Nollföljdsmodellering av transformatorer– Beräkningar av följdproblem vid ökad kablifiering på mellanspänningsnivå

Abstract

En transformator med ansluten nollpunktsutrustning har historiskt approximerats till att modelleras som ett avbrott mellan primär- och sekundärsida i nollföljd. Modelleringen har ansetts acceptabel, men på senare tid har det upptäckts att utrustning på ena sidan av transformatorn har reagerat vid fel som skett på den andra sidan. I de flesta fall har detta skett då sekundärnätet bestått av förhållandevis mycket kabel. Detta har skapat förvirring och funderingar kring huruvida transformatorn verkligen kan modelleras som ett avbrott i nollföljd. Denna rapport undersöker om det möjligen är nödvändigt att representera transformatorer på annat sätt än vad som är normen idag vid nollföljdsmodellering. Modeller presenteras som bättre representerar riktiga transformatorer i nollföljd och dessa tillämpas i simuleringsprogrammet PSS/E. I PSS/E utförs beräkningar för fel på primär- och sekundärsidan av transformatorn då de modelleras enligt de framtagna modellerna. Vid simuleringarna används ett för detta ändamål framtaget testnät där sekundärsidan varieras mellan att helt bestå av luftledning, till att vara helt kablifierat. Resultaten visar att vid fel på primärsidan överstiger nollföljdsspänningarna över nollpunktsutrustning på sekundärsidan de spänningar för vilka nollpunktsspänningsskydden, NUS, löser. De visar också att fasspänningarna sekundärt överskrider konstruktionsspänning, vid fel primärt. Båda dessa observeringar gäller framförallt då sekundärnätet är kablifierat men också då det består av luftledning med nollpunktsmotståndet urkopplat. Vid fel sekundärt visar analysen att nollföljdsström i vissa fall övertransformeras till primärsidan. Risk föreligger då för oönskad funktion hos jordströmsskydden på primärsidan, då främst hos transformatorernas nollpunktsströmsskydd, NIS. Slutsatsen är att modellen som historiskt använts för att modellera transformatorer i nollföljd inte korrekt redovisar vad som sker vid fel. Den modell som tagits fram under arbetets gång är en noggrannare representation av transformatorn i nollföljd och resultaten som följer efter felanalys av nät där denna modell används talar sitt tydliga språk. Det går inte längre att bortse från vad som händer på ena sidan av transformatorn vid fel på andra sidan. Utjämningslindning visade sig ha en lindrande effekt varför rekommendationen är att använda detta. Nollpunktsmotståndet rekommenderas att under alla omständigheter vara inkopplat vid nät med mycket kabel då urkopplat nollpunktsmotstånd gör tillståndet värre. Rapporten åskådliggör klart att det är viktigt att modellera transformatorerna korrekt och att komplettera underliggande nät i nollföljd. En lösning på problemet kan vara att antingen driva transformatorn ojordad på primärsidan, eller att lämna sekundärsidan på transformatorn ojordad och istället sätta nollpunktsutrustningen i en nollpunktsbildare. På så sätt skapas återigen ett avbrott i nollföljd.