transformator die direct is aangesloten op een transmissielijn zonder schakelapparatuur
Bescherming van de transformator-feeder
Een transformator-feeder bevat een transformatordirect verbonden met een transmissielijncircuit zonder tussenkomst van een HV-schakelapparaat. De besparing op HV-schakelapparatuur die zo wordt bereikt, wordt helaas verlaagd door een verhoogde complicatie van de noodzakelijke bescherming.
Bescherming van een transformator die direct is aangesloten op een transmissielijn zonder schakelapparatuur
De primaire vereiste is intertripping, sindsde feederbeveiliging op afstand van de transformator reageert niet op de lage stroomstoringscondities die kunnen worden gedetecteerd door beperkte aardfout- en Buchholz-beveiligingen.
Onbeperkte of beperkte bescherming kan worden toegepast.
Bovendien kan de transformator-feeder worden beschermd als een enkele zone of worden voorzien van afzonderlijke beveiligingen voor de feeder en de transformator. Voorbeelden worden getoond in figuur 1.
Figuur 1 - Typische voedingscircuits voor transformatoren
In het laatste geval kunnen de afzonderlijke beveiligingen beide systemen van het eenheidstype zijn.
Een adequaat alternatief is de combinatie van een eenheidstransformatorbeveiliging met een onbeperkt systeem van feederbescherming plus een interripping-functie.
1. Niet-unitaire regelingen
In de volgende paragrafen wordt beschreven hoe niet-unitenschema's worden toegepast om transformator-feeders te beschermen tegen verschillende soorten fouten.
1.1 Feederfase en aardfouten
Hoge snelheidsbeveiliging tegen fase- en aardfouten kan worden verzorgd door afstandsrelais aan het einde van de feeder op afstand van de transformator.
De transformator vormt een aanzienlijke beperkte impedantie. Het is daarom mogelijk om een afstandsrelaiszone in te stellen om de hele feeder te bestrijken en een deel te bereiken in de impedantie van de transformator.
De effecten van autotransformatoractie envariaties in de effectieve impedantie van de wikkeling met foutpositie voorkomen dit, waardoor de hoeveelheid wikkeling voorbij de terminals die zeer klein wordt beschermd.
De waarde van het systeem is beperkt tot de feeder, die, zoals hierboven vermeld, overal een hoge snelheidsbescherming ontvangt.
1.2 Fouten in de toevoerfase
Een afstandsschema wordt niet, voor alle praktische doeleinden, beïnvloed door variërende foutniveaus op de hoogspanningsrails en is daarom het beste schema om toe te passen als het foutniveau sterk kan variëren.
In gevallen waar het foutniveau redelijk constant is, kan vergelijkbare bescherming worden verkregen met behulp van hoog ingestelde momentane overstroomrelais.
Deze moeten een laag voorbijgaand overbereik (t) hebben, gedefinieerd als:
Weinig voorbijgaand bereik (t)
waar:
- iks = stroom instellen
- ikF = steady-state r.m.s-waarde van de foutstroom, die bij volledig offset gewoon het relais in werking stelt.
Verwijzend naar figuur 2, de vereiste instelling om te verzekeren dat het relais niet zal werken voor een volledig versprongen fout ikF2 is gegeven door:
Waar ikF2 is de foutstroom onder maximale bronomstandigheden, dat wil zeggen wanneer ZS is minimum en de facteur van 1.2 dekt mogelijke fouten in de systeemimpedantiedetails gebruikt voor de berekening van ikF2, samen met relay- en CT-fouten.
Laat de instelverhouding het resultaat zijn van de instelling iks worden:
daarom
Vandaar,
waar:
Figuur 2 - Overwegingen bij de toepassing van de beveiliging van de transformator-feeder
Er kan worden gezien dat voor een gegeven transformatorafmeting de meest gevoelige bescherming voor de lijn wordt verkregen door relais te gebruiken met de laagste transiënte overschrijding.
De ogenblikkelijke bescherming wordt meestal toegepastmet een tijdvertraagd overstroomelement met een lagere stroominstelling. Op deze manier wordt onmiddellijke bescherming geboden voor de feeder, waarbij het tijdvertraagde element fouten op de transformator bedekt.
Wanneer de stroom in de transformator-feeder in beide richtingen kan stromen, zijn overstroomrelais aan beide uiteinden vereist.
In het geval van paralleltransformator-feeders (figuur 3), is het van essentieel belang dat de overstroomrelais aan de laagspanningszijde directioneel zijn en alleen werken voor foutstroom die in de transformatorfeeder wordt gevoerd.
