Jak rozwiązać problem oceny uszkodzenia jednofazowego do ziemii w systemach 3-fazowych 4PT niezazemionych

W napięciowych systemach 10 kV i 35 kV bez uziemienia, pojedyncze przewodzenie fazowe powoduje minimalne prądy, dlatego ochrona rzadko działa. Zgodnie z przepisami, działanie jest ograniczone do 2 godzin; długotrwałe niezauważone uszkodzenia mogą się pogorszyć, nawet niszcząc przełączniki. Podczas gdy State Grid promuje urządzenia wyboru linii przy małych prądach w podstacjach 110 kV i 220 kV, ich dokładność pozostaje niska, wymagając od personelu monitorującego/obsługi analizy pomiarów zdalnych. Dla systemów bez uziemienia z trójfazowymi transformatorami napięcia 4PT, ten artykuł analizuje pojedyncze przewodzenie fazowe, aby poprawić użyteczność pomiarów zdalnych dla personelu, oferując rozwiązania oparte na doświadczeniach terenowych.

1 Analiza normalnej pracy i pojedynczych przewodzeń fazowych w systemach bez uziemienia
1.1 Zasada działania transformatora napięcia w normalnym trybie pracy

Dla trójfazowego transformatora napięcia 4PT (przewód: Rysunek 1) magistrali 10 kV, U_A, U_B, U_C(napięcia fazowo-ziemne), U_L (napięcie sekwencyjne zero); U_Aa, U_Bb, U_Cc (napięcia fazowe cewki pierwotnej); U_a, U_b, U_c (napięcia fazowe cewki wtórnej), 3U₀ (napięcie sekwencyjne zero). Wszystkie stosunki PT:(10 kV/√3)/(57.74 V).

W normalnym trybie pracy analizowane są pierwotne trójfazowe i sekwencyjne napięcia zero, jak pokazano w równaniu (1). Na podstawie równania (1) otrzymujemy napięcia wtórne jako U_a= 57.74 V, U_b = 57.74V, U_c = 57.74V, i 3U₀ = 0V, co jest zgodne z napięciami wtórnymi transformatora napięcia z trójfazowym otwartym połączeniem delty.

1.2 Analiza zasady działania PT przy pojedynczym przewodzeniu fazowym

Gdy wystąpi uszkodzenie przewodzenia fazy A, strona pierwotna transformatora napięcia może być równoważnie przedstawiona jak pokazano na Rysunku 2. W tym przypadku, pierwotne cewki trójfazowego PT to , impedancja cewki sekwencyjnej zero to , a U_A', U_B', U_C', U_L' są napięciami fazowo-ziemnymi trzech faz i napięciem sekwencyjnym zero, odpowiednio, gdy wystąpi uszkodzenie przewodzenia fazy A.

Zgodnie z twierdzeniem superpozycji, można uzyskać

Z uwagi na charakterystykę trójfazowego transformatora napięcia 4PT, impedancja cewki sekwencyjnej zero jest znacznie większa niż impedancja cewki fazowej. Wtedy powyższe równanie można uprościć, jak pokazano w wzorze (3).

Gdy wystąpi uszkodzenie przewodzenia fazy A, napięcie fazowo-ziemne fazy A wynosi 0, a napięcia faz B i C wynoszą 10 kV. Łącząc to z wzorem (3), można otrzymać diagram wektorowy podczas pojedynczego przewodzenia fazowego, jak pokazano na Rysunku 3.

Na podstawie analizy diagramu wektorowego na Rysunku 3, można otrzymać wzór (4). W nim, U_Aa', U_Bb', i U_Cc' to napięcia pierwotne cewki magistrali po uszkodzeniu przewodzenia fazy A, odpowiednio.U_Aa'= U_A 10kV√3, U_Bb'= U_B 10kV√3, U_Cc' =U_C 10kV√3, U_L'=U_A = 10kV √3. Przeliczając na stronę wtórną po uszkodzeniu, otrzymujemy U_a' = 57.74V, U_b' = 57.74V, U_c' = 57.74V, i 3U₀' = 57.74V.

Z powyższej analizy wynika, że w systemie bez uziemienia, gdy wystąpi pojedyncze przewodzenie fazowe, napięcia trzech faz ABC wynoszą wszystkie 57.74 V, co jest zgodne z sytuacją normalnego działania. Tylko napięcie sekwencyjne zero wzrasta do napięcia fazowego, co powoduje duże zamieszanie wśród personelