110 kV oljeimpregnert transformator nøytral jordingsystem

A110 kV oljeimpregnert krafttransformator spiller en avgjørende rolle for spenningsomforming og storskala kraftoverføring. Transformatorn kan imidlertid ikke vurderes isolert fra jordingsanordningen i det elektriske nettverket.

Transformatorens nøytrale jordingsystem påvirker:

• Jordfeilstrøm
• Midlertidlig og transient overpenning
• Beskyttelsens følsomhet og selektivitet
• Transformatorisolasjonens krav
• Systemstabilitet
• Personell- og utstyrsikkerhet

Av denne grunnen er nøytral jording ikke bare et tilbehørvalg. Den må koordineres med transformatorviklingens tilkobling, nettverkets jordingsfilosofi, isolasjonsnivå, beskyttelsesskjema og understasjons jordingsnett.

Denne artikkelen forklarer de viktigste funksjonene, komponentene og ingeniørmessige vurderingene for et nøytralt jordingsystem for en 110 kV oljeisert transformator.

Viktig: Den riktige metoden for nøytral jording må bestemmes av systemoperatøren og kvalifiserte kraftsystemingeniører. Den må ikke velges utelukkende ut fra transformatorens spenningsnivå.

Hva er nøytralpunktet til en 110 kV-transformator?

Når en trefaset transformatorvikling er koblet i stjerne, eller wye, er de tre viklingsendene forbundet i et felles punkt. Denne koblingen kalles nøytralpunktet og identifiseres vanligvis med bokstaven N.

Nøytralen gir et referansepunkt for fase-jord-spenningsverdiene. Det bør imidlertid ikke antas at dens potensial alltid er null.

Under normal, balansert drift kan spenningen til nøytralen i forhold til jord være nær null. Under en jordfeil, en bryterhendelse, ferroresonans eller en annen ubalansert tilstand kan nøytralspenningen endre seg betydelig.

Den nøytrale terminalen og dens isolasjon må derfor utformes i henhold til:

• Viklingsforbindelsen
• Den valgte jordingsmetoden
• Transformatorisolasjonsutformingen
• Forventede midlertidige overspenninger
• Lyn- og slåoverspenninger
• Beskyttelsens reaksjonstid
• Systemets isolasjonskoordineringsstudie

IEC 60076-3 spesifiserer transformatorisolasjonskrav, dielektriske tester og eksterne luftklaringer for enkelte viklinger og terminaler.

Hva er Transformer Jording av nøytralpunktet?

Transformatornøytral jordingsforbindelse er en bevisst tilkobling av nøytralen i en stjerneformet vikling til jord.

Avhengig av nettverksutformingen kan nøytralen være:

• Sterkt jordede
• Jordet via en motstand
• Jordet via en reaktor
• Jordet via en annen impedans
• Tilkoblet via en jordtransformator
• Drift uten jordingsforbindelse under spesifiserte forhold
• Veksling mellom jordet og ikke-jordet tilstand i henhold til en godkjent driftsplan

Jordingsmetoden avgjør størrelsen og oppførselen til nullsekvensstrømmen ved en fase-til-jord-feil. Den påvirker også midlertidig overpenning, relédrift og isolasjonsbelastningen på transformator og tilknyttet utstyr.

IEEE C62.92 beskriver de grunnleggende vurderingene som brukes ved valg av nøytral jordingsparametre for kontroll av jordfeilstrøm og overpenning i kraftforsyningssystemer. Veiledningen for transmisjonssystemer omhandler også transformatornøytral jordingsutforming og spesifikasjon av jordingsutstyr.

Hvorfor må en 110 kV-transformator ha en korrekt jordingsordning for nøytralpunktet?

1. Kontroll av jordfeilstrøm

Når en fase-jord-feil oppstår, bestemmer jordingsordningen returbanen og størrelsen på nullsekvensfeilstrømmen.

En direkte jordet nøytralpunkt tillater en høy jordfeilstrøm, slik at beskyttelsesutstyr kan oppdage og fjerne feilen raskt. Jordingsimpedans begrenser strømmen til en beregnet verdi, samtidig som den fortsatt gir et målbart signal til beskyttelsen.

Den riktige metoden avhenger av nettets feilnivå, beskyttelsesdesign og driftskrav.

2. Begrensning av midlertidig overpenning

I et ikke-jordet eller utilstrekkelig jordet system kan en enkeltfase-jord-feil føre til at spenningen mellom de friske fasene og jord stiger. Dette kan utsette transformatorer, kabler, brytere og annet utstyr for økt isolasjonsbelastning.

