4 sätt att förstärka kortslutningsståndskapaciteten hos HV-transformatorer (i bruk)
Kortslutningsåterställningskapacitet
Det finns många metoder som tillämpas för att stärkatransformatorernas kortslutningsförmåga: förbättring av material, omformning av konstruktionen och bra underhåll i operationsprocessen och så vidare.
4 sätt att förstärka kortslutningsståndskapaciteten hos HV-transformatorer (i bruk)
Denna artikel handlar emellertid om metoder för transformatorer som används och de som är svåra att modifiera eller dyra att modifiera.
Innehåll:
- Installation av neutrala reaktorer
- Installation av nuvarande begränsningsreaktorer
- Installation av snabbkopplare med hög kapacitet
- Installation av styrbara felströmgränser
- Jämförelsen
- anteckningar
1. Installation av neutrala reaktorer
Vanligtvis är sannolikheten för kraftsystem som stöter på enfas kortslutningsolyckor är mycket högre än sannolikheten för kraftsystem som stöter på trefas kortslutningsolyckor.
Enfas kortslutningsström påverkas av den positiva sekvensimpedansen och nollföljdimpedansen. Ett effektivt sätt att ändra nollföljdimpedansen förändras jordning metoder för transformator neutrala punkter, eller installera neutral jordningsreaktor.
Figur 1 - Neutral jordningsreaktor tillverkad av Hilkar
Neutrala jordningsreaktorer används feller lågimpedansjordning av den neutrala punkten i trefas-nät för att begränsa felströmmen vid en kortslutning mellan fas och jord (felströmmen begränsas till nivån av fas-till-fas kortslutningsströmmen).
En reaktorterminal är ansluten till nätets neutral och den andra terminalen är jordad.
Under normal drift av elsystemet är strömflödet genom reaktorn nästan noll, eftersom det endast drivs av obalansen i trefasnätet.
Figur 2 - Den neutrala reaktorn på tre-svängtransformatorn (i röd ellips)
Den normala installationsplatsen för den neutrala reaktorn är i den kompensationsutrustning som kallas HV-shuntreaktor.
I Kina använder folk ofta stjärnanslutningen för HV-shuntreaktorn, och lägger sedan en reaktor i serie vid stjärnans anslutningspunkt.
Reaktorns funktioner här är att kompenserafas-fas kondensatorn och jordningskondensatorn, påskynda avslutningen av sekundärbågströmmen och göra det enklare att anta enfasiga återföreningar.
Earthing (jordning) transformator - Voltages under ett jordfel (fotokredit: Victoria Catterson via Flickr)
Ett applikationsexempel hände 2004, iNingbo City, Zhejiang-provinsen, Kina. Ingenjörer installerade små reaktorer som är 15 Ω som neutral jordningsreaktor för en 500kV transformator i Lanting Substation. Kortslutningsströmmen minskade.
Detaljerna visas i tabell 1:
bord 1 - Kortslutningsströmmen påverkas av neutrala reaktorer i Lanting Substation
| Enfas kortslutningsström | Trefas kortslutning ström | |
| Utan reaktor (kA) | 48.35 | 55.71 |
| Med reaktor (kA) | 43.34 | 41.84 |
När de neutrala punkterna förbinder med reaktorer, nollföljdimpedansen förändras.
Jordningskortsströmmen i dubbla faser kan vara större än den för enfasen. Så det är nödvändigt för att kontrollera både kortslutningen med enfas och dubbelfas kortslutning efter installationen av en neutral reaktor.
2. Installation av nuvarande begränsningsreaktorer
Seriereaktorn är en högspännings elektriskApparat utformad för att begränsa strömmen av en kortslutning och upprätthålla en tillräcklig spänning på bussarna på distributionsbrytaren under en kortslutning i ett nätverk.
Den består av en induktansspole. Sådana reaktorer används också för att kompensera reaktiv kraft för att förbättra överföringskapaciteten hos kraftledningarna.
Användningen av reaktorer är en traditionell och vanlig metod för begränsning av kortslutningsströmmen. Reaktorerna installeras vanligtvis vid de områden där kortlinjen fel kan hända och kopplas i serie i kretsar som kräver en gräns för kortslutningströmmen.
Nackdelen är att reaktorn kommer att öka kraftförlusterna. Det kan påverka stabiliteten i elsystemet.
Figur 4 - Core-and-coil-sammansättning av en 11-MVAr-serie reaktor (35 kV) med stegbrytare för ett stålverk (Siemens pressbild)
Den aktuella begränsningsreaktorn används vanligtvis vid utlopp på LV-sidan och kan även appliceras vid 35 kV-mediabilden i 220 kV-transformator.
Denna metod är lämplig för både trefas kortslutning och enfas kortslutning.
Exemplet är ABB: s projekt för Metro Grid. De bygger en seriereaktor som överför kraften från Sydney South till Haymarket Substation i Australien. Det är den största reaktorn från ABB.
3. Installation av snabbkopplare med hög kapacitet
Företrädarna för snabbkopplare med hög kapacitet är Is-begränsare (gjord av ABB), Pyristor (gjord av Ferraz) och Klämma (gjord av G & W).
