Введение

Заземляющий трансформатор, сокращенно называемый заземляющим трансформатором, в зависимости от заполняющей среды может быть масляным или сухим; в зависимости от числа фаз может быть трехфазным или однофазным. Функция заземляющего трансформатора заключается в создании искусственной нейтральной точки для систем с незаземленной нейтралью, что облегчает использование системы заземления с дугогасящей катушкой или малым сопротивлением, чтобы уменьшить величину емкостного тока при замыкании на землю в распределительной сети и повысить надежность электроснабжения распределительной системы.

В 6кВ, 10кВ и 35кВ сетях энергосистемы обычно применяется режим работы с незаземлённой нейтралью. На стороне низкого напряжения главного трансформатора сетей обычно используется треугольная схема подключения, без возможности заземления нейтрали. При однофазном замыкании на землю в системе с незаземлённой нейтралью фазные напряжения сохраняют симметрию, энергосистема может продолжать подачу электроэнергии потребителям в течение 1-2 часов, а ёмкостный ток относительно невелик (менее 10А), что не вызывает прерывистых дуг. Некоторые мгновенные замыкания на землю могут исчезнуть самостоятельно, что весьма эффективно повышает надёжность электроснабжения и снижает аварии с отключением питания. Однако с расширением городских сетей и увеличением количества кабельных линий ёмкостный ток системы к земле резко возрастает, и после однофазного замыкания через место повреждения протекает значительный ёмкостный ток (более 10А).

Дуга трудно гасится, легко вызывает ферромагнитный резонансный перенапряжение и создает промежуточные дуговые замыкания на землю, что может привести к повреждению изоляции, отключению линии и усилению аварии.

Конкретно:

Прерывистое тушение и возобновление дуги при однофазном замыкании на землю вызывает сварочное напряжение при замыкании на землю, амплитуда которого может достигать 4U (U — пиковая фазное напряжение) или выше, с длительным временем продолжительности, что наносит значительный вред изоляции электрооборудования, приводит к пробоям в слабых местах изоляции и вызывает серьезные потери.

Из-за диссоциации воздуха, вызванной постоянной дугой, разрушается изоляция окружающего воздуха, что легко приводит к межфазным коротким замыканиям.

Появление ферромагнитных резонансных перенапряжений может легко повредить трансформаторы напряжения и вызвать повреждение или даже взрыв разрядников. Эти последствия серьезно угрожают изоляции оборудования электросети и создают опасность для ее безопасной эксплуатации.

Для уменьшения емкостного тока при однофазном замыкании на землю необходимо установить компенсирующие устройства, такие как дугогасящие катушки, в нейтрале трансформатора, поэтому требуется искусственно создать нейтраль, чтобы подключить дугогасящую катушку к ней, уменьшить ток короткого замыкания на землю и повысить надежность электроснабжения системы.

■Текущее использование внутри страны и за рубежом

В Китае заземляющие трансформаторы обычно используют Z-образное соединение (или изогнутое соединение). Для экономии инвестиций и пространства подстанции часто добавляется третья обмотка на заземляющем трансформаторе, заменяя трансформатор обслуживания и питая оборудование подстанции. Согласно национальному стандарту Китая «Реакторы», способы заземления трансформатора можно разделить на прямое заземление; заземление через реактор, резистор и дугогасящую катушку. Прямое заземление пока не используется в Китае, но уже начали обсуждения в исследовательских отделах энергетики. В зарубежных заземляющих трансформаторах обычно применяется Z-образное соединение, используемое в 10-киловольтных незаземлённых системах, формируя защиту заземления распределительной сети. При возникновении замыкания на землю заземляющий трансформатор проявляет высокое сопротивление к прямой и обратной последовательностям тока, а низкое сопротивление к нулевой последовательности, обеспечивая надёжное срабатывание защиты заземления.

