Как да се реши проблемът с определянето на еднофазни земни дефекти за 3-фазни 4PT системи в неземени системи

В 10 кВ и 35 кВ незаземлени системи, еднофазни земни дефекти причиняват минимален ток, така че защитата рядко се активира. Според регламентите, операцията е ограничена до 2 часа; продължителни недетектирани дефекти може да се влошат, дори да повредят ключове. Макар IEE-Business да промотира устройства за избор на линии при малки токове в 110 кВ и 220 кВ подстанции, техната точност остава ниска, което изисква персонала по надзор и управление да анализира отдалечени измервания. За незаземлени системи с трифазни напрежения 4PT, тази статия анализира еднофазни земни дефекти, за да подобри ползването на отдалечените измервания от персонала, предлагайки решения, основани на практически опит.

1 Анализ на нормална работа и еднофазни земни дефекти в незаземлени системи
1.1 Принцип на работа на напрежението трансформатор при нормална работа

За 10 кВ шина трифазен напряжение 4PT трансформатор (схема: Фигура 1), U_A, U_B, U_C(фазни-към-земя напрежения), U_L (нулево последователно напрежение); U_Aa, U_Bb, U_Cc (первични обмотки фазни напрежения); U_a, U_b, U_c (вторични обмотки фазни напрежения), 3U₀ (нулево последователно напрежение). Всички PT отношения:(10 кВ/√3)/(57.74 В).

При нормална работа, первичните трифазни и нулеви последователни напрежения се анализират, както е показано в Уравнение (1). От Уравнение (1) вторичните напрежения се получават като U_a= 57.74 В, U_b = 57.74В, U_c = 57.74В, и 3U₀ = 0В, които са съвместими с вторичните напрежения на напрежението трансформатор с трифазно отворено делта свързване.

1.2 Анализ на принципа на PT при еднофазни земни дефекти

Когато се случи фаза А земен дефект, первичната страна на напрежението трансформатор може да бъде еквивалентно представена, както е показано на Фигура 2. Сред тях, первичните обмотки на трифазния PT са , импедансът на нулевата последователна обмотка е , и U_A', U_B', U_C', U_L' са фазни-към-земя напреженията на трите фази и нулевото последователно напрежение, когато се случи фаза А земен дефект, съответно.

Според теоремата за суперпозиция, може да се получи, че

Според характеристиките на трифазния 4PT напрежението трансформатор, импедансът на нулевата последователна обмотка е много по-голям от импеданса на фазната обмотка. Тогава горната формула може да бъде опростена, както е показано в Формула (3).

Когато се случи фаза А земен дефект, фазното-към-земя напрежение на фаза А е 0, а напреженията на фазите B и C са 10 кВ. В комбинация с Формула (3), диаграмата на фазорите при еднофазен земен дефект може да бъде получена, както е показано на Фигура 3.

Според анализа на диаграмата на фазорите на Фигура 3, може да се получи Формула (4). Сред тях, U_Aa', U_Bb', и U_Cc' са напреженията на первичните обмотки на шината след фаза А земен дефект, съответно.U_Aa'= U_A 10кВ√3, U_Bb'= U_B 10кВ√3, U_Cc' =U_C 10кВ√3, U_L'=U_A = 10кВ √3. Преобразуване към вторичната страна след дефекта, може да се получи U_a' = 57.74В, U_b' = 57.74В, U_c' = 57.74В, и 3U₀' = 57.74В.

От горния анализ, в незаземлена система, когато се случи еднофазен земен дефект, напреженията на трите фази ABC са всички 57.74 В, което е съвместимо с нормалната ситуация. Само нулевото последователно напрежение се увеличава до фазното напрежение, което причинява голяма объркване на персонала по надзор и управление. Е много трудно да се прецени, че е еднофазен земен дефект. Освен това, защото дефектният ток е твърде малък, за да стартира защитата, това води до скрити опасности за безопасната и стабилна работа на електроенергийната мрежа.

2 Коректиращи мерки

За решаване на проблема, че за напрежението трансформатор с трифазно 4PT свързване, когато се случи еднофазен земен дефект, качените трифазни напрежения на отдалечените измервания са съвместими с нормалната ситуация, което причинява известна объркване на персонала по надзор и управление. Тази статия предлага да се запази свързването на первичната страна на напрежението обмотки на трифазния 4PT напрежението трансформатор без изменение и да се промени свързването на вторичната обмотка, както е показано на Фигура 4.

На основата на принципа, анализиран в Раздел 1.2, може да се изведе: U_A' = U_L' + U_Aa' = 0В, U_B' = U_L' + U_Bb' = 10кВ, U_C' = U_L' + U_Cc' = 10кВ. Тоест, вторичните напрежения след дефекта са U_A' = 0В, U_B' = 100 кВ, U_C' = 100кВ, и3U₀' = 57.74кВ. От анализираните данни, за усъвършенствания трифазен 4PT напрежението трансформатор, при еднофазен земен дефект, трифазните напрежения са съвместими с тези при еднофазен дефект в трифазна четирижилна система, и нулевото последователно напрежение също се увеличава до фазното напрежение.

Персоналът по надзор и управление може бързо да установи, че е състоял еднофазен земен дефект в 10 кВ системата. В комбинация с устройството за избор на линии при малки токове, съответната дефектна линия може да бъде премахната колкото е възможно по-бързо.

3 Заключение

Тази статия предлага метод за свързване на вторичната обмотка на трифазния 4PT напрежението трансформатор, който може да качва трифазни напрежения на отдалечените измервания със същите характеристики, както при еднофазен земен дефект в незаземлена система, в системата за надзор. По този начин е по-лесно за персонала по надзор и управление да прави бързи преценки, да предотвратява дефектите да се влошат, и да гарантира безопасна и стабилна работа на електроенергийната мрежа.