Muuntajan ylijänniteilmiöt ja suojatoimenpiteet

Teknologioiden, kuten UHV:n ja uusien energiaverkkoliitäntöjen, nopean kehityksen myötä muuntajat{0}}voimansiirtoon ja jännitteen muuntamiseen käytettävät ydinlaitteet-ovat kriittisiä sähköverkkojen luotettavuuden ja virransyötön laadun kannalta. Muuntajat kohtaavat kuitenkin usein käytön aikana ylijännitteen uhan: kun käyttöjännite ylittää suurimman sallitun käyttöjännitteen, syntyy ylijänniteilmiö. Tämä ohimenevä jännitepoikkeama ei ainoastaan ​​nopeuttaa muuntajan eristyksen ikääntymistä, vaan voi myös suoraan aiheuttaa eristeen rikkoutumisen, mikä johtaa laitevikaan tai jopa verkkoonnettomuuksiin. Ylijännitetuotantomekanismien perusteellinen analysointi ja kohdennettujen suojatoimenpiteiden toteuttaminen ovat välttämättömiä muuntajien turvallisen toiminnan varmistamiseksi.

 

 

 

 

Sähköjärjestelmien ylijännitteet luokitellaan kolmeen päätyyppiin keston ja syyn perusteella:tilapäinen ylijännite, kytkentäylijännite, jailmakehän ylijännite (salamaylijännite), joista jokaisella on omat laukaisuskenaariot ja vaaraominaisuudet.

 

 

 

 

 

 

(1) Kytkentäylijännite: Sähkömagneettisen energian ohimenevä värähtely

Kun otetaan esimerkkinä porrastetun-alasmuuntajan-tyhjäkytkentä, joka on yleisin skenaario sähköverkoissa-, toissijaisen-puolen kapasitanssilla on minimaalinen vaikutus ensiöpuolelle muunnettaessa, joten se voidaan jättää huomiotta. Ensiökäämilinjan---maakapasitanssi ()javälikapasitanssi ()tulee keskeisiksi parametreiksi. Koskatehomuuntajissa välikapasitanssin vaikutusta voidaan yksinkertaistaa edelleen kvalitatiivista analyysiä varten.

Kun no{0}}kuormittamaton muuntaja on kytketty pois päältä ja jos tyhjä-kuormitusvirta ei ole-nolla, ensiöinduktanssiin varastoitunut magneettikentän energia () ja siihen varastoitunut sähkökenttäenergia () värähtelee rinnakkaispiirissä, jonka muodostaaja. Tämä värähtely, jonka taajuus on useista sadaista useisiin tuhansiin hertseihin ja kestää vain muutaman teho-taajuusjakson, muuntaa magneettikentän energian kokonaan sähkökenttäenergiaksi, kun virta saavuttaa nollan, mikä nostaa kondensaattorin jännitteen maksimiin ja laukaisee kytkentäylijännitteen. Suurempi käämin induktanssi ja pienempi johdon---kapasitanssi lisäävät ylijännitteen amplitudia, mikä selittää, miksi kytkentäylijännitteet eivät yleensä ylitä 4,5 kertaa nimellisjännitettä.

 

(2) Ilmakehän ylijännite: Salamaaaltojen jyrkkä hyökkäys

Salama-aalloilla on jyrkät aaltorintamat (1–4 μs) ja korkeat taajuudet (yli 100 kHz), ja aaltorintaman jyrkkyys on jopa 500 kV/μs. Tämä nopeasti muuttuva jännite synnyttää merkittävän siirtymävirran käämeissä. Kun salama-aallot etenevät muuntajan liittimiin, ne toimivat korkeataajuisina-korkea{7}}jännitesignaaleina. Korkeilla taajuuksilla käämityksen induktiivinen reaktanssikasvaa merkittävästi, kun taas kapasitiivinen reaktanssilaskee jyrkästi, joten virta kulkee ensisijaisesti väli- ja linja----maakapasitanssien kautta.

