چگونه می‌توان مشکل قطعی یک فاز در سیستم‌های بدون زمینه با 3 فاز و 4 PT را تشخیص داد

در سیستم‌های بدون زمین‌بندی ۱۰ کیلوولت و ۳۵ کیلوولت، خطاهای تک‌فازی زمین‌بندی جریان کمی ایجاد می‌کنند، بنابراین حفاظت به ندرت عمل می‌کند. طبق مقررات، عملیات به دو ساعت محدود است؛ خطاهای ناشناخته بلندمدت ممکن است وخیم‌تر شوند، حتی می‌توانند مداربرهای را خراب کنند. در حالی که شبکه دولتی از دستگاه‌های انتخاب خط با جریان کم در زیراستانس‌های ۱۱۰ کیلوولت و ۲۲۰ کیلوولت پشتیبانی می‌کند، دقت آنها هنوز پایین است و نیاز به تحلیل داده‌های دور بینی توسط کارکنان نظارت/عملیات دارد. برای سیستم‌های بدون زمین‌بندی با ترانسفورماتورهای ولتاژ سه‌فاز ۴PT، این مقاله خطاهای تک‌فازی زمین‌بندی را تحلیل می‌کند تا قابلیت استفاده از داده‌های دور بینی را برای کارکنان بهبود بخشد و راه‌حل‌هایی بر اساس تجربیات میدانی ارائه می‌دهد.

۱ تحلیل عملکرد عادی و خطاهای تک‌فازی زمین‌بندی در سیستم‌های بدون زمین‌بندی
۱.۱ اصل عملکرد ترانسفورماتور ولتاژ در حالت عادی

برای ترانسفورماتور ولتاژ سه‌فاز ۴PT باس ۱۰ کیلوولت (سیم‌کشی: شکل ۱)، U_A, U_B, U_C(ولتاژ فاز به زمین), U_L (ولتاژ دنباله صفر); U_Aa, U_Bb, U_Cc (ولتاژ فاز‌های bobin اصلی); U_a, U_b, U_c (ولتاژ فاز‌های bobin ثانویه), 3U₀ (ولتاژ دنباله صفر). تمام نسبت‌های PT: (۱۰ کیلوولت/√۳)/(۵۷.۷۴ V).

در حالت عادی، ولتاژ فاز‌های اصلی و دنباله صفر تجزیه و تحلیل می‌شود، همانطور که در معادله (۱) نشان داده شده است. از معادله (۱)، ولتاژهای ثانویه به دست می‌آیند به صورت U_a= ۵۷.۷۴ V, U_b = ۵۷.۷۴V, U_c = ۵۷.۷۴V, و ۳U₀ = ۰V، که با ولتاژهای ثانویه ترانسفورماتور ولتاژ با سیم‌کشی سه‌فاز بازدلتا سازگار است.

۱.۲ تحلیل اصل عملکرد PT در خطاهای تک‌فازی زمین‌بندی

هنگامی که خطای زمین‌بندی فاز A رخ می‌دهد، طرف اصلی ترانسفورماتور ولتاژ می‌تواند به صورت معادل در شکل ۲ نشان داده شود. در آن، bobin‌های اصلی PT سه‌فاز ، موانع bobin دنباله صفر است، و U_A', U_B', U_C', U_L' به ترتیب ولتاژ فاز به زمین سه فاز و ولتاژ دنباله صفر در هنگام خطای زمین‌بندی فاز A هستند.

با توجه به قضیه اضافه‌نویسی، می‌توان به دست آورد که

با توجه به ویژگی‌های ترانسفورماتور ولتاژ سه‌فاز ۴PT، موانع bobin دنباله صفر بسیار بزرگتر از bobin فاز است. سپس فرمول بالا می‌تواند به صورت ساده‌شده در فرمول (۳) نشان داده شود.

هنگامی که خطای زمین‌بندی فاز A رخ می‌دهد، ولتاژ فاز به زمین فاز A صفر است، و ولتاژ فاز‌های B و C ۱۰ کیلوولت است. با ترکیب فرمول (۳)، نمودار فازی در هنگام خطای تک‌فازی زمین‌بندی به دست می‌آید، همانطور که در شکل ۳ نشان داده شده است.