■Трехфазный трансформатор заземления

Трехфазный трансформатор заземления данного типа использует Z-образное соединение (или изогнутое соединение). Отличие от обычного трансформатора заключается в том, что обмотка каждой фазы разделена на две группы, намотанные в противоположных направлениях на магнитном стержне этой фазы. Преимущество такой схемы соединения в том, что нулевой магнитный поток может протекать вдоль магнитного стержня, тогда как в обычном трансформаторе нулевой магнитный поток протекает по пути утечки магнитного потока. Поэтому нулевое сопротивление Z-образного трансформатора заземления очень мало (около 10 Ом), в то время как у обычного трансформатора оно значительно выше. Согласно нормам, при использовании обычного трансформатора с дугогасящей катушкой его мощность не должна превышать 20% мощности трансформатора. Z-образный трансформатор может работать с дугогасящей катушкой мощностью 90%–100%. Помимо дугогасящей катушки, трансформатор заземления также может нести вторичную нагрузку и заменять силовой трансформатор, что позволяет сэкономить инвестиционные затраты.

■ Однофазный трансформатор с заземлением

Однофазное заземление трансформаторов с однофазным заземлением в основном используется для генераторов с нейтральными точками, шкафов сопротивления заземления с нейтральными точками трансформаторов Satons для снижения стоимости и объема шкафов сопротивления.

• Особенности работы

(1) Низкое сопротивление нулевой последовательности для обеспечения выхода тока нулевой последовательности;

(2) Высокое сопротивление возбуждения для снижения холостого тока;

(3) Низкие потери холостой нагрузки для экономии потребления энергии в повседневной эксплуатации.

• Способы подключения

Связь YNYN

Трансформаторы этого способа соединения обычно используют трехфазный трехцилиндровый сердечник, нейтральная точка на стороне высокого давления может быть соединена с дугогасительной катушкой и т. Д. Для достижения заземления. Однако, когда ток нулевой последовательности с однофазным заземлением протекает через боковую обмотку высокого давления, создаваемый магнитный потенциал нулевой последовательности не может быть уравновешен вторичным магнитным потенциалом, магнитный поток нулевой последовательности в том же направлении не может образовывать контур в трехцилиндрическом сердечнике железа, так что большое количество магнитного потока нулевой последовательности может образовывать замкнутые контуры только через корпус зажима, масла и топливного бака, что приводит к дополнительным потерям в топливном баке и зажиме, что приводит к локальному перегреву, что приводит к использованию мощности трансформатора * * * * *. Соответствующие правила эксплуатации электроэнергетического сектора Китая в отношении рабочего состояния дугогасительной катушки, соединяющей нейтральную точку соединительного трансформатора YNYN, сделали следующие положения:

(1) мощность дугогасительной катушки не должна превышать 20% от номинальной мощности трансформатора;

(2) ток нулевой последовательности, протекающий через дугогасительную катушку, производит в трансформаторе падение давления нулевой последовательности не более чем на 10% от номинального фазового напряжения;

(3) Общий ток нулевой последовательности в трех фазах, протекающий через дугогасительную катушку, не превышает 60% номинального фазового тока трансформатора. Вышеуказанные требования в основном основаны на том, что местный перегрев, вызванный нулевым магнитным потоком, не должен превышать * * высокую температуру * * * в горячей точке обмотки трансформатора.

Из вышесказанного следует, что емкость заземленного трансформатора, соединенного YNyn, далека от использования, и его реактивность нулевой последовательности также больше.

Подключение YND

Связанный с дугогасительной катушкой XL трансформатор YND характеризуется тем, что треугольное соединение с вторичной стороной обеспечивает замкнутый канал тока нулевой последовательности и поэтому имеет меньшее сопротивление нулевой последовательности. Кроме того, поскольку магнитный потенциал нулевой последовательности первой и второй обмоток на каждом столбе сердца уравновешивается, утечка нулевой последовательности также меньше. Однако, когда обмотка YN - соединения находится снаружи, дополнительные потери нулевой последовательности, вызванные внутри таких компонентов, как топливные баки, не могут быть полностью предотвращены. Когда он соединяет дугогасительную катушку, использование ее мощности по - прежнему будет ограничено. Зарубежные экспериментальные исследования показывают, что с учетом дополнительных потерь, местного перегрева, срока службы изоляции и высокой температуры в горячей точке обмотки заземляющий трансформатор, подключенный к YND, позволяет работать следующим образом:

(1) При обычной вторичной полной нагрузке мощность дугогасительной катушки на стороне YN не должна превышать 50% от номинальной емкости трансформатора;

(2) Если обычная вторичная нагрузка составляет всего 50% от мощности трансформатора, то мощность дугогасительной катушки может быть равна номинальной емкости трансформатора.

