110 kV olie-dykket transformator neutral jordforbindelsessystem

A110 kV olie-dykket krafttransformator udfører en afgørende rolle ved spændingstransformation og storstilet strømtransmission. Transformatorerne kan dog ikke betragtes isoleret fra jordforbindelsesarrangementet for det elektriske net.

Transformatorens neutrale jordforbindelsessystem påvirker:

• Jordfejlstrøm
• Midlertidig og transient overspænding
• Beskyttelsessystemets følsomhed og selektivitet
• Transformatorisolationskrav
• Systemstabilitet
• Personale- og udstyrs sikkerhed

Af denne grund er neutral jordforbindelse ikke blot et tilbehørvalg. Den skal koordineres med transformatorviklingens forbindelse, systemets jordforbindelsesfilosofi, isolationsniveauet, beskyttelsessystemet og understationens jordforbindelsesnet.

Denne artikel forklarer de vigtigste funktioner, komponenter og ingeniørmæssige overvejelser vedrørende et neutralt jordforbindelsessystem til en 110 kV olie-dyppet transformator.

Vigtigt: Den passende metode til neutral jordforbindelse skal fastlægges af systemoperatøren og kvalificerede el-systemingeniører. Den må ikke vælges udelukkende ud fra transformatorens spændingsniveau.

Hvad er neutralpunktet på en 110 kV-transformator?

Når en trefaset transformatorvikling er tilsluttet i stjerne- eller Y-forbindelse, er de tre viklingsender forbundet i et fælles punkt. Denne forbindelse kaldes neutralpunktet og identificeres normalt med bogstavet N.

Neutrallederen giver et referencepunkt for fase-jord-spændingerne. Det bør dog ikke antages, at dens potentiale altid er nul.

Under normal afbalanceret drift kan dens spænding i forhold til jorden være tæt på nul. Ved en jordfejl, en afbryderhændelse, ferroresonans eller en anden ubalanceret tilstand kan neutralens spænding ændre sig betydeligt.

Den neutrale terminal og dens isolering skal derfor udformes i henhold til:

• Vindingens tilslutning
• Den valgte jordforbindelsesmetode
• Transformatorens isoleringsudformning
• Forventede midlertidige overspændinger
• Lyn- og skiftes overspændinger
• Beskyttelsens reaktionstid
• Systemets undersøgelse af isoleringskoordination

IEC 60076-3 specificerer transformatorens isoleringskrav, dielektriske tests og eksterne luftafstande for enkelte vindinger og terminaler.

Hvad er Transformator Jordforbindelse af neutralleder?

Transformatorernes neutrale jordforbindelse er den bevidste tilslutning af en stjerneformet viklings neutrale punkt til jorden.

Afhængigt af netværkets design kan neutralpunktet være:

• Stærkt jordforbundne
• Jordforbundet via en modstand
• Jordforbundet via en reaktor
• Jordforbundet via en anden impedans
• Tilsluttet via en jordtransformator
• Drift uden jordforbindelse under specificerede betingelser
• Skiftet mellem jordforbundet og ikke-jordforbundet tilstand i henhold til en godkendt driftsplan

Jordforbindelsesmetoden bestemmer størrelsen og adfærdsmønsteret for nul-sekvensstrømmen ved en fase-til-jord-fejl. Den påvirker også midlertidig overspænding, relædrift samt isolationspåvirkningen på transformatorerne og de tilsluttede anlæg.

IEEE C62.92 beskriver de grundlæggende overvejelser, der anvendes til at vælge parametre for neutrale jordforbindelser med henblik på at styre jordfejlstrøm og overspænding i forsyningssystemer. Dens vejledning for transmissionsnet omfatter også transformatorernes neutrale jordforbindelse samt specifikation af jordforbindelsesudstyr.

Hvorfor kræver en 110 kV-transformator en korrekt jordforbindelse til neutralpunktet?