Koska pienjännitekäämi- on lähellä sydäntä, sen suuri linjan---kapasitanssi on likimääräinen oikosulku, mikä tekee siitä tehokkaasti maadoitetun. Salamaaaltojen jännitejakauma käämitystä pitkin määräytyy suhteellato: kierrosten väliset kapasitanssit lähellä tulevaa liitintä kuljettavat enemmän virtaa ohituksen vuoksi, mikä luo äärimmäisiä jännitegradientteja, joissa ensimmäisillä kierroksilla voi esiintyä satoja kertoja nimellisarvoa suurempi jännite. Tämä epätasainen jännitteen jakautuminen on ensisijainen syy eristyshäiriöiden välillä.

 

(3) Väliaikainen ylijännite: Energian kertyminen ja värähtely tasaisissa-tilan häiriöissä

Tilapäiset ylijännitteet johtuvat vakaan tilan-verkkohäiriöistä kolmella tyypillisellä skenaariolla:

• Teho-taajuuden ylijännite: Syynä on yksivaiheinen-maavika, kuormituksen estäminen tai linjalataus. Tehokkaasti maadoitetuissa järjestelmissä terveet vaihejännitteet nousevat verkkojännitetasoille yksivaiheisten vikojen aikana; äkillinen kuormituksen hylkäys lisää generaattorin nopeutta ja säätämätöntä viritysvirtaa nostaen väylän jännitteet 1,5–1,8-kertaisiksi nimellisarvoihin nähden useiksi sekunneiksi.
• Resonanssiylijännite: Ilmenee, kun induktanssi ja kapasitanssi muodostavat resonanssipiirejä vikojen tai toimintojen vuoksi, mikä laukaisee sähköisen-magneettisen energian muuntamisen. Epälineaarisen muuntajan induktanssin ohjaama ferromagneettinen resonanssi aiheuttaa taajuusryömimiä ja jänniteamplitudeja, jotka ovat jopa 2–3 kertaa nimellisarvoa suurempia.
• Kaaren maadoituksen ylijännite: Johtuu jaksoittaisesta valokaaren sammumisesta/uudelleensytytyksestä maadoittamattomien järjestelmien yksivaiheisten vikojen aikana, mikä aiheuttaa sähkömagneettisia värähtelyjä. Kaaren sammutus vapauttaa kapasitiivista energiaa induktanssiksi, kun taas uudelleensytytys vahvistaa energian kertymistä, mikä johtaa ylijännitteisiin, jotka ovat 2,5–3 kertaa nimellisjännitteen.

 

 

 

 

 

Ylijännitevaaroja ja -mekanismeja varten on kehitetty kypsä suojausjärjestelmä, jossa yhdistyvät ulkoinen suora ukkossuoja, sisäinen käämityssuoja ja erikoistuneet lisätoimenpiteet muuntajan turvallisuuden varmistamiseksi.

 

(2) Suojaus: Sydämen suojausvälineet

Verkkosuojat ovat ensisijaisestiaukottomat metallioksidisuojat (MOA)jaaukkoventtiili{0}}tyyppiset sulkimet, jolla on yhteinen valintaperiaate: suojan nimellisjännite ei saa olla pienempi kuin tilapäinen ylijännite asennuspaikalla, eikä nollapisteen{0}}nimellisjännite saa olla pienempi kuin muuntajan suurin vaihejännite.

• Jos nimellisjännite on liian alhainen: Aukkoiset pysäyttimet eivät ehkä pysty sammuttamaan valokaareja yksivaiheisten vikojen aikana, mikä aiheuttaa räjähdyksiä; MOA:t hajoavat liiallisesta energian imeytymisestä.
• Jos nimellisjännite on liian korkea: Impulssipurkausjännite ja jäännösjännite kasvavat, mikä heikentää suojauksen tehokkuutta.

Aukkoventtiili{0}}-tyyppisissä rajoittimissa käytetään epälineaarisia venttiililevyjä, joilla on korkea johtavuus suurissa salamavirroissa (pitää alhaisen jäännösjännitteen) ja alhainen johtavuus normaaleissa jännitteissä (rajoitusteho-taajuuden seurantavirta). Aukottomat MOA:t, jotka hyödyntävät sinkkioksidiventtiililevyjä, vaimentavat seurantavirtaa ilman aukkoja, mikä tarjoaa nopean vasteen, alhaisen jäännösjännitteen ja suuren virtakapasiteetin-, mikä tekee niistä valtavirran muuntajan suojauksen.