Afbeelding 3 - Richtingrelais toegepast op parallelle feeders
Als niet-unitaire niet-directionele relais worden toegepastvoor parallelle feeders met een enkele opwekkingsbron, zullen eventuele fouten die op elke regel kunnen voorkomen, onafhankelijk van de gebruikte relaisinstellingen, beide lijnen isoleren en de voeding volledig ontkoppelen.
Met dit type systeemconfiguratie is het dat welnodig om directionele relais toe te passen aan de ontvangzijde en deze te rangschikken met de niet-directionele relais aan het zenduiteinde, om correcte discriminatieve werking van de relais tijdens lijnfouten te garanderen.
1.3 Aardfouten
Momentane beperkte aardfoutbeveiliging wordt normaal verstrekt. Wanneer de hoogspanningswikkeling delta is verbonden, geeft een relais in het restcircuit van de lijnstroomtransformatoren een aardfoutbeveiliging die fundamenteel beperkt is tot de toevoerinrichting en de bijbehorende delta-verbonden transformatorwikkeling.
Deze laatste kan geen stroom van nulsequenties verzenden naar een fout met doorgaande aarde.
Wanneer de feeder is gekoppeld aan een geaarde stervormige winding, is normale beperkte aardfoutbeveiliging niet van toepassing vanwege de afgelegen ligging van de neutrale transformator.
Als alternatief kan een directioneel IDMT-relais worden gebruikt, waarbij de tijdvermenigvuldiger laag wordt ingesteld. De geringe inverse tijdvertraging tijdens bedrijf zal ervoor zorgen dat ongewenste transiënte werking wordt vermeden.
Wanneer de voedingsbron op de hoogspanningssterzijde, een alternatief schema dat geen spanningstransformator vereist, kan worden gebruikt.
Het schema is weergegeven in afbeelding 4. Om de stroomonderbreker te laten trippen, moeten beide relais A en B werken, wat zich zal voordoen bij aardfouten in de feeder of de transformatorwikkeling.
Figuur 4 - Onmiddellijke bescherming van transformator-feeder
Externe aardfouten veroorzaken de transformatoralleen nulsequentiestroom leveren, die zal circuleren in de gesloten delta-verbinding van de secundaire wikkelingen van de drie hulpstroomtransformatoren. Er is geen uitvoer beschikbaar voor relay B.
Als de aarding van de neutrale op een ontvangsthet punt is waarschijnlijk solide en de aardfoutstroom zal daarom vergelijkbaar zijn met de fasefoutstroom, hoge instellingen vormen geen ernstige beperking.
Aardfoutbeveiliging van de laagspanningswikkelingwordt geleverd door een beperkt aardfoutsysteem met behulp van drie of vier stroomtransformatoren, al naar gelang de wikkeling delta of star-connected is.
Figuur 5 - Beperkte aardfoutbeveiliging voor een sterwikkeling
1.4 Capaciteit binnen de zone
Het toevoergedeelte van de transformatorfeeder heeft een merkbare capaciteit tussen elke geleider en aarde.
Tijdens een externe aardfout zal de nulleider werkenworden verplaatst, en de resulterende componentcomponent met nulsequentie van spanning zal een corresponderende component van een stroom met een nulvolgordecapaciteit produceren. In het beperkende geval van volledige neutrale verplaatsing zal deze nulsequentiestroom zijn gelijk in waarde aan de normale positieve reeksstroom.
De resulterende reststroom is gelijk aan driemaal de nulsequentiestroom en dus tot driemaal de normale laadstroom van de lijn.
De waarde van dit onderdeel van de in-zone stroom moet worden overwogen bij het vaststellen van de effectieve instelling van aardfoutrelais.
2. Eenheidsschema's
De basisverschillen tussen de vereisten voor feeder- en transformatorbeveiliging liggen in de beperking van de overdracht van aardlekstroom door de transformator en de behoefte aan hooggevoeligheid in de transformatorbescherming, wat erop wijst dat de twee componenten van een transformator-voeder afzonderlijk moeten worden beschermd. Dit omvat het monteren van stroomtransformatoren naast of op de hoogspanningsklemmen van de transformator.
Afzonderlijke stroomtransformatoren zijn wenselijk voor de voeder- en transformatorbescherming zodat deze kunnen worden gerangschikt in twee afzonderlijke overlappende zones.
Het gebruik van gemeenschappelijke stroomtransformatoren is mogelijk, maar kan het gebruik van hulpstroomtransformatoren of speciale wikkeling en verbindingsopstellingen van de relais met zich meebrengen.