1. Styring af jordfejlstrøm

Når der opstår en fase-jord-fejl, bestemmer jordforbindelsen retningen og størrelsen af nulrækkefølgens fejlstrøm.

En direkte jordforbundet neutralpunkt kan tillade en høj jordfejlstrøm, så beskyttelsesudstyr kan registrere og afbryde fejlen hurtigt. Jordforbindelse via impedans begrænser strømmen til en beregnet værdi, mens der stadig frembringes et målebart signal til beskyttelsen.

Den korrekte metode afhænger af netværkets fejlniveau, beskyttelsesdesignet og de driftsmæssige krav.

2. Begrænsning af midlertidig overspænding

I et ikke-jordforbundet eller utilstrækkeligt jordforbundet system kan en enkelt fase-jord-fejl forårsage, at spændingen mellem de sunde faser og jorden stiger. Dette kan udsætte transformatorterminaler, kabler, afbrydere og andet udstyr for øget isolationspåvirkning.

En korrekt dimensioneret jordforbindelse hjælper med at styre neutralpunktets forskydning og midlertidig overspænding.

3. Beskyttelse af transformatorneutralisolering

Nogle transformatorer anvender trappet isolering, hvilket betyder, at isoleringsniveauet nær neutralenden af en vikling er lavere end ved linjeterminalen. En sådan neutral må ikke udsættes for spændingspåvirkning ud over dens tildelte isoleringsniveau.

Om trappet isolering anvendes, skal bekræftes ud fra transformatorens konstruktion og typeplade – ikke antages udelukkende ud fra spændingsklassen.

Beskyttelse af neutralisolering kan kræve samordning mellem:

• Jordforbindelsesskiften
• Overspændingsafleder
• Beskyttelsesafbryder
• Neutralstrømtransformator
• Differentialbeskyttelse af transformator
• Begrænset jordfejlbeskyttelse
• Nulrækkefølgeoverstrømsbeskyttelse
• Neutraloverspændingsbeskyttelse

4. Støtte til selektiv beskyttelse

En kendt nulrækkestrømssti giver beskyttelsesrelæer mulighed for at skelne mellem jordfejl og normal belastningsstrøm samt andre systemtilstande.

Afhængigt af beskyttelsesfilosofien kan nulstrømmen måles til:

• Jordfejl-overstrømsbeskyttelse
• Begrænset jordfejlbeskyttelse
• Differentialbeskyttelse af transformator
• Overvågning af nulbalancen
• Detektion af beskyttelsesafbryderstrøm

Beskyttelsesindstillingerne skal baseres på en kortslutnings- og beskyttelseskoordineringsanalyse.

5. Forbedring af systemstabilitet og fejlhåndtering

Hurtig, selektiv fejlisolation reducerer termisk og mekanisk spænding på transformeren og begrænser risikoen for, at en lokal fejl udvikler sig til en større systemforstyrrelse.

Jordforbindelse eliminerer ikke fejl. Dens formål er at kontrollere deres elektriske virkninger og gøre det muligt for beskyttelsessystemet at reagere som designet.

Hovedkomponenter i et transformator-nulpunktsjordforbindelsessystem

En 110 kV transformator-nulpunktsjordforbindelse kan omfatte flere komponenter. Den præcise konfiguration varierer fra projekt til projekt.

1. Nulpunktsjordforbindelsesskifter

Nulpunktsjordforbindelsesskifteret sikrer en kontrolleret metalforbindelse mellem transformatorens nulpunkt og understationens jordforbindelsessystem.

Det kan betjenes manuelt eller elektrisk og kan inkludere positionsanvisning, interlocking og fjernbetjeningsgrænseflader.

De krævede egenskaber kan omfatte:

• Højeste systemspænding
• Kontinuerlig strøm, hvis relevant
• Korttidsnedbrydningsstrøm
• Spidsmodstandsstrøm
• Isoleringstilstand
• Mekanisk udholdenhed
• Driftsmekanisme
• Miljøbeskyttelse
• Krav til hjælpekontakter

Skifterets position skal styres af en godkendt driftsprocedur. Operatører må ikke antage, at nulpunktet altid skal jordes eller altid skal afbrydes.