En korrekt dimensjonert jordingsordning hjelper til å kontrollere nøytralpunktets forskyvning og midlertidig overpenning.

3. Beskyttelse av transformatornøytralens isolasjon

Noen transformatorer bruker gradert isolasjon, noe som betyr at isolasjonsnivået nær nøytralenden på en vikling er lavere enn ved linjetilslutningen. En slik nøytral må ikke utsettes for spenningspåkjenning som overstiger det tildelte isolasjonsnivået.

Om gradert isolasjon brukes, må dette bekreftes fra transformatorens konstruksjon og navneskilt – ikke antas utelukkende ut fra spenningsklassen.

Beskyttelse av nøytralens isolasjon kan kreve samordning mellom:

• Jordingsbryteren
• Overspenningsvern
• Beskyttelsesgapet
• Nøytralstrømtransformator
• Differensialbeskyttelse for transformator
• Begrenset jordfeilbeskyttelse
• Nullsekvens overstrømsbeskyttelse
• Nøytral overspenningsbeskyttelse

4. Støtte for selektiv beskyttelse

En kjent nullsekvensstrømbane lar beskyttelsesreléer skille jordfeil fra normal belastningsstrøm og andre systemforhold.

Avhengig av beskyttelsesfilosofien kan nøytralstrømmen måles for:

• Jordfeil-overstrømsbeskyttelse
• Begrenset jordfeilbeskyttelse
• Differensialbeskyttelse for transformator
• Overvåking av nøytralubalanse
• Deteksjon av beskyttelsesgap-strøm

Beskyttelsesinnstillinger må baseres på en kortslutnings- og beskyttelseskoordineringsstudie.

5. Forbedring av systemstabilitet og feilhåndtering

Rask, selektiv feilisolering reduserer termisk og mekanisk stress på transformatoren og begrenser risikoen for at en lokal feil utvikler seg til en større systemforstyrrelse.

Jording eliminerer ikke feil. Formålet med jording er å kontrollere deres elektriske effekter og gjøre det mulig for beskyttelsessystemet å reagere som designet.

Hovedkomponenter i et transformatornøytral jordingsystem

En 110 kV-transformatornøytral jordingsanordning kan inneholde flere komponenter. Den nøyaktige konfigurasjonen varierer fra prosjekt til prosjekt.

1. Nøytral jordingsbryter

Nøytral jordingsbryteren gir en kontrollert metallisk forbindelse mellom transformatornøytralen og understasjonens jordingsystem.

Den kan betjenes manuelt eller elektrisk og kan inkludere posisjonsindikasjon, interlocking og fjernstyringsgrensesnitt.

De nødvendige verdiene kan inkludere:

• Høyeste systemspenning
• Kontinuerlig strøm, der relevant
• Korttidsstrømstyrkeforventing
• Maksimal tålestrøm
• Isoleringsnivå
• Maskintilskudd
• Driftsmekanisme
• Miljøvernet
• Krav til hjelpekontakter

Bryterens posisjon må styres av en godkjent driftsprosedyre. Operatører må ikke anta at nøytralen alltid skal jordes eller alltid være frakoblet.

Å bytte transformatornøytral endrer nettverkets nullsekvensimpedans og kan påvirke:

• Jordfeilstrøm
• Reléfølsomhet
• Midlertidig overpenning
• Drift av transformatorer i parallell
• Beskyttelseskoordinering

Det bør derfor behandles som en systemoperasjon, ikke en isolert mekanisk handling.

2. Nøytral jordingsleder

Jordingslederen kobler sammen nøytralterminalen, jordingsbryteren og understasjonsjordingsnettet.

Den må dimensjoneres for den beregnede feilstrømmen og tilhørende avbrytningstid. Utformingen må også ta hensyn til:

• Termisk tåleevne
• Elektrodynamiske krefter
• Mekanisk beskyttelse
• Korrosjon
• Tilkoblingspålitelighet
• Ruting og avklaringer
• Tilgang til inspeksjon og vedlikehold

Der det kreves redundante jordingsledere, må disse tilknyttes passende adskilte punkter på jordingsnettet i henhold til den godkjente transformatorstasjonsdesignet.

Antallet, materialet og tverrsnittsarealet til ledere må følge prosjektspesifikasjonen og lokale standarder.

3. Transformatorstasjons jordingsnett

Jordingsnettet spres feilstrøm inn i jorden og skaper en ekvipotensiell referanse for transformatorstasjonen.