Хотя вторичная сторона этого соединения может питать региональную нагрузку или собственное электричество подстанции, его применение будет сильно ограничено, поскольку треугольное соединение затрудняет одновременное питание гибридных потребителей энергии и освещения.

YN, Открытое d - соединение, связанное с дугогасительной катушкой XL, аналогично YND - соединению, открытое d - соединение, на стороне открытого треугольника можно подключить резистор или реактор для регулирования сопротивления нулевой последовательности трансформатора, подключенный резистор также может подавлять ферромагнитный резонанс сети. Использование трехфазного пятицилиндрового сердечника также может значительно увеличить значение сопротивления нулевой последовательности и даже сэкономить возможность дугогасительной катушки, но структура сложная, стоимость увеличивается. Кроме того, вторичное использование открытых треугольных переходов не может удовлетворить потребности в подаче электроэнергии в регион и электричестве для собственного потребления, поэтому этот метод используется редко.

ZNyn Соединение

ZN, Yn - соединительный трансформатор и дугогасительная катушка XL Этот способ соединения является обычным способом соединения заземленных трансформаторов, так как нулевой магнитный потенциал в верхней и нижней полуобмотках на одном и том же железном столбе методом зигзагообразного перехода равен по размеру и противоположному направлению и компенсируется друг с другом, так что поток нулевой утечки уменьшается до очень малого, что делает его нулевое сопротивление небольшим, его емкость может быть равна емкости соединенной дугогасящей катушки.

Трансформаторы заземления, широко используемые в стране и за рубежом, в основном являются этим методом соединения. Поскольку на стороне низкого давления используется метод Yn - перехода, можно одновременно снабжать местное электричество или электричество подстанции для собственного потребления. Боковая емкость низкого давления часто меньше боковой емкости высокого давления, и в большинстве случаев боковая емкость низкого давления находится в диапазоне 80 - 200 кВА.

Хотя номинальная емкость на стороне высокого давления может быть равна емкости соединенной дугогасительной катушки, Z - образное соединение будет в 1,15 раз больше витков, чем Y - образное соединение, поэтому фактическая мощность заземляющего трансформатора должна быть в 1,15 раза больше, чем мощность дугогасительной катушки.

• Принцип работы

Принципиальная схема работы заземляющего трансформатора при однофазном сбое системы иллюстрируется обычно используемым проводом ZNyn, при работе заземляющего трансформатора, при прохождении тока нулевой последовательности определенного размера, две однофазные обмотки, протекающие через один и тот же железный стержень, имеют противоположное направление тока и равный размер, так что магнитный потенциал, создаваемый током нулевой последовательности, компенсируется противоположным, что сопротивление нулевой последовательности также невелико.

В случае отказа заземляющего трансформатора нейтральная точка может протекать через компенсирующий ток. Из - за небольшого сопротивления нулевой последовательности, при прохождении тока нулевой последовательности, создаваемое импедансное давление должно быть как можно меньше, чтобы обеспечить безопасность системы. Поскольку заземляющий трансформатор имеет характеристики низкого сопротивления нулевой последовательности, поэтому при однофазном отказе заземления фазы C ток C - фазы I поступает в нейтральную точку через землю и равномерно делится на три части в заземляющий трансформатор. Поскольку трехфазный ток, входящий в заземляющий трансформатор, равен, смещение нейтральной точки N остается неизменным, напряжение трехфазной линии остается симметричным.

Тем не менее, количество витков и геометрические размеры обмотки высокого давления в процессе изготовления не могут быть полностью равны, так что магнитный потенциал, создаваемый током нулевой последовательности, не может быть компенсирован как раз наоборот или создает определенное сопротивление нулевой последовательности, как правило, около 6 - 10 Ом, по сравнению с нулевым сопротивлением трансформатора звездообразной линии 600 Ом, его преимущество само собой разумеется. Кроме того, извилистые заземленные трансформаторы могут минимизировать потери холостого тока и холостого хода. По сравнению с обычными звездообразными трансформаторами, так как каждый сердечник криволинейного трансформатора состоит из обмотки двух железных столбов, в сочетании с его векторной диаграммой видно, что по сравнению с обычным звездообразным трансформатором напряжение должно быть в 1,16 раза больше. амплитуда сопротивления нулевой последовательности и сопротивления прямой последовательности сильно различается при однофазном заземлении городской распределительной сети в режиме заземления сопротивления нейтральной точки. При прохождении трехфазного тока с положительной и отрицательной последовательностью магнитная сила на каждой колонке заземленного трансформатора представляет собой сумму фаз магнитного потенциала двух обмоток, относящихся к различным фазам на этой колонке. Магнитный потенциал на трех стержневых колоннах представляет собой набор трехфазных балансировок, разность фаз 120 °, создаваемый магнитный поток может образовывать контуры друг с другом на трех стержневых колоннах, магнитное сопротивление магнитной цепи невелико, магнитный поток велик, индукционный потенциал велик, показывает большое сопротивление положительной и отрицательной последовательности; Поэтому заземляющий трансформатор имеет характеристики большого положительного и отрицательного сопротивления последовательности и малого сопротивления нулевой последовательности.