GB311.1-1997 mukaanKorkeajännitteisten{0}}siirto- ja jakelulaitteiden eristyksen koordinointi, 6kV muuntajilla on salamaimpulssinkestojännite 60kV ja 10kV muuntajilla 75kV. 6 kV järjestelmissä YH5WS-10/30 MOA:n jäännösjännite on pienempi tai yhtä suuri kuin 30 kV, mikä antaa eristyksen koordinaatiokertoimen. 10 kV järjestelmissä YH5WS-17/50 MOA tuottaa tulosta, joka täyttää turvallisuusvaatimukset.on tyypillisesti suurempi tai yhtä suuri kuin 1,4 salamaimpulsseille ja suurempi tai yhtä suuri kuin 1,15 kytkentäimpulsseille, kun otetaan huomioon eristystyyppi, ylijännitteen jakautuminen ja ympäristön ikääntyminen.

 

 

 

 

(3) Parannettu eristys: lisäsuojaus

Keskikokoisissa ja pienissä muuntajissa (alle tai yhtä suuri kuin 35 kV) parannettu eristys on tärkeä lisätoimenpide: korkeajännitekäämien eristyksen paksuus- ja kiertoeristyksen vahvistaminen tulo-/liitinkierroksissa jännitegradienttien kestämiseksi. Paksumpi eristys kuitenkin heikentää lämmön hajoamista ja vähentää välikapasitanssia, mikä saattaa lisätä jännitegradientteja,-joten tämä soveltuu vain matalan -jännitteen ja kustannus{5}}herkkiin skenaarioihin.

 

(4) Lisääntynyt välikapasitanssi: Optimoitu jännitteenjako

Korkeampi välikapasitanssiparantaa jännitteen jakautumisen tasaisuutta: suurempisuhteessavähentää jännitegradientteja ja ylijänniteriskiä. Limitettyjen käämien ja kondensaattorinäyttöjen kaltaisia ​​tekniikoita käytetään erityisesti salama{1}}alttiilla alueilla, kuten vuoristosähköasemilla tai tuulipuiston askel{2}}asemilla.

 

(5) Neutraali-pisteen ylijännitesuoja

Salama{0}}alttiilla alueilla sijaitsevilla sähköasemilla, joissa on yksi virtalähde, kolmivaiheinen salamaaallon tunkeutuminen on yleistä, mikä vaatii kohdistetun nollapisteen-suojauksen. Ensisijainen ratkaisu onneutraali{0}}piste MOA, jotka suojaavat sekä salamalta että kytkentäylijännitteiltä nopealla vasteella, alhaisella jäännösjännitteellä ja suurella virtakapasiteetilla. Salama{1}}alttiissa provinsseissa, kuten Guangdongin ja Guangxin, neutraalien-pisteiden MOA-asennusaste ylittää 90 %. Ne on suunniteltu korkeille nimellisjännitteille, ja ne pysyvät luotettavina pienten nollapisteen-pistesiirtojen aikana ja kestävät 1x teho-taajuuden vaihejännitteen yksivaiheisten vikojen aikana.

Äärimmäisiin nolla{0}}pisteen siirtoihin (ylijännite Suurempi tai yhtä suuri kuin 2x teho-taajuuden vaihejännite) käytetään rinnakkaista "pysäytys + vaakasuuntainen sauvaväli" -mallia: pysähdykset käsittelevät salama-/kytkentäylijännitteitä, kun taas välit rajoittavat korkean-keskisen taajuuden tehon-suojamekanismin luoden suojataajuuden ylijännitetaajuudelle.

 

(6) Erikoissuojaus moni-käämimuuntajille

Kolme-käämimuuntajaa (korkea-, keski- ja matalajännite) altistaa sähköstaattisen induktion ylijännitevaaralle, etenkin kun matalajännitteiset{1}}käämit ovat auki. Salama-aallot korkean-jännitteen puolella siirtyvät matalajännitteisille Pienjännitteisten-käämien ulostuloissa olevat pysäyttimet vaimentavat suoraan sisääntunkeutuvat ylijännitteet.