Utformingen må ta hensyn til mer enn én enkelt jordmotstandsverdi. Viktige faktorer inkluderer:

• Maksimal jordfeilstrøm
• Feilvarighet
• Jordmotstand
• Nettgeometri
• Leders termiske kapasitet
• Trinnspenning
• Berøringspenning
• Overført potensial
• Overflatelagets egenskaper
• Korrosjonsmarginal
• Tilkoblinger til utstyrsstrukturer og gjerder

Et universelt krav som «jordingsmotstand må alltid være under 4 Ω» bør ikke anvendes på alle 110 kV-transformatorstasjoner. Den akseptable designløsningen må fastsettes ved hjelp av en jordingsanalyse samt gjeldende nasjonale eller nettverkskrav.

4. Nøytral overspenningsavleder

En metall-oxid-overspenningsavleder kan monteres mellom transformatornøytralen og jord for å begrense spesifiserte transiente overspenninger.

Under normal drift viser avlederen en høy impedans. Når en overspenning overstiger dens beskyttelseskarakteristikk, leder den overspenningsstrøm og begrenser spenningen som påvirker nøytralisoleringen.

Valg av overspenningsvern krever samordning av:

• Kontinuerlig driftsspenning
• Merkspenning
• Midlertidig overspenningskapasitet
• Nominell avladingsstrøm
• Energi-kapasitet
• Restspenning
• Transformatornøytralens isolasjonsnivå
• Systemjordingsforhold

IEC 60099-4 gjelder gapløse metall-oksid-overspenningsvern som brukes til å begrense overspenninger i vekselstrømsystemer over 1 kV. IEC 60099-4

Et overspenningsvern må ikke velges utelukkende ut fra transformatorens nominelle systemspenning. Nøytralen kan utsettes for en annen spenningsbelastning enn linjeterminalene.

5. Nøytralbeskyttelsesgap

Et beskyttelsesluftgap kan kobles mellom transformatornøytralen og jord. Under normale forhold forblir det ikke-ledende. Hvis nøytralspenningen når luftgapets gjennomslagsnivå, bryter luftgapet sammen og gir en utladningsbane.

En strømtransformator kan monteres i gapkretsen slik at gapstrømmen utløser et alarm- eller utkoplingsignal.

Gapet krever nøye avstemming fordi oppførselen dets påvirkes av:

• Elektrodeform
• Gapavstand
• Lufttetthet
• Høyde over havet
• Fuktighet og forurensning
• Monteringsgeometri
• Strømfrekvensspenning
• Impulsspenning
• Isolasjonsnivået til nøytralen

Beskyttelsesgap kan vise større spredning i gjennomslagspenning enn metall-oksid-hemmere. Driften deres kan også produsere kuttede impulsbelastninger og strømfrekvens-følgestrøm.

Gapinnstillingen må derfor bestemmes ved hjelp av isolasjonskoordinerings- og beskyttelsesstudier, ikke ved å kopiere en standard fysisk avstand fra et annet prosjekt.

6. Nøytral strømtransformator

En strømtransformator i nøytraltilkoplingen kan gi målesignaler for transformator- og jordfeilbeskyttelse.

Mulige anvendelser inkluderer:

• Nøytral overstrømbeskyttelse
• Begrenset jordfeilbeskyttelse
• Differensialbeskyttelse for transformator
• Deteksjon av beskyttelsesgap-strøm
• Hendelsesregistrering

Forholdet, klassen, knekkpunktspenningen, belastningen og korttidsstrømmeratingen må være tilpasset reléanlegget og de beregnede feilbelastningene.

7. Overspenningsanteller og lekkstrømmonitor

En overspenningsanteller registrerer utladningshendelser gjennom overspenningsavlederen. Noen enheter gir også indikasjon på lekkstrøm.

En økning i antallet telleroperasjoner beviser ikke automatisk at avlederen er defekt. Den viser bare at utladningshendelser har skjedd og bør vurderes sammen med:

• Systemforstyrrelseslogger
• Lynaktivitet
• Byttehendelser
• Lekkstrømstrender
• Blikskilttemperatur
• Fysisk tilstand
• Produsentens inspeksjonskriterier

Tellerforbindelsen må forbli kort, direkte og riktig jordet, fordi unødvendig ledningslengde kan redusere beskyttelsesytelsen.

Hvordan fungerer blikskilt og beskyttelsesgap sammen?

Når begge er installert, gir normalt det nøytrale blikskiltet og beskyttelsesgapet komplementær beskyttelse.

Overspenningsvern

Blikskiltet velges primært for å begrense transiente overspenninger samtidig som det opprettholder et forutsigbart beskyttelsesnivå.