• Основные технические параметры

Чтобы удовлетворить потребность распределительной сети в компенсации заземления дугогасительной катушки, но также может удовлетворить потребности подстанции в мощности и осветительной нагрузке, выберите трансформатор, подключенный к Z - образному проводу, необходимо разумно установить основные параметры заземляющего трансформатора.

(1) Номинальная емкость заземленного трансформатора с однократной боковой емкостью должна соответствовать мощности дугогасительной катушки. В соответствии с существующими спецификациями мощности дугогасительной катушки рекомендуется установить мощность заземляющего трансформатора в 1,05 - 1,15 раза больше мощности дугогасительной катушки. Для дугогасительной катушки мощностью 200 кВА используется заземляющий трансформатор мощностью 215 кВА.

(2) Нейтральная точка компенсирует общий ток, протекающий через нейтральную точку трансформатора при однофазной неисправности тока:

В верхней части:

U - напряжение распределительной сети (V); Zx - сопротивление дугогасящей катушки (Омега);

Zd - сопротивление нулевой последовательности для заземленных трансформаторов (Омг / фаза);

Zs - системное сопротивление (Омега);

Продолжительность компенсируемого тока в нейтральной точке должна быть такой же, как и продолжительность работы дугогасительной катушки, и должна составлять 2 часа.

(3) Сопротивление нулевой последовательности является важным параметром заземленного трансформатора и оказывает значительное влияние на релейную защиту однофазного короткого замыкания на землю и подавление перенапряжения. Для зигзагообразных (Z - образных) трансформаторов без двухступенчатой катушки и заземляющих трансформаторов, соединенных звездой / открытым треугольником, существует только одно сопротивление, т.е. сопротивление нулевой последовательности, что позволяет производственному сектору удовлетворять требованиям энергетического сектора.

(4) Потери являются важным параметром характеристик заземляющего трансформатора, и для заземляющего трансформатора с вторичной катушкой потери холостой нагрузки могут быть такими же, как у двухобмоточного трансформатора той же емкости. Для потерь нагрузки при работе с полной нагрузкой на второй стороне потери нагрузки меньше, чем потери нагрузки на двухобмоточный трансформатор той же емкости, что и на второй.

(5) Повышение температуры в соответствии с национальными стандартами для стыковочных наземных трансформаторов регулируется следующим образом:

1) Повышение температуры при номинальном непрерывном токе должно соответствовать требованиям национального стандарта сухого трансформатора для общих силовых трансформаторов, но в основном применяется к заземленным трансформаторам с постоянной нагрузкой на вторичной стороне;

2) при длительности тока кратковременной нагрузки в пределах 10 с (это происходит главным образом при соединении нейтральной точки с сопротивлением) повышение температуры должно соответствовать пределу повышения температуры в условиях короткого замыкания, указанному в государственном стандарте силовых трансформаторов;

3) повышение температуры заземляющего трансформатора при работе с дугогасительной катушкой должно соответствовать требованиям повышения температуры дугогасящей катушки: температура обмотки при постоянном течении номинального тока составляет 80K, в основном для заземляющих трансформаторов, соединенных звездой / открытым треугольником; Для обмотки с большим временем обращения номинального тока, установленной на 2ч, температура составляет 100К.

Это соответствует условиям работы большинства заземленных трансформаторов; Для обмоток с большим временем обращения 30 мин температура должна быть 120К. Отправной точкой для вышеуказанных положений является высокая температура в горячих точках обмотки не более 140°С - 160°С в тяжелых условиях, чтобы обеспечить безопасную работу изоляции и не подвергать серьезной опасности срок службы изоляции.