Com fer la identificació de faltes a terra en un sistema d'una fase amb 3 fases i 4PT en sistemes sense aterrament?

En sistemes de 10 kV i 35 kV sense terra, les faults d'una sola fase causen una corrent mínima, per tant, la protecció rarament s'activa. Segons la normativa, l'operació està limitada a 2 hores; si les faults no detectades persisteixen més llargament, poden emmascarar-se, fins i tot deteriorant els commutadors. Encara que IEE-Business promou dispositius de selecció de línia amb corrent petita en subestacions de 110 kV i 220 kV, la seva precisió encara és baixa, requerint que el personal de monitorització/operació analitzi les mesures remotes. Per als sistemes sense terra amb transformadors de tensió trifàsics 4PT, aquest article analitza les faults d'una sola fase per millorar l'usabilitat de les mesures remotes pel personal, oferint solucions basades en l'experiència al camp.

1 Anàlisi de l'operació normal i les faults d'una sola fase en sistemes sense terra
1.1 Principi del transformador de tensió durant l'operació normal

Per a un bus de 10 kV amb un transformador de tensió trifàsic 4PT (connexió: Figura 1), U_A, U_B, U_C(tensions fase-terra), U_L (tensió de seqüència zero); U_Aa, U_Bb, U_Cc (tensions de fase de l'enrollament primari); U_a, U_b, U_c (tensions de fase de l'enrollament secundari), 3U₀ (tensió de seqüència zero). Totes les relacions PT:(10 kV/√3)/(57.74 V).

Durant l'operació normal, es fan anàlisis de les tensions trifàsiques primàries i de seqüència zero, com es mostra en l'Equació (1). A partir de l'Equació (1), es troben les tensions secundàries com U_a= 57.74 V, U_b = 57.74V, U_c = 57.74V, i 3U₀ = 0V, que són consistents amb les tensions secundàries del transformador de tensió amb connexió delta oberta trifàsica.

1.2 Anàlisi del principi del PT en faults d'una sola fase

Quan ocorre una fault de terra a la fase A, el costat primari del transformador de tensió es pot representar equivalentment com es mostra a la Figura 2. En això, els enrollaments primaris dels tres fases del PT són , la impedància de l'enrollament de seqüència zero és , i U_A', U_B', U_C', U_L' són les tensions fase-terra de les tres fases i la tensió de seqüència zero quan ocorre una fault de terra a la fase A, respectivament.

Segons el teorema de superposició, es pot obtenir que

Segons les característiques del transformador de tensió trifàsic 4PT, la impedància de l'enrollament de seqüència zero és molt més gran que la de l'enrollament de fase. Llavors, la fórmula anterior es pot simplificar com es mostra en la Fórmula (3).

Quan ocorre una fault de terra a la fase A, la tensió fase-terra de la fase A és 0, i les tensions de les fases B i C són 10 kV. Combinant amb la Fórmula (3), es pot obtenir el diagrama de fasors durant la fault d'una sola fase, com es mostra a la Figura 3.

Segons l'anàlisi del diagrama de fasors a la Figura 3, es pot obtenir la Fórmula (4). En això, U_Aa', U_Bb', i U_Cc' són les tensions de l'enrollament primari del bus després de la fault de terra a la fase A, respectivament.U_Aa'= U_A 10kV√3, U_Bb'= U_B 10kV√3, U_Cc' =U_C 10kV√3, U_L'=U_A = 10kV √3. Convertint al costat secundari després de la fault, es pot obtenir U_a' = 57.74V, U_b' = 57.74V, U_c' = 57.74V, i 3U₀' = 57.74V.

Des de l'anàlisi anterior, en un sistema sense terra, quan ocorre una fault de terra d'una sola fase, les tensions de les tres fases ABC són totes 57.74 V, consistent amb la situació d'operació normal. Només la tensió de seqüència zero augmenta a la tensió de fase, el que porta gran confusió al personal de monitorització i manteniment. És molt difícil determinar que és una fault de terra d'una sola fase. A més, degut a que la corrent de fault és massa petita per activar la protecció, això porta perilloses ocultes a la operació segura i estable de la xarxa elèctrica.

2 Mesures de correcció

Per resoldre el problema que, per al transformador de tensió amb el mode de connexió trifàsic 4PT, quan ocorre una fault de terra d'una sola fase, les mesures remotes de tensió trifàsica carregades són consistents amb la situació d'operació normal, el que porta certa confusió al personal de monitorització i manteniment. Aquest article proposa mantenir inalterada la connexió de l'enrollament de tensió primari del transformador de tensió trifàsic 4PT i canviar la connexió de l'enrollament secundari, com es mostra a la Figura 4.

Basant-nos en el principi analitzat a la Secció 1.2, podem deduir: U_A' = U_L' + U_Aa' = 0V, U_B' = U_L' + U_Bb' = 10kV, U_C' = U_L' + U_Cc' = 10kV. És a dir, les tensions secundàries després de la fault són U_A' = 0V, U_B' = 100 kV, U_C' = 100kV, i3U₀' = 57.74kV. Des de les dades analitzades anteriorment, per al transformador de tensió trifàsic 4PT millorat, durant una fault de terra d'una sola fase, les tensions trifàsiques són consistents amb les d'una fault d'una sola fase en un sistema trifàsic de quatre fils, i la tensió de seqüència zero també augmenta a la tensió de fase.

El personal de monitorització i manteniment pot determinar ràpidament que ha ocorregut una fault de terra d'una sola fase al sistema de 10 kV. Combinant amb el dispositiu de selecció de línia amb corrent petita, es pot eliminar la línia de fault rellevant tan aviat com sigui possible.

3 Conclusió

Aquest article proposa un mètode de connexió de l'enrollament secundari per al transformador de tensió trifàsic 4PT, que pot carregar mesures remotes de tensió trifàsica amb les mateixes característiques que les d'una fault de terra d'una sola fase en un sistema sense terra al sistema de monitorització. Així, és més favorable per al personal de monitorització i manteniment per fer judicis ràpids, prevenir que la fault es pugui agravar més, i assegurar la operació segura i estable de la xarxa elèctrica.