Beskyttelsesgapet

Gapet kan gi reservemessig beskyttelse eller reagere under spesifiserte midlertidige eller nettfrekvensoverspenningsforhold, avhengig av konfigurasjonen.

Koordineringen mellom dem må sikre at:

• Bryteren beskytter transformatorn innenfor dens energikapasitet.
• Gapet virker ikke unødvendigvis ved vanlige transientspenninger.
• Gapet virker før nøytralisoleringen overlastes under de forholdene det er utformet for å dekke.
• Relébeskyttelse avbryter eventuell effektfrekvensfølgestrøm.
• Bryteren utsettes ikke for en uakseptabel midlertidig overspenning.

Det er unøyaktig å hevde at bryteren og gapet alltid virker i en fast sekvens. Deres respons avhenger av spenningsformen, varigheten, beskyttelseskarakteristikken og systemkonfigurasjonen.

Isolasjonskoordinering bør følge prinsippene i IEC 60071-1, som omhandler valg av nominelle tåle-spenninger for jordisolering, fase-fase-isolering og longitudinal isolering i vekselspenningsanlegg over 1 kV. IEC 60071-1

Vanlige metoder for nøytraljording

Solid jording

Nøytralen er tilkoblet jord via en svært lavimpedansforbindelse.

Typiske egenskaper:

• Høy jordfeilstrøm
• Tydelig nullsekvensreferanse
• Rask feildeteksjon
• Lavere midlertidig overpenning
• Høyere krav til feilbelastning

Motstandsjording

En nøytral jordingsmotstand begrenser jordfeilstrømmen til et beregnet nivå.

Typiske egenskaper:

• Redusert utstyrsbeskadigelse under jordfeil
• Kontrollert beskyttelsesstrøm
• Definert termisk belastning for motstanden
• Behov for overvåking av motstands temperatur og kontinuitet

Reaktorjording

En jordingsreaktor begrenser strømmen gjennom induktiv impedans.

Typiske egenskaper:

• Redusert jordfeilstrøm
• Systemspesifikt nullsekvensoppførsel
• Behov for detaljerte transient- og beskyttelsesstudier

Resonansjording

En reaktor er avstemt for å kompensere for nettverkets jordfeilkapasitans.

Denne ordningen er mer vanlig i visse mellomspenningsnett og bør ikke antas å gjelde for en 110 kV-vikling uten en spesifikk systemstudie.

Selektiv nøytraljording

I transformatorstasjoner med transformatorer som opererer i parallell kan systemoperatøren jordne utvalgte transformatornøytraler for å kontrollere nullsekvensstrøm og beskyttelsesytelse.

Å åpne eller lukke én nøytralsbryter endrer jordingsforholdet til hele det tilkoblede systemet. Interlocking og driftsprosedyrer er derfor avgjørende.

Hvorfor er nøytral jording viktig under inn- og avkobling?

Transformatorskifting kan generere transiente og midlertidige over-spenninger. Nøytraltilstanden under inn- eller avkobling kan påvirke spenningsbelastningen på en vinding med gradert isolasjon.

Noen nettverksprosedyrer krever at nøytraljordingsbryteren må være lukket før transformator inn- eller avkobles. Dette må imidlertid ikke fremstilles som en universell regel.

Den riktige skiftefølgen avhenger av:

• Transformatorisolasjonsdesign
• Bryteranordning
• Antall transformatorer i parallell
• Systemjordingskonfigurasjon
• Beskyttelsesinnstillinger
• Beskyttelsesutstyrs dimensjoneringsverdier
• Nettselskapets driftsregler
• Resultater fra bryte- og isolasjonsstudier

Operatører må følge de godkjente bryteinstruksene for den spesifikke transformatorstasjonen.

Inspeksjons- og vedlikeholds sjekkliste

Vedlikehold må utføres av autorisert personell i henhold til stedets elektriske sikkerhetsprosedyrer.