Lisäksi nolla{0}}sekvenssijännite epäsymmetrisistä vioista tai katkaisijavioista siirtyy pienjännitekäämeihin-kapasitiivisen kytkennän kautta. Tämän lieventämiseksi käytetään suuria-synkronisia katkaisijoita ja 3 Y-kytkettyä kondensaattoria asennetaan matalajännitteisille-väyläsilloille, jotka lisäävät kapasitanssia maahan, absorboivat ylijänniteenergiaa ja vähentävät amplitudia/jyrkkyyttä.

 

(7) Pienjännite{1}}järjestelmän koordinoitu suojaus

Pitkät matalajännitteiset{0}}syöttöjohdot ovat herkkiä salamaniskuille. Iskuttaessa salamavirrat indusoivatkäänteisen muunnoksen ylijännitekorkeajännitekäämeissä (2–3 kertaa nimellisjännite) sähkömagneettisen induktion kautta, mikä uhkaa eristystä. Matala-jännitteen puolen MOA:t vaimentavat impulssivuon matalajännitteisissä käämeissä ja estävät ylijännitteen siirron. Y/Zn11-liitäntäryhmillä varustetut muuntajat vaimentavat luonnostaan ​​käänteisen muunnoksen ylijännitteen, mikä tarjoaa paremman suojan, kun ne yhdistetään pienjännitesuojainten kanssa.

 

(8) Muut erityiset suojatoimenpiteet

Tietyissä ylijänniteskenaarioissa lisätoimenpiteitä ovat:

1. Kaarenvaimennuskelat: Kaaren maadoituksen ylijännitteen vaimentaminen

Maadoittamattomissa tai kaarenvaimennuskela{0}}maadoitetuissa jakelujärjestelmissä kaarenvaimennuskäämit kompensoivat kapasitiivista virtaa yksivaiheisten vikojen aikana, minimoiden vikavirran ja estämällä valokaaren ajoittaisen uudelleensytytyksen. Autom-virityskelat seuraavat reaaliaikaisia-kapasitiivisia virran muutoksia ja rajoittavat kaaren maadoitusylijännitteen 2x nimellisjännitteeseen tai sitä pienempiin.

2. Reaktorit: kytkentä- ja tehonrajoitus-taajuusylijännite

Sarjan reaktorit: Rajoita muuntajan käynnistysvirtaa ja kytkentäylijännitettä lisäämällä piirin induktanssia virran muutosnopeuksien vähentämiseksi. Esimerkiksi sarjareaktorit suurten muuntajien pienjännite{1}}puolella rajoittavat syöttövirran 2–3-kertaiseen nimellisvirtaan.

Shunttireaktorit: Absorboi kapasitiivista loistehoa pitkissä korkeajännitteisissä{0}}siirtolinjoissa, mikä vähentää virran-taajuuden ylijännitettä linjan latausvaikutuksista. 500 kV linjoissa shunttireaktorit rajoittavat ylijännitteen enintään 1,3-kertaiseksi nimellisjännitteeksi, mikä suojaa muuntajia epäsuorasti.

3. Maadoitusjärjestelmän optimointi: Maapotentiaalin nousun vähentäminen

Optimoidut maadoitusverkot (esim. kupari-pinnoitetut teräselektrodit, ylimääräiset maadoitusnavat) vähentävät sähköaseman maadoitusvastuksen arvoon enintään 0,5 Ω, minimoiden maapotentiaalin nousun salamaniskujen aikana ja estävät vastahyökkäykset. Salama{5}}alttiilla alueilla "itsenäinen maadoitus + potentiaalintasaus" vähentää edelleen maapotentiaalieroja.

4. Varistorit ja ylijännitesuojat (SPD): matala-jännitteen suoja

Varistorit (MOV) tai SPD:t matalan{0}}jännitteen syöttöliitännöissä estävät indusoituneen salaman ja kytkentäylijännitteet, mikä estää käänteisen muunnosylijännitteen. Nämä laitteet tarjoavat nanosekunnin vasteen ja alhaisen jäännösjännitteen, mikä on ihanteellinen matalan -jännitteen jakelujärjestelmän päätyjen suojaukseen.