Hoewel technisch superieur, het gebruik vanAfzonderlijke beveiligingssystemen zijn zelden te rechtvaardigen in vergelijking met een algeheel systeem of een combinatie van niet-unitaire feederbescherming en een eenheidtransformatorsysteem.
Een algemeen eenheidssysteem moet rekening houden met het feit dat nulsequentiestroom aan één kant van een transformator in geen enkele vorm aan de andere kant kan worden gereproduceerd.
Figuur 6a - Beschermingsmethoden voor transformator-feeders met behulp van elektromechanische statische technologie - Circulerend stroomsysteem
Dit betekent weinig moeite voor een modernenumeriek relais met softwarefase / nulsequentiecompensatie en digitale communicatie om volledige informatie over de fase- en aardstromen van het ene relais naar het andere te verzenden.
Het vormt echter een moeilijker probleem voor relais die gebruikmaken van oudere technologie.
De resulterende instellingen zijn echter vergelijkbaar met die voor fasefouten en er wordt geen bescherming geboden voor fase-aarde fouten.
Figuur 6b - Beschermingsmethoden voor transformator-feeders met behulp van elektromechanische statische technologie - Gebalanceerd spanningssysteem
Een alternatieve techniek wordt getoond in Figuur 6 (b). De B-fase wordt door een afzonderlijke wikkeling op een andere transformator of relais-elektromagneet genomen om een ander balanceersysteem te verschaffen.
De twee transformatoren zijn onderling verbonden met hun tegenhangers aan het andere einde van de toevoertransformator door vier pilootdraden.
Werking met drie pilootkernen is mogelijk, maar vier hebben de voorkeur, met een geringe toename van de pilootkosten.
3. Intertripping
Om ervoor te zorgen dat zowel de hoge als de lage spanningstroomonderbrekers werken voor fouten binnen de transformator en feeder, het is noodzakelijk om beide stroomonderbrekers te gebruiken tegen bescherming die normaal met één gepaard gaat. De techniek om dit te doen staat bekend als intertripping.
Deze fouten zijn:
Fout # 1 - Fouten in de transformator die deBuchholz-relais en schakelt de lokale laagspanningsstroomonderbreker uit, terwijl er niet genoeg foutstroom wordt geproduceerd om de beveiliging te gebruiken die hoort bij de externe hoogspanningsstroomonderbreker
Fout # 2 - Aardfouten op de sterwikkeling van detransformator, die, vanwege de positie van de fout in de wikkeling, opnieuw onvoldoende stroom produceren voor de relaiswerking op de externe stroomonderbreker.
Fout # 3 - Aardfouten in de feeder of hoogspanningdelta-verbonden wikkeling die alleen de hoogspanningscircuitonderbreker uitschakelt, waardoor de transformator van de laagspanningszijde en met twee hoogspanningsfasen bij bijna lijn-naar-lijnspanning boven de aarde wordt bekrachtigd.
Een intermitterende vonkontlading kan volgen en er is een mogelijkheid dat een tijdelijke overspanning optreedt en een verdere afbraak van de isolatie veroorzaakt.
3.1 Neutrale verplaatsing
Een alternatief voor intertripping is om de conditie te detecteren door de restspanning op de feeder te meten.
Er is een aardfout opgetreden op de aangesloten feedernaar een niet-geaarde transformatorwikkeling moet worden gewist door het voedingscircuit, maar als er ook een voedingsbron is aan de secundaire zijde van de transformator, is de feeder mogelijk nog steeds actief.
De feeder zal dan een lokaal niet-geaard systeem zijn en, als de aardfout in een boogvorm voortduurt, kunnen gevaarlijke overspanningen optreden.
Een spanningsrelais wordt van de spanning voorziengebroken-delta verbonden secundaire wikkeling van een spanningstransformator op de hoogspanningslijn, en ontvangt een ingang evenredig met de nulvolgorde-spanning van de lijn, dat wil zeggen, aan elke verplaatsing van het neutrale punt.
Zie figuur 7.
Figuur 7 - Detectie van neutrale verplaatsing met behulp van spanningstransformator
Het relais ontvangt normaal gesproken een nulspanning, maar in aanwezigheid van een aardfout zal de gebroken-delta spanning stijgen tot driemaal de fasespanning.
Aardfouten elders in het systeem kunnen ook resulteren in verplaatsing van de neutrale en daarom wordt discriminatie bereikt door gebruik te maken van bepaalde of omgekeerde tijdkarakteristieken.
Bron // Netwerkbescherming en automatiseringsgids door (ex) Alstom Grid, nu General Electric