At skifte en transformators nulpunkt ændrer netværkets nulrækkefølgeimpedans og kan påvirke:

• Jordfejlstrøm
• Relæs følsomhed
• Midlertidig overspænding
• Paralleltransformatordrift
• Beskyttelseskoordinering

Det bør derfor behandles som en systemdrift, ikke en isoleret mekanisk handling.

2. Neutral jordforbindelsesleder

Jordforbindelseslederen forbinder neutralterminalen, jordafbryderen og understationsens jordgitter.

Den skal dimensioneres ud fra den beregnede fejlstrøm og afbrydelsestiden. Desuden skal dens konstruktion tage højde for:

• Termisk bestandighed
• Elektrodynamiske kræfter
• Mekanisk beskyttelse
• Korrosion
• Forbindelsespålidelighed
• Ruter og frigivelser
• Adgang til inspektion og vedligeholdelse

Hvor der kræves redundante jordforbindelsesledere, skal disse tilsluttes passende adskilte punkter på jordforbindelsesnettet i overensstemmelse med den godkendte transformatorstationsspecifikation.

Antallet, materialet og tværsnitsarealet af ledere skal følge projektspecifikationen og lokale standarder.

3. Transformatorstationens jordforbindelsesnet

Jordforbindelsesnettet spreder fejlstrøm ud i jorden og skaber en ækvipotentialreference for transformatorstationen.

Dets design skal tage mere end én enkelt jordmodstandsværdi i betragtning. Vigtige faktorer omfatter:

• Maksimal jordfejlstrøm
• Fejlvarighed
• Jordmodstandsdygtighed
• Netgeometri
• Leders termiske rating
• Trin-spagning
• Rørings-spagning
• Overført potentiale
• Overfladelagets egenskaber
• Korrosionspåslag
• Forbindelser til udstyrsstrukturer og hegn

En universel krav som f.eks. "jordforbindelsesmodstand skal altid være under 4 Ω" bør ikke anvendes på alle 110 kV-understationer. Den acceptable konstruktion skal fastlægges af jordforbindelsesstudiet og de gældende nationale eller forsyningsvirksomhedskrav.

4. Neutralt overspændingsafleder

En metaloxid-overspændingsafleder kan installeres mellem transformatorneutralpunktet og jorden for at begrænse specificerede transiente overspændinger.

Under normal drift udviser aflederen en høj impedans. Når en overspænding overstiger dens beskyttelseskarakteristik, leder den overspændingsstrøm og begrænser spændingen på neutralpunktsisoleringen.

Valg af afleder kræver koordination af:

• Kontinuerlig driftsspænding
• Nominelle Spænding
• Midlertidig overspændingskapacitet
• Nominel afsløringsstrøm
• Energi kapacitet
• Restspænding
• Transformatorernes neutrale isolationsniveau
• Systemjordforhold

IEC 60099-4 gælder for spændingsafledere med metaloxid uden luftspalter, der anvendes til begrænsning af overspændinger i vekselstrømssystemer over 1 kV. IEC 60099-4

En spændingsafleder må ikke vælges udelukkende ud fra transformatorens nominelle systemspænding. Neutralen kan opleve en anden spændingsbelastning end linjeterminalerne.

5. Beskyttelsesluftspalte for neutral

En beskyttelsesluftspalte kan tilsluttes mellem transformatorens neutral og jord. Under normale forhold forbliver den ikke-ledende. Hvis neutralens spænding når luftspaltens overslagsniveau, brænder luftspalten igennem og sikrer en afladningssti.

En strømforsyningstransformator kan monteres i luftspaltens kredsløb, så luftspaltens strøm udløser en alarm eller et udløsesignal.

