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), UA, UB, UC(Phasen-gegen-Erde-Spannungen), UL (Nullfolgen-Spannung); UAa, UBb, UCc (Primärwicklungs-Phasenspannungen); Ua, Ub, Uc (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 Ua= 57,74 V, Ub = 57,74V, Uc = 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 UA', UB', UC', UL' 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 UAa', UBb', und UCc' die Primärwicklungs-Spannungen des Busses nach dem Phasen-A-Erdschluss.UAa'= UA 10kV/√3, UBb'= UB 10kV/√3, UCc' =UC 10kV/√3, UL'=UA = 10kV/√3. Nach der Umwandlung auf die Sekundärseite nach dem Fehler erhalten wir Ua' = 57,74V, Ub' = 57,74V, Uc' = 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: UA' = UL' + UAa' = 0V, UB' = UL' + UBb' = 10kV, UC' = UL' + UCc' = 10kV. Das bedeutet, die Sekundärspannungen nach dem Fehler sind UA' = 0V, UB' = 100 kV, UC' = 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.