 

 

 

 

 

 

Tämä luettelo käsittelee ylijännitesuojaustarpeita jännitetasojen ja skenaarioiden välillä noudattaen ydinlogiikkaasuora salamasuojaus + ydinjännitteen rajoitus + erikoissammutus + järjestelmän koordinointi. Se on linjassa SCOTECH-muuntajan suunnitteluominaisuuksien, vastaavien suojatoimenpiteiden ja räätälöityjen ratkaisujen kanssa, jotka on tarkoitettu käytettäväksi suoraan projektisuunnittelussa, asiakkaiden teknisessä sitoumuksessa ja tuotteiden valinnassa.

 

Sovellusskenaario	Ydinkäyttöehdot	Ydinsuojatoimenpiteet	SCOTECH räätälöity mukautus
Ulkosähköasemat/tuulivoimapuisto{0}}Ylösasemat (Suurempi tai yhtä suuri kuin 35 kV, salama-alttiit/vuoristoalueet)	Suuri suora salaman vaara; yhdistetty salama/kytkentäylijännite; neutraali{0}}piste mahdollinen siirtymäriski	1. Ulkoinen suora ukkossuojaus 2. Korkea-jännitteen puolen aukoton MOA 3. Neutraali-piste MOA + sauvavälin rinnakkaissuoja 4. Optimoitu käämin kapasitanssijakauma	1. Mukautettulomitetut käämit/kondensaattorisuojatmuuntajan tuloliittimissä jännitteen jakautumisen optimoimiseksi; 2. SCOTECH-muokatut nollapisteen-MOA:t, jotka vastaavat muuntajan maksimivaihejännitettä; 3. Nolla-etäisyysrajoittimen asennusliitännät vähentämään jäännösjännitteen nousua sähköisestä etäisyydestä; 4. Suositukset maadoitusverkon optimointiin yhdistettynä salamanvarsijohtimiin/johtimiin täydellisen suoran salaman peiton saamiseksi
Kaupunkien jakeluasemat (10/6kV, kaupunkien ydinalueet, tiheä kuormanvaihto)	Toistuva vaihto; toistuva kytkentäylijännite; ei suoraa salamaniskua, mutta aiheutettu salamavaara; alhainen resonanssiriski	1. Korkea-jännitepuolen venttiilin-tyyppiset/MOA-suojat 2. Sarjareaktorit käynnistysvirran rajoittamiseen 3. Matala-jännitepuolen ylijännitesuojat (SPD) 4. Parannettu tuloliittimen eristys	1. Paksutettu väli/maaeristyskorkean{0}}jännitteen käämien tuloliittimissä kytkentäylijännitteen väsymisen estämiseksi; 2. Valmiiksi integroidut liitännät-pienjännitteisille reaktoreille/SPD:ille, jotka tukevat räätälöityjä pienjännitesuojakomponentteja 3. Optimoitu muuntajan viritysinduktanssi resonanssin todennäköisyyden vähentämiseksi toistuvissa kytkennöissä
Maaseudun jakelumuuntajat (10/6kV, salama{2}}alttiit alueet, usein esiintyvät yksivaiheiset viat)	Suuri suora/indusoitu salaman riski; merkittävä kaarimaadoitusylijännite; pitkät maaseutulinjat, korkea käänteismuunnosylijänniteriski	1. Napakiinnittimet 2. Neutraali-pistemaadoitus kaarenvaimennuskäämien kautta 3. Matala-jännitepuolen SPD-ylijännitesuoja 4. Käänteisen muunnoksen ylijännitteen vaimennus	1. MainostaY/Zn11 kytkentäryhmämuuntajatvaimentaa luonnostaan ​​käänteismuunnosylijännite; 2. Vakiomatal-jännitteen MOA-liitännät, jotka ovat suoraan yhteensopivat matalajännitteisten SPD:iden kanssa; 3. Optimoitu neutraalipisteen-eristys, joka tukee automaattista-viritystä kaarenvaimennuskäämillä; 4. Nolla-etäisyyspysäytin kiinnityskannattimet napa-asennettaviin muuntajiin