Det har flera fördelar inom det tekniska området:
- Snabb avskärningsförmåga (mindre än 2 ms);
- Snabb begränsning av den stora kortslutningsströmmen: Is-limiter kan detektera och begränsa en kortslutningsström vid den första uppgången, dvs på mindre än 1 ms
- Mindre ockuperat utrymme
- Lätt att installera och underhålla
Det är en felströmbegränsande enhet som använder kemiska laddningar och strömbegränsande säkringar för att avbryta felströmmen under första kvartalet till halvcykeln (dvs före den första toppen).
I en typisk Is-limiter-design, Anordningen består av två strömbanor kopplade parallellt. En väg är ett element betygsatt för full belastningaktuell (vilken kan ha höga kontinuerliga strömvärden, t ex 3000 A) och den andra vägen ger den aktuella begränsningsfunktionen via en strömbegränsande säkring (som vanligen har en kontinuerlig strömvärdering av <300 A vid 15 kV).
Arbetsprincip
Arbetsprincipen kan beskrivas enligt följande: när kortslutning sker, upptäcker strömtransformatorn modulen och överför den till styrmodulen. Därefter utlöses kontrollmodulen och kopplar ur strömbrytaren till att "flytta" kortströmmen till säkringsmodulen vid det ögonblick som är aktuell.
Här är strömmen avskuren.
Den intressanta saken och specialfunktionen är att enheten använder sprängämnet för att få snabb avstängningsförmåga. Det kan begränsa både kortslutningsströmmar i enfas och trefas.
Figur 5 - ABB Is-limiterinsatshållare med insats för 12 kV, 2000 A
Arbetsprocessen kan beskrivas enligt följande:
Figur 6 - Isbegränsningsprocessen
4. Installation av styrbara felströmgränser
Felströmbegränsare (FCL) kallas också Kortslutningsströmbegränsare (SCCL). Det finns flera olika typer: Superledande felströmbegränsare (SFCL) och den styrbara felströmbegränsaren som bygger på elektronisk teknik och så vidare.
Figur 7 - Superledande FCL (35 kV / 90 MVA) tillverkad i Kina
Bristerna hos en superledande felströmbegränsare är:
- Arbetsmiljön är ganska hård: högtemperatur superledaren behöver flytande kväve (N2). Den kritiska temperaturen är 77 K (ungefär -196 ℃). Och lågtemperatur superledaren behöver flytande kväve flytande helium (He). Den kritiska temperaturen är 4 K (ca 269,15 ℃). När arbetstemperaturen är över kritisk temperatur kan SFCL inte behålla superledarens karaktär.
- Tekniken är inte mogen. I Kina finns det bara två prototyper som körs. Antalet SFCL som körs i Schweiz, Tyskland, Storbritannien och USA är mindre än 20.
Så det är inte lämpligt att appliceras för att modifiera transformatorerna som kör nu.
Den styrbara felströmbegränsaren baserad på elektronisk teknik är emellertid mer mogen än SFCL.
Som exempel, se figuren nedan:
Figur 7 - Reglerbar FCL-schematisk serie
Den styrbara FCL som visas är serietypen. Den består av kondensatorn (C), induktansen (L) och en bypassbrytare (K).
Normalt fungerar inte strömbrytaren och den är öppen. L och C arbetar med serieresonansförhållandet. Impedansen kan betraktas som noll, jämfört med den totala impedansen. Så påverkan av FCL kunde vara acceptabelt.
Fördelarna är:
- Inget inflytande på skyddslösningen som används
- Inget inflytande på dagens stabilitet
- Mindre ockuperat utrymme. Svagheterna är höga kostnader och underhållet.
5. Jämförelsen
Tabellen nedan är jämförelsen av 4 metoder som beskrivs ovan:
Tabell 2 - Förstärkningsmetoderna för transformatorns kortslutningsresistans
| Neutrala reaktorer | Serie reaktorer | Snabb växling | Kontrollerbara FCL | |
| Kostnaden | låg | vanligt | låg | hög |
| Projekt tid | kort | kort | kort | vanligt |
| Begränsning objekt | endast enfas | både | både | både |
| Teknisk mognad | hög | hög | vanligt | låg |
| Rymden | liten | liten | ganska liten | hård |
| Underhåll | lätt | lätt | lätt | stor |
6. Anteckningar
I det praktiska arbetet är risken för trefas kortslutningsolyckor vid MV-sidan av 500 kV och 220 kV transformatorer är ganska liten.
Den största risken är enfallsolyckan. Förstärkning av kortslutningsstyrkan hos enfasen eller begränsningen av kortslutningsströmmen vid enfas kan minska antalet kortslutningsolyckor för transformatorn signifikant.
Så det bästa valet är att installera den neutrala reaktorn. Om det finns behov av trefasskydd, kan vi installera snabbbrytaren eller FCL.
För LV-sidolyckan kan folk välja för att installera nuvarande begränsningsreaktorer, eller snabbt växlar om utrymmet är begränsat.
Referenser //
- Transformer Kortslutning Aktuell Beräkning och Lösningar av Ling Song
- Electric Power Substations Engineering av John D. McDonald