با توجه به تحلیل نمودار فازی در شکل ۳، فرمول (۴) به دست می‌آید. در آن، U_Aa', U_Bb', و U_Cc' به ترتیب ولتاژ bobin‌های اصلی باس پس از خطای زمین‌بندی فاز A هستند.U_Aa'= U_A ۱۰kV√۳, U_Bb'= U_B ۱۰kV√۳, U_Cc' =U_C ۱۰kV√۳, U_L'=U_A = ۱۰kV √۳. با تبدیل به طرف ثانویه پس از خطای، می‌توان به دست آورد U_a' = ۵۷.۷۴V, U_b' = ۵۷.۷۴V, U_c' = ۵۷.۷۴V, و ۳U₀' = ۵۷.۷۴V.

از تحلیل فوق، در یک سیستم بدون زمین‌بندی، وقتی خطای تک‌فازی زمین‌بندی رخ می‌دهد، ولتاژهای سه فاز ABC همه ۵۷.۷۴ V هستند، که با وضعیت عملکرد عادی سازگار است. فقط ولتاژ دنباله صفر به ولتاژ فاز بالا می‌رود، که ابهام زیادی برای کارکنان نظارت و نگهداری ایجاد می‌کند. تشخیص خطای تک‌فازی زمین‌بندی بسیار دشوار است. علاوه بر این، چون جریان خطا بسیار کم است و حفاظت از عملکرد قطع حفاظتی را شروع نمی‌کند، خطراتی برای عملکرد ایمن و پایدار شبکه الکتریکی ایجاد می‌کند.

۲ اقدامات اصلاحی

برای حل مشکلی که در ترانسفورماتور ولتاژ با سیم‌کشی سه‌فاز ۴PT، وقتی خطای تک‌فازی زمین‌بندی رخ می‌دهد، داده‌های دور بینی ولتاژ سه‌فاز آپلود شده با وضعیت عملکرد عادی سازگار است، که ابهام زیادی برای کارکنان نظارت و نگهداری ایجاد می‌کند. این مقاله پیشنهاد می‌کند که سیم‌کشی bobin ولتاژ اصلی ترانسفورماتور ولتاژ سه‌فاز ۴PT بدون تغییر باقی بماند و سیم‌کشی bobin ثانویه تغییر کند، همانطور که در شکل ۴ نشان داده شده است.

با توجه به اصل تحلیل شده در بخش ۱.۲، می‌توان به دست آورد: U_A' = U_L' + U_Aa' = ۰V, U_B' = U_L' + U_Bb' = ۱۰kV, U_C' = U_L' + U_Cc' = ۱۰kV. یعنی، ولتاژهای ثانویه پس از خطای U_A' = ۰V, U_B' = ۱۰۰ kV, U_C' = ۱۰۰kV, و۳U₀' = ۵۷.۷۴kV. از داده‌های تحلیل شده بالا، برای ترانسفورماتور ولتاژ سه‌فاز ۴PT بهبود یافته، در هنگام خطای تک‌فازی زمین‌بندی، ولتاژهای سه‌فاز سازگار با خطای تک‌فازی در یک سیستم سه‌فاز چهارسیمی هستند، و ولتاژ دنباله صفر نیز به ولتاژ فاز بالا می‌رود.

کارکنان نظارت و نگهداری می‌توانند به سرعت تشخیص دهند که خطای تک‌فازی زمین‌بندی در سیستم ۱۰ کیلوولت رخ داده است. با ترکیب با دستگاه انتخاب خط با جریان کم، خط مربوط به خطا می‌تواند به سرعت حذف شود.

۳ نتیجه‌گیری

این مقاله یک روش سیم‌کشی bobin ثانویه برای ترانسفورماتور ولتاژ سه‌فاز ۴PT پیشنهاد می‌کند که می‌تواند داده‌های دور بینی ولتاژ سه‌فاز با ویژگی‌های مشابه خطای تک‌فازی زمین‌بندی در یک سیستم بدون زمین‌بندی به سیستم نظارت ارسال کند. بنابراین، این روش می‌تواند به کارکنان نظارت و نگهداری کمک کند تا به سرعت تشخیص دهند، از تشدید خطا جلوگیری کنند و عملکرد ایمن و پایدار شبکه الکتریکی را تضمین کنند.