Der kræves omhyggelig koordinering af afstanden, fordi dens opførsel påvirkes af:

• Elektrodeform
• Afstand mellem elektroderne
• Luftdensitet
• Højde
• Fugtighed og forurening
• Monteringsgeometri
• Netfrekvensspænding
• Puls Voltage
• Isolationsniveauet for neutrallederen

Beskyttelsesafstande kan vise større variation i overspændingsnedbrydning end metaloxidafledere. Deres funktion kan også frembringe afklippede impulser og netfrekvensfølgestrøm.

Afstandsindstillingen skal derfor fastlægges ud fra isolationskoordinerings- og beskyttelsesstudier, ikke ved at kopiere en standard fysisk afstand fra et andet projekt.

6. Neutralstrømforsyningstransformator

En strømtransformator i neutralforbindelsen kan levere målesignaler til transformator- og jordfejlbeskyttelse.

Mulige anvendelser omfatter:

• Neutral overstrømsbeskyttelse
• Begrænset jordfejlbeskyttelse
• Differentialbeskyttelse af transformator
• Detektion af beskyttelsesafbryderstrøm
• Begivenhedsoptagelse

Dens forhold, klasse, knæpunktspænding, belastning og korttidsstrømstyrke skal matche relæskemaet og de beregnede fejlbetingelser.

7. Overspændingsmåler og lækbestrømsmonitor

En overspændingsmåler registrerer udledningshændelser gennem overspændingsaflederen. Nogle enheder giver også en indikation af lækbestrømmen.

En stigning i antallet af tællermålinger beviser ikke automatisk, at aflederen er defekt. Den indikerer, at udledningshændelser har fundet sted, og bør vurderes sammen med:

• Systemforstyrrelsesoptegnelser
• Lynaktivitet
• Koblingshændelser
• Lækbestrømstendenser
• Afbryderens temperatur
• Fysisk tilstand
• Producentens inspektionskriterier

Forbindelsen til tælleren skal forblive kort, direkte og korrekt jordet, fordi unødvendig ledningslængde kan reducere beskyttelsesydelsen.

Hvordan fungerer overspændingsafbryderen og beskyttelsesafstanden sammen?

Når begge er installeret, giver neutral-overspændingsafbryderen og beskyttelsesafstanden normalt komplementær beskyttelse.

Overspændingsafleder

Afbryderen vælges primært til at begrænse transiente overspændinger, mens der opretholdes et forudsigeligt beskyttelsesniveau.

Beskyttelsesafbryder

Afstanden kan give reservebeskyttelse eller reagere under specificerede midlertidige eller netfrekvens-overspændingsforhold, afhængigt af konfigurationen.

Deres samarbejde skal sikre, at:

• Afbryderen beskytter transformeren inden for dens energikapacitet.
• Afstanden aktiveres ikke unødigt ved almindelige transiente hændelser.
• Der er en afstand, der virker, før neutralisoleringen overstresses under de betingelser, den er designet til at dække.
• Relæbeskyttelse afbryder enhver strømfrekvensens efterfølgende strøm.
• Beskyttelsesanordningen udsættes ikke for en uacceptabel midlertidig overspænding.

Det er unøjagtigt at hævde, at beskyttelsesanordningen og afstanden altid vil reagere i en fast rækkefølge. Deres respons afhænger af spændingsbølgeformen, varigheden, beskyttelseskarakteristikkerne og systemkonfigurationen.

Isolationskoordination bør følge principperne i IEC 60071-1, som omhandler valg af nominelle tåle-spændinger for fase-jord-, fase-fase- og længderetningsisolering i vekselstrømssystemer over 1 kV. IEC 60071-1

Almindelige metoder til jordforbindelse af neutralpunktet

Solid jordforbindelse

Neutralpunktet er forbundet til jorden gennem en meget lavimpedant sti.