Nøytraljordingsbryter

Sjekk:

• Indikasjon på åpen og lukket posisjon
• Mekanisk justering
• Kontaktforhold
• Driftsmekanisme
• Motor- og styrekretser
• Hjelpekontakter
• Koblingsvennlig
• Isolatorers renhet og integritet
• Tegn på overoppheting eller utladning

Jordledninger

Insperer følgende:

• Løse eller skadede tilkoblinger
• Brutte tråder eller sprekkede lederne
• Korrosjon
• Unormal oppvarming
• Utilstrekkelige avstander
• Mekanisk skade
• Uautoriserte modifikasjoner

Overspenningsvern

Sjekk:

• Tilstanden til porcelens- eller polymerkabinett
• Forurensning og utladningsmerker
• Klemfeste
• Jordlederens rute
• Lesninger fra overspenningsmåler
• Indikasjon på lekkstrøm, når tilgjengelig
• Produsentens foreskrevne diagnostiske resultater

Beskyttelsesgapet

Verifiser:

• Elektrodetilstand
• Riktig avstand mellom elektroder
• Justering
• Overflatede kontaminering
• Bevis på tidligere utladning
• Forbindelser til strømtransformator
• Avstander til nærliggende utstyr

Jordingsnett

Utfør inspeksjoner og tester i henhold til vedlikeholdsplanen for transformatorstasjonen, inkludert:

• Kontinuitet i forbindelser
• Måling av jordmotstand eller impedans
• Vurdering av jordforhold
• Gjennomgang av trinn- og berøringspenning etter større endringer
• Korrosjonsvurdering
• Verifisering av nytilknyttet utstyr

Vanlige problemer og deres konsekvenser

Feil posisjon på jordingsbryter

En feil bryterposisjon kan endre jordfeilstrøm og gjøre relékoordinering ugyldig.

Løs nullelederforbindelse

En høyimpedans- eller avbrutt forbindelse kan føre til oppvarming, gnistdannelse og uforutsigbar nullelederspenning.

For liten jordingsleder

En leder med utilstrekkelig termisk eller mekanisk kapasitet kan svikte under en høystrøms jordfeil.

Feil utvalg av overspenningsvern

Et overspenningsvern med utilstrekkelig kapasitet for midlertidig overspenning kan overopphetes eller svikte. Et for høyt beskyttelsesnivå kan føre til utilstrekkelig beskyttelse av transformatorens nøytralpunkt.

Forurenset eller feil justert beskyttelsesgap

Forurensning, høyde over havet eller feil avstand kan endre gnistoverslagsspenningen og føre til tidlig utløsning eller manglende utløsning.

Ukoordinerte beskyttelsesinnstillinger

Selv et riktig montert jordingsanlegg kan ikke gi effektiv beskyttelse hvis de tilknyttede reléfunksjonene er feil valgt eller innstilt.

Teknisk informasjon som kreves for en tilpasset konstruksjon

Før en 110 kV-transformator og et nøytraljordingssett spesifiseres, bør produsenten motta:

• Systemets nominelle spenning og høyeste spenning for utstyr
• Systemfrekvens
• Transformatorens nominelle effekt
• Viklingspenning og tilkobling
• Vektorgruppe
• Nøytralens isolasjonsnivå
• Krav om full eller gradert isolasjon
• Maksimal og minimal jordfeilstrøm
• Feilbortkoblingstid
• Jordingsfilosofi
• Forhold for parallell drift av transformatorer
• Beskyttelses enkellinjediagram
• Utladningsvernbelastning
• Steds høyde og forurensingsnivå
• Omgivelsestemperatur
• Seismiske og klimatiske krav
• Gyldige IEC-, IEEE-, nasjonale eller nettverksstandarder

Disse parameterne avgjør de passende utstyrsverdiene og grensesnittutformingen.

Tilpassede 110 kV-transformatorløsninger fra Dingxin Electric

Dingxin Electric produserer tilpassede oljeisolerede krafttransformatorer og koordinerte transformatortilbehør for nettverk, industri, fornybar energi og infrastrukturprosjekter.

Vårt ingeniørteam kan konfigurere:

• Merket kapasitet og spenningsforhold
• Transformatorimpedans
• Vektorgruppe
• Tappeområde og OLTC-arrangement
• Full eller trinnvis isolasjon
• Nøytralterminal og jordingsgrensesnitt
• Jordingsbryter-grensesnitt
• Nøytrale strømtransformatorer
• Overtrykksavledere og beskyttelsesgap-arrangementer
• Overvåknings- og beskyttelsestilbehør
• Kjølesystem
• Gjennomføringer og kabelforbindelser
• Gyldige IEC-, IEEE- eller prosjektspecifikke krav

Diskuter ditt 110 kV-transformatorprosjekt

Leter du etter en tilpasset 110 kV oljeisert transformator eller en koordinert nøytral jordingsløsning?

Send Dingxin Electric ditt enkeltlinjediagram, transformatorverdier, spenningsforhold, systemjordingsmetode, nøytral isolasjonsnivå, feilstrøm, installasjonsforhold og gjeldende standarder.

Kontakt Dingxin Electric for et prosjektspesifikt transformatorforslag og teknisk vurdering.