Next Generation Protection of Transformers

Prosjektet har hatt som målsetting å fremskaffe forbedrede metoder for å bestemme overspenninger vha. simulering i dataprogrammer. På den måten kan overspenningspåkjenningene predikteres, noe som gir grunnlag for valg av det mest hensiktsmessige overspenningsvernet. FRAMDRIFT per 30/11-2021: Prosjektet er avsluttet og alle bevilgede midler er benyttet WP1 : ingen aktivitet. WP2 : Terminalmodellering av transformator basert på målinger. - Ferdigstilt ny metodikk for inkludering av nøytralpunkter i modell. Metodikken er publisert i en IEEE journalartikkel. Ytterligere detaljer er vist i et arbeidsnotat. WP3 : Modellering av jordingssystemer - Videreutviklet og ferdigstilt eget verktøy for analyse av transienter i jordingssystemer. WP4 : Modellinterface med kretssimuleringsverktøy - Ingen aktivitet WP5 : Overspenningsbeskyttelse og analyse - Undersøkelse av hvorvidt toppliner kan erstattes med overspenningsavledere. Aktiviteteten er avsluttet. Dokumentert gjennom arbeidsnotat. - Utarbeidet en rapport som gir oversikt over prosjektets resultater mht. overspenningsbeskyttelse. WP6 : Lynaktivitet - Ingen aktivitet (avsluttet i henhold til plan). WP 7: Deltakelse i CIGRE JWG A2/C4.52 - Avsluttende skriving av CIGRe tekniske rapporter (pågår).

Blant de mange konkrete resultater nevnes: - Spenningssoppsving kan oppstå i HS viklingens nøytralpunkt for Y-Y koblede fordelingstransformatorer, pga.lynnedslag på luftledning. Bruk av overspenningsavledere på LS-siden er essensielt for å unngå at overspenningen i nøytralpunktet overstiger isolasjonsnivået. - Beregninger viser at konvensjonelt topplinevern i innføringssonen gir generelt bedre beskyttelse av 132 kV hovedtransformator enn bruk av overspenningsavledere plassert ute på master. - Resonante spenningsoppsving kan oppstå internt i viklinger pga. oscillerende overspenninger på transformators eksterne terminaler. For hovedtransformatorer kan slike oppsving beregnes gjennom transiente analyser, forutsatt at en hensiktsmessig modell er tilgjengelig. De oppnådde resultater og innsikt vil tilflyte nettselskapene gjennom REN-blader.

Transformers are vulnerabe to overvoltages. Lightning alone causes about 1% annual failure for distribution transformers in some areas in Norway. With a population of tens of thousands transformers in the grid, the potential for cost savings is substantial. The overvoltages (from lightning, switching, faults) are mitigated by use of protection devices in combination with the grounding system. Existing guidelines for protection of transformers are based on simulation studies using primitive models of the transformer and the grounding system. The proposed project shall revisit the procedures for protection using advanced models of the transformers and grounding structures, giving a more correct assessment of the overvoltage stresses, forming a basis for better protective solutions. Tasks: 1. Winding model. The detailed winding model used by manufacturers will be made available and used for calculating internal voltage stresses in power transformers. The known inaccuracies in damping of will be adressed by use of experimental damping factors. 2. Terminal model. A Measurement-based transformer model developed at SINTEF will be extended to allow more vector groups and grounding conditions. 3. Grounding system model. Frequency-dependent models will be developed based on EM field solver calculations. 4. Model interfacing. Capabilities will be developed for interfacing the models with at least one circuit simulator (EMTP-RV) to permit simulation of complete power systems. 5. Overvoltage protection. The models will be used in simulation studies to clarify the best choice of protection (surge arresters, snubber circuits, grounding design,...) for alternative networks. 6. The effect of climatic changes on lightning activity will be predicted (flash density and current stroke parameters) The work will be coordinated with activities in CIGRE WG A2/C4.52 on transformer high-frequency modeling. The results will be available to all utilities through REN-blad.