Typiske egenskaber:

• Høj jordfejlstrøm
• Nulrækkefølge-reference tydeliggjort
• Hurtig fejldetektering
• Lavere midlertidig overspænding
• Øgede krav til fejlstrøm

Modstandsjordforbindelse

En neutral jordforbindelsesmodstand begrænser jordfejlstrømmen til et beregnet niveau.

Typiske egenskaber:

• Reduceret udstyrsbeskadigelse ved jordfejl
• Styret beskyttelsesstrøm
• Defineret termisk belastning for modstanden
• Behov for overvågning af modstandens temperatur og kontinuitet

Reaktorjordforbindelse

En jordforbindelsesreaktor begrænser strømmen gennem induktiv impedans.

Typiske egenskaber:

• Reduceret jordfejlstrøm
• Systemspecifik nulrækkefølgeadfærd
• Behov for detaljerede transiente og beskyttelsesstudier

Resonansjordforbindelse

En reaktor er afstemt til at kompensere for netværkets jordfejlkondensans.

Denne konfiguration er mere almindelig i visse mellem-spændingsnet og bør ikke antages at gælde for en 110 kV-vikling uden en specifik systemanalyse.

Selektiv neutral jordforbindelse

I understationer med transformatorer, der kører parallelt, kan systemoperatøren jordforbinde udvalgte transformatorneutralspunkter for at styre nulrækkefølgestrømmen og beskyttelsesydelsen.

Åbning eller lukning af én neutralafbryder ændrer jordforbindelsestilstanden for hele det tilsluttede system. Derfor er sammenkobling og driftsprocedurer afgørende.

Hvorfor er neutral jordforbindelse vigtig under ind- og frakobling?

Transformerskift kan generere transiente og midlertidige overspændinger. Neutraltilstanden under ind- eller frakobling kan påvirke spændingsbelastningen på en trinvis isoleret vikling.

Nogle elselskabers procedurer kræver, at neutral jordforbindelsessvitschen lukkes, før en transformator ind- eller frakobles. Dette må dog ikke fremstilles som en universel regel.

Den korrekte skiftesekvens afhænger af:

• Transformatorens isoleringsdesign
• Afbryderanordningen
• Antallet af transformatorer i parallel
• Systemets jordforbindelseskonfiguration
• Beskyttelsesindstillinger
• Bølgeaflederens nominelle spænding
• Elselskabets driftsregler
• Resultater af skift- og isoleringsstudier

Operatører skal følge den godkendte skiftvejledning for det specifikke understation.

Inspektions- og vedligeholdelsescheckliste

Vedligeholdelse skal udføres af autoriseret personale i henhold til stedets elektriske sikkerhedsprocedurer.

Neutral jordforbindelsesskifter

Tjek:

• Indikation af åben og lukket position
• Mekanisk justering
• Kontaktforhold
• Driftsmekanisme
• Motor- og styrekredsløb
• Hjælpekontakter
• Indgrebende
• Isolatorers renhed og integritet
• Tegn på overophedning eller udledning

Jordforbindelsesledere

Undersøg for:

• Løse eller beskadigede forbindelser
• Brudte ledere eller revnede ledertråde
• Korrosion
• Unormal opvarmning
• Utilstrækkelige afstande
• Mekanisk skade
• Uautoriserede ændringer

Overspændingsafleder

Tjek:

• Tilstand af porcelæns- eller polymerhylster
• Forurening og udledningsmærker
• Terminalspænding
• Jordledningsrute
• Lynafleder-tællerværdier
• Lækstrømsindikation, hvis tilgængelig
• Fabrikantens anbefalede diagnostiske resultater

Beskyttelsesafbryder

Verificer:

• Elektrodetilstand
• Korrekt afstand mellem elektroder
• Justering
• Overfladeforurening
• Tegn på tidligere udledning
• Forbindelser til strømtransformatorer
• Afstande til omkringliggende udstyr

Jordforbindelsesnet

Udfør inspektioner og tests i henhold til understationens vedligeholdelsesplan, herunder:

• Kontinuitet af forbindelser
• Måling af jordmodstand eller -impedans
• Vurdering af jordbetingelser
• Gennemgang af trin- og berøringspotential efter større ændringer
• Korrosionsvurdering
• Verifikation af nyligt tilsluttet udstyr

Almindelige problemer og deres konsekvenser

Forkert position af jordafbryder

En forkert bryderposition kan ændre jordfejlstrømmen og gøre relækoordination ugyldig.

