Como resolver o xuízo de faltas de aterramento monofásico para 3 fases 4PT en sistemas sen aterramento

Nas instalacións de 10 kV e 35 kV sen terra, as fallos de terra en unha soa fase provocan correntes mínimas, polo que a protección raramente se activa. Segundo a regulación, a operación está limitada a 2 horas; as fallos non detectados durante moito tempo poden empeorar, incluso danando interruptores. Mentres que a Rede Estatal promove dispositivos de selección de liña de corrente pequena en subestacións de 110 kV e 220 kV, a súa precisión permanece baixa, requirendo que o persoal de monitorización/operación analice as medidas remotas. Para sistemas sen terra con transformadores de tensión trifásicos de 4PT, este artigo analiza as fallos de terra en unha soa fase para mellorar a utilidade das medidas remotas para o persoal, ofrecendo solucións baseadas na experiencia no terreo.

1 Análise da Operación Normal e as Fallos de Terra en Unha Soa Fase en Sistemas Sen Terra
1.1 Principio do Transformador de Tensión Durante a Operación Normal

Para un transformador de tensión trifásico de 4PT de barramento de 10 kV (conexión: Figura 1), U_A, U_B, U_C(tensións fase-a-terra), U_L (tensión de secuencia cero); U_Aa, U_Bb, U_Cc (tensións de fase dos devandos primarios); U_a, U_b, U_c (tensións de fase dos devandos secundarios), 3U₀ (tensión de secuencia cero). Todos os razóns PT:(10 kV/√3)/(57.74 V).

Durante a operación normal, analízanse as tensións trifásicas primarias e de secuencia cero, como se mostra na Ecuación (1). A partir da Ecuación (1), obtéñense as tensións secundarias como U_a= 57.74 V, U_b = 57.74V, U_c = 57.74V, e 3U₀ = 0V, que son consistentes coas tensións secundarias do transformador de tensión con conexión delta aberta trifásica.

1.2 Análise do Principio do PT en Fallos de Terra en Unha Soa Fase

Cando ocorre un fallo de terra na fase A, o lado primario do transformador de tensión pode representarse equivalentemente como se mostra na Figura 2. Entre eles, os devandos primarios do PT trifásico son , a impedancia do devando de secuencia cero é , e U_A', U_B', U_C', U_L' son as tensións fase-a-terra das tres fases e a tensión de secuencia cero cando ocorre un fallo de terra na fase A, respectivamente.

Segundo o teorema da superposición, pódese obter que

Segundo as características do transformador de tensión trifásico de 4PT, a impedancia do devando de secuencia cero é moito maior que a do devando de fase. Entón, a fórmula anterior pode simplificarse como se mostra na Fórmula (3).

Cando ocorre un fallo de terra na fase A, a tensión fase-a-terra da fase A é 0, e as tensións das fases B e C son 10 kV. Combinado coa Fórmula (3), pódese obter o diagrama fasorial durante o fallo de terra en unha soa fase, como se mostra na Figura 3.

Segundo a análise do diagrama fasorial na Figura 3, pódese obter a Fórmula (4). Entre eles, U_Aa', U_Bb', e U_Cc' son as tensións dos devandos primarios do barramento despois do fallo de terra na fase A, respectivamente.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 ao lado secundario despois do fallo, pódese obter U_a' = 57.74V, U_b' = 57.74V, U_c' = 57.74V, e 3U₀' = 57.74V.

Desta análise, nun sistema sen terra, cando ocorre un fallo de terra en unha soa fase, as tensións das tres fases ABC son todas 57.74 V, que é consistente coa situación de operación normal. Só a tensión de secuencia cero aumenta á tensión de fase, o que trae gran confusión ao persoal de monitorización e mantemento. É moi difícil determinar que é un fallo de terra en unha soa fase. Ademais, porque a corrente de fallo é demasiado pequena para que a protección inicie o salto de protección, trae perigos ocultos para a operación segura e estable da rede eléctrica.

2 Medidas de Corrección

Para resolver o problema de que, para o transformador de tensión co modo de conexión trifásico de 4PT, cando ocorre un fallo de terra en unha soa fase, a medida remota de tensión trifásica enviada é consistente coa situación de operación normal, o que trae certa confusión ao persoal de monitorización e mantemento. Este artigo propón manter inalterada a conexión dos devandos de tensión primaria do transformador de tensión trifásico de 4PT e cambiar a conexión dos devandos secundarios, como se mostra na Figura 4.

Baseado no principio analizado na Sección 1.2, pódese derivar: U_A' = U_L' + U_Aa' = 0V, U_B' = U_L' + U_Bb' = 10kV, U_C' = U_L' + U_Cc' = 10kV. Isto é, as tensións secundarias despois do fallo son U_A' = 0V, U_B' = 100 kV, U_C' = 100kV, e3U₀' = 57.74kV. A partir dos datos analizados arriba, para o transformador de tensión trifásico de 4PT mellorado, durante un fallo de terra en unha soa fase, as tensións trifásicas son consistentes cos dun fallo de terra en un sistema trifásico de catro fios, e a tensión de secuencia cero tamén aumenta á tensión de fase.

O persoal de monitorización e mantemento pode determinar rapidamente que ocorreu un fallo de terra en unha soa fase no sistema de 10 kV. Combinado co dispositivo de selección de liña de corrente pequena, a liña de fallo relevante pode ser eliminada o máis rápido posible.

3 Conclusión

Este artigo propón un método de conexión dos devandos secundarios para o transformador de tensión trifásico de 4PT, que pode enviar medidas remotas de tensión trifásica coas mesmas características que as dun fallo de terra en unha soa fase nun sistema sen terra ao sistema de monitorización. Así, é máis conveniente para o persoal de monitorización e mantemento facer xuízos rápidos, prevenir que o fallo empeore adicionalmente e asegurar a operación segura e estable da rede eléctrica.