Teollisuustehtaille omistetut muuntajat (10/35 kV, moni-käämi, suuri kuormituksen vaihtelu)	Multi-käämin sähköstaattisen induktion ylijännite; kytkentäylijännite kuorman kytkemisestä; nolla-sekvenssijännitekytkennän riski; matala-jännite käänteismuunnosylijännite	1. Jokaiselle käämille erilliset pysäyttimet 2. Matala--puolen shunttikondensaattorit ylijännitteen absorptioon 3. Sarjareaktorit käynnistys-/ylijänniterajoitukseen 4. Kerroksellinen eristysvahvistus	1. Itsenäinen vahvistettu eristyskullekin käämille: optimoitu kapasitanssin jakautuminen korkean{0}}jännitteen puolella, paksunnettu maaeristys matalajännitteen{1}}puolella; 2. Esiasennetut liitännät 3 Y-kytketylle kondensaattorille matalajännitteisille-väyläsilloille nolla-sekvenssin ylijännitteen absorboimiseksi; 3. Mukautetun sarjan reaktorit, jotka on räätälöity kuormituksen vaihtelun -indusoituun syöttövirtaan; 4. Suojakytkimen valintataulukot useille-käämin jännitetasoille
Pitkän{0}}etäisyyden muuntajat (Suurempi tai yhtä suuri kuin 110 kV, siirtojohdot suurempi tai yhtä suuri kuin 50 km)	Virtataajuuden ylijännite-linjalatauksesta; merkittävä kytkentäylijännite linjakytkennästä; jyrkkä salamaaallon eteneminen	1. Korkean -kapasiteetin MOA:t korkean-jännitteen puolella 2. Linja-sivushunttireaktorit kapasitiiviseen loistehon absorptioon 3. Salamaaallon jyrkkyyden vaimennus 4. Parannettu muuntajan eristysluokka	1. Mukautettukorkean salaman impulssin kestävät muuntajatmukautettu pitkän matkan{0}}salamaaallon jyrkkyyteen; 2. Optimoidut muuntajan viritysominaisuudet vähentämään resonanssia linjareaktorien kanssa; 3. Korkean-virta-kapasiteetin MOA:t korkean-jännitteen puolella, jotka koskevat teho-taajuutta/kytkentäylijännitettä; 4. Salamaaaltopuskurikomponentit tuloliittimissä vähentämään aallon jyrkkyyttä
Kompaktit sähköasemat / esivalmistetut muuntajaasemat (10/6 kV, kaupunki-/puistoalueet, -rajoitettu)	Ei itsenäistä suoraa salamansuojaa; korkea laitteiden integrointi, pienet sähköiset etäisyydet; indusoitu salama + sisäinen kytkentäylijännite	1. Integroidut MOA:t kaapin sisällä 2. Varistorin (MOV) lisäsuojaus 3. Tulolinjan ylijännitesuoja 4. Potentiaalin tasaussuoja	1. Integroidut pysäyttimen asennuspaikatnolla{0}}etäisyysmuuntaja-johdin; 2. Sisäänrakennetut-pienjännitteiset-varistorit vaimentamaan sisäisen kytkentäylijännitteen; 3. Potentiaalin tasausrakenne kaappien sisällä vähentämään maapotentiaalin vastahyökkäysriskiä; 4. Optimoitu käämityslähtörakenne kompakteihin tiloihin minimoimalla jännitegradientin epätasaisuudet

 

Lisähuomautuksia

• Kaikki ratkaisut tukevatSCOTECH-muuntajien ja suojakomponenttien integroitu sovitus, mikä vähentää asiakkaiden toissijaisia ​​valinta- ja asennuskustannuksia.
• Äärimmäisiin olosuhteisiin (esim. ankarat ukkosmyrskyvyöhykkeet, korkea korkeus, voimakas saastuminen) parannetut vaihtoehdot, kutensaastumista estävät-eristyspinnoitteet, korkean-virransuojat ja itsenäiset maadoitusliittimetovat saatavilla.