Løs neutralforbindelse

En højmodstandende eller afbrydende forbindelse kan forårsage opvarmning, gnistdannelse og uforudsigelig neutralpotential.

For lille jordleder

En leder uden tilstrækkelig termisk eller mekanisk kapacitet kan svigte under en jordfejl med høj strøm.

Forkert udvalgt overspændingsbeskytter

En overspændingsbeskytter med utilstrækkelig evne til at klare midlertidige overspændinger kan overophedes eller fejle. Et for højt beskyttelsesniveau kan efterlade transformatorneutralen utilstrækkeligt beskyttet.

Forurenet eller forkert indstillet beskyttelsesafbryder

Forurening, højde over havets overflade eller forkert afstand kan ændre gnistoverslagsspændingen og føre til for tidlig aktivering eller manglende aktivering.

Utilstrækkelig koordination af beskyttelsesindstillinger

Selv et korrekt installeret jordforbindelsessystem kan ikke yde effektiv beskyttelse, hvis de tilknyttede relæfunktioner er forkert valgt eller indstillet.

Teknisk information kræves for en tilpasset konstruktion

Før en 110 kV-transformator og et neutraljordningspaket specificeres, skal producenten modtage:

• Systemets nominelle spænding og højeste spænding for udstyr
• Systemets frekvens
• Transformatorens nominelle effekt
• Vindingsspænding og tilslutning
• Vektorgruppe
• Neutrallederens isolationsniveau
• Krav om fuld eller trinvis isolation
• Maksimal og minimal jordfejlstrøm
• Fejludrydnings tid
• Jordforbindelsesfilosofi
• Transformatorers paralleldriftsbetingelser
• Beskyttelsesens enkeltlinjediagram
• Bølgeaflederens driftsbelastning
• Stedets højde over havet og forureninggraden
• Omgivelsestemperatur
• Jordskælvsmæssige og klimatiske krav
• Anvendelige IEC-, IEEE-, nationale eller forsyningsvirksomhedens standarder

Disse parametre afgør de passende udstyrsniveauer og grænsefladedesign.

Tilpassede 110 kV-transformatorløsninger fra Dingxin Electric

Dingxin Electric fremstiller tilpassede olieopfyldte krafttransformatorer og koordinerede transformatortilbehør til forsyningsvirksomheder, industrielle projekter, vedvarende-energi- og infrastrukturprojekter.

Vores ingeniørteam kan konfigurere:

• Nominal kapacitet og spændingsforhold
• Transformerimpedans
• Vektorgruppe
• Tap-område og OLTC-anordning
• Fuld eller trinvis isolation
• Neutrale terminaler og jordforbindelsesgrænseflader
• Jordforbindelsesafbrydergrænseflader
• Neutrale strømforsyningstransformere
• Overspændingsafledere og beskyttelsesafbrydere
• Overvågnings- og beskyttelsestilbehør
• Kølesystem
• Gennemføringer og kabelgrænseflader
• Anvendelige IEC-, IEEE- eller projektspecifikke krav

Diskutér dit 110 kV-transformatorprojekt

Leder du efter en tilpasset 110 kV olieinddykket transformator eller en koordineret neutral jordforbindelsesløsning?

Send Dingxin Electric din enkeltlinjediagram, transformatorers nominel effekt, spændingsforhold, systemets jordforbindelsesmetode, neutral isolationsniveau, fejlstrøm, installationsforhold og gældende standarder.

Kontakt Dingxin Electric for et projekt-specifikt transformatorforslag og teknisk gennemgang.