Wie löst man die Beurteilung von Einphasen-Erdschlussstörungen für 3-Phasen-4PT in unerdmten Systemen

In 10 kV und 35 kV unverdichteten Systemen verursachen Einphasen-Erdschlüsse nur minimale Ströme, sodass Schutzschaltungen selten auslösen. Gemäß Vorschriften ist der Betrieb auf 2 Stunden begrenzt; unaufgefundene Fehler können sich verschlimmern und sogar Schalter beschädigen. Obwohl die Staatsnetzwerke die Verwendung von Geräten zur Auswahl von Leitungen mit geringem Erdschlussstrom in 110 kV und 220 kV-Umspannwerken fördern, bleibt deren Genauigkeit gering, was eine Analyse durch Überwachungs- und Bedienungspersonal erforderlich macht. Für unverdichtete Systeme mit Drei-Phasen-4PT-Spannungswandlern analysiert dieser Artikel Einphasen-Erdschlüsse, um die Brauchbarkeit der Fernmessung für das Personal zu verbessern und bietet Lösungen basierend auf praktischer Erfahrung.

1 Analyse des normalen Betriebs und Einphasen-Erdschlüsse in unverdichteten Systemen
1.1 Prinzip des Spannungswandlers während des normalen Betriebs

Für einen 10 kV-Bus-Drei-Phasen-4PT-Spannungswandler (Verdrahtung: Abbildung 1), U_A, U_B, U_C(Phasen-gegen-Erde-Spannungen), U_L (Nullfolgen-Spannung); U_Aa, U_Bb, U_Cc (Primärwicklungs-Phasenspannungen); U_a, U_b, U_c (Sekundärwicklungs-Phasenspannungen), 3U₀ (Nullfolgen-Spannung). Alle PT-Verhältnisse: (10 kV/√3)/(57,74 V).

Während des normalen Betriebs werden die primären Drei-Phasen- und Nullfolgen-Spannungen analysiert, wie in Gleichung (1) dargestellt. Aus Gleichung (1) ergeben sich die Sekundärspannungen als U_a= 57,74 V, U_b = 57,74V, U_c = 57,74V, und 3U₀ = 0V, was mit den Sekundärspannungen des Spannungswandlers mit einer Drei-Phasen-Offen-Dreieck-Verbindung übereinstimmt.

1.2 Prinzipanalyse des PT bei Einphasen-Erdschlüssen

Bei einem Phasen-A-Erdschluss kann die Primärseite des Spannungswandlers äquivalent dargestellt werden, wie in Abbildung 2 gezeigt. Dabei sind die Primärwindungen des Drei-Phasen-PTs , die Impedanz der Nullfolgen-Wicklung ist , und U_A', U_B', U_C', U_L' sind die Phasen-gegen-Erde-Spannungen der drei Phasen und die Nullfolgen-Spannung bei einem Phasen-A-Erdschluss.

Gemäß dem Superpositionsprinzip ergibt sich:

Aufgrund der Eigenschaften des Drei-Phasen-4PT-Spannungswandlers ist die Impedanz der Nullfolgen-Wicklung viel größer als die der Phasen-Wicklung. Dann kann die obige Formel wie in Formel (3) vereinfacht werden.

Bei einem Phasen-A-Erdschluss beträgt die Phasen-gegen-Erde-Spannung von Phase A 0, und die Spannungen von Phase B und C betragen 10 kV. In Kombination mit Formel (3) kann das Phasendiagramm während des Einphasen-Erdschlusses erhalten werden, wie in Abbildung 3 dargestellt.

Aus der Phasendiagrammanalyse in Abbildung 3 kann Formel (4) abgeleitet werden. Dabei sind U_Aa', U_Bb', und U_Cc' die Primärwicklungs-Spannungen des Busses nach dem Phasen-A-Erdschluss.U_Aa'= U_A 10kV/√3, U_Bb'= U_B 10kV/√3, U_Cc' =U_C 10kV/√3, U_L'=U_A = 10kV/√3. Nach der Umwandlung auf die Sekundärseite nach dem Fehler erhalten wir U_a' = 57,74V, U_b' = 57,74V, U_c' = 57,74V, und 3U₀' = 57,74V.

Aus der oben genannten Analyse geht hervor, dass in einem unverdichteten System bei einem Einphasen-Erdschluss die Spannungen der drei Phasen ABC jeweils 57,74 V betragen, was mit der Normalbetriebs-Situation übereinstimmt. Nur die Nullfolgen-Spannung steigt auf die Phasenspannung an, was große Verwirrung bei Überwachungs- und Wartungspersonal verursacht. Es ist sehr schwierig, zu erkennen, dass es sich um einen Einphasen-Erdschluss handelt. Darüber hinaus ist der Fehlerstrom zu klein, um den Schutz auszulösen, was ein Sicherheitsrisiko für den stabilen Betrieb des Stromnetzes darstellt.

2 Korrekturmaßnahmen

Um das Problem zu lösen, dass für den Spannungswandler mit der Drei-Phasen-4PT-Verdrahtung bei einem Einphasen-Erdschluss die hochgeladenen Fernmessungen der Drei-Phasen-Spannung mit der Normalbetriebs-Situation übereinstimmen und somit Verwirrung bei Überwachungs- und Wartungspersonal verursachen, schlägt dieser Artikel vor, die Verdrahtung der Primärseiten-Spannungswicklungen des Drei-Phasen-4PT-Spannungswandlers unverändert zu lassen und die Verdrahtung der Sekundärwicklungen zu ändern, wie in Abbildung 4 dargestellt.

Basierend auf dem in Abschnitt 1.2 analysierten Prinzip können wir ableiten: U_A' = U_L' + U_Aa' = 0V, U_B' = U_L' + U_Bb' = 10kV, U_C' = U_L' + U_Cc' = 10kV. Das bedeutet, die Sekundärspannungen nach dem Fehler sind U_A' = 0V, U_B' = 100 kV, U_C' = 100kV, und3U₀' = 57,74kV. Aus den oben analysierten Daten geht hervor, dass für den verbesserten Drei-Phasen-4PT-Spannungswandler bei einem Einphasen-Erdschluss die Drei-Phasen-Spannungen denen eines Einphasen-Fehlers in einem Drei-Phasen-Vier-Leiter-System entsprechen, und die Nullfolgen-Spannung ebenfalls auf die Phasenspannung ansteigt.

Überwachungs- und Wartungspersonal können schnell erkennen, dass in dem 10 kV-System ein Einphasen-Erdschluss aufgetreten ist. In Kombination mit dem Gerät zur Auswahl von Leitungen mit geringem Erdschlussstrom kann die relevante Fehlerschaltung so schnell wie möglich entfernt werden.

3 Schlussfolgerung

Dieser Artikel schlägt eine Verdrahtungsmethode für die Sekundärwicklungen des Drei-Phasen-4PT-Spannungswandlers vor, die Fernmessungen der Drei-Phasen-Spannung mit denselben Charakteristika wie bei einem Einphasen-Erdschluss in einem unverdichteten System an das Überwachungssystem überträgt. Dadurch ist es für Überwachungs- und Wartungspersonal einfacher, schnelle Entscheidungen zu treffen, um den Fehler weiter zu verhindern und den sicheren und stabilen Betrieb des Stromnetzes sicherzustellen.