Come risolvere il giudizio di guasto a terra monofase per 3 fasi 4PT in sistemi non collegati a terra

Nei sistemi non collegati a terra a 10 kV e 35 kV, i guasti di cortocircuito monofase causano una corrente minima, quindi la protezione raramente si attiva. Secondo le normative, l'operazione è limitata a 2 ore; guasti non rilevati per periodi prolungati possono peggiorare, danneggiando anche gli interruttori. Mentre lo Stato Grid promuove dispositivi di selezione di linea a corrente ridotta in sottostazioni a 110 kV e 220 kV, la loro precisione rimane bassa, richiedendo al personale di monitoraggio/operazione di analizzare le misurazioni remote. Per i sistemi non collegati a terra con trasformatori di tensione trifase 4PT, questo documento analizza i guasti monofase per migliorare l'utilità delle misurazioni remote per il personale, offrendo soluzioni basate sull'esperienza sul campo.

1 Analisi dell'operazione normale e dei guasti monofase nei sistemi non collegati a terra
1.1 Principio del trasformatore di tensione durante l'operazione normale

Per un trasformatore di tensione trifase 4PT della barra a 10 kV (cablaggio: Figura 1), U_A, U_B, U_C (tensioni fase-terra), U_L (tensione sequenza zero); U_Aa, U_Bb, U_Cc (tensioni di fase dell'avvolgimento primario); U_a, U_b, U_c (tensioni di fase dell'avvolgimento secondario), 3U₀ (tensione sequenza zero). Tutti i rapporti PT: (10 kV/√3)/(57.74 V).

Durante l'operazione normale, vengono analizzate le tensioni primarie trifase e sequenza zero, come mostrato nell'Equazione (1). Dall'Equazione (1), le tensioni secondarie sono ottenute come U_a= 57.74 V, U_b = 57.74V, U_c = 57.74V, e 3U₀ = 0V, che sono coerenti con le tensioni secondarie del trasformatore di tensione con connessione trifase a delta aperto.

1.2 Analisi del principio del PT in caso di guasto monofase

Quando si verifica un guasto di massa sulla fase A, il lato primario del trasformatore di tensione può essere rappresentato equivalentemente come mostrato nella Figura 2. Tra questi, gli avvolgimenti primari del PT trifase sono , l'impedenza dell'avvolgimento sequenza zero è , e U_A', U_B', U_C', U_L' sono le tensioni fase-terra delle tre fasi e la tensione sequenza zero quando si verifica un guasto di massa sulla fase A, rispettivamente.

Secondo il teorema della sovrapposizione, si ottiene

Secondo le caratteristiche del trasformatore di tensione trifase 4PT, l'impedenza dell'avvolgimento sequenza zero è molto maggiore di quella dell'avvolgimento di fase. Quindi, la formula sopra può essere semplificata come mostrato nella Formula (3).

Quando si verifica un guasto di massa sulla fase A, la tensione fase-terra della fase A è 0, e le tensioni delle fasi B e C sono 10 kV. Combinando con la Formula (3), si ottiene il diagramma fasore durante il guasto monofase, come mostrato nella Figura 3.

Secondo l'analisi del diagramma fasore nella Figura 3, si ottiene la Formula (4). Tra queste, U_Aa', U_Bb', e U_Cc' sono le tensioni degli avvolgimenti primari della barra dopo il guasto di massa sulla fase A, rispettivamente.U_Aa'= U_A 10kV√3, U_Bb'= U_B 10kV√3, U_Cc' =U_C 10kV√3, U_L'=U_A = 10kV √3. Convertendo al lato secondario dopo il guasto, si ottiene U_a' = 57.74V, U_b' = 57.74V, U_c' = 57.74V, e 3U₀' = 57.74V.

Dall'analisi sopra, in un sistema non collegato a terra, quando si verifica un guasto monofase, le tensioni delle tre fasi ABC sono tutte 57.74 V, coerenti con la situazione di operazione normale. Solo la tensione sequenza zero aumenta alla tensione di fase, portando grande confusione al personale di monitoraggio e manutenzione. È molto difficile determinare che si tratta di un guasto monofase. Inoltre, poiché la corrente di guasto è troppo piccola per far attivare la protezione, ciò porta pericoli nascosti per l'operazione sicura e stabile della rete elettrica.

2 Misure di rettifica

Per risolvere il problema, per il trasformatore di tensione con il cablaggio trifase 4PT, quando si verifica un guasto monofase, le misurazioni remote di tensione trifase caricate sono coerenti con la situazione di operazione normale, portando certa confusione al personale di monitoraggio e manutenzione. Questo documento propone di mantenere invariato il cablaggio dell'avvolgimento di tensione primario del trasformatore di tensione trifase 4PT e cambiare il cablaggio dell'avvolgimento secondario, come mostrato nella Figura 4.

Basandosi sul principio analizzato nella Sezione 1.2, possiamo derivare: U_A' = U_L' + U_Aa' = 0V, U_B' = U_L' + U_Bb' = 10kV, U_C' = U_L' + U_Cc' = 10kV. Cioè, le tensioni secondarie dopo il guasto sono U_A' = 0V, U_B' = 100 kV, U_C' = 100kV, e3U₀' = 57.74kV. Dai dati analizzati sopra, per il trasformatore di tensione trifase 4PT migliorato, durante un guasto monofase, le tensioni trifase sono coerenti con quelle di un guasto monofase in un sistema trifase a quattro fili, e la tensione sequenza zero aumenta anche alla tensione di fase.

Il personale di monitoraggio e manutenzione può rapidamente determinare che è avvenuto un guasto monofase nel sistema a 10 kV. Combinato con il dispositivo di selezione di linea a corrente ridotta, la linea di guasto pertinente può essere rimossa il prima possibile.

3 Conclusione

Questo documento propone un metodo di cablaggio dell'avvolgimento secondario per il trasformatore di tensione trifase 4PT, che può caricare misurazioni remote di tensione trifase con le stesse caratteristiche di un guasto monofase in un sistema non collegato a terra nel sistema di monitoraggio. Così, è più favorevole per il personale di monitoraggio e manutenzione fare giudizi rapidi, prevenire l'ulteriore aggravamento del guasto e assicurare l'operazione sicura e stabile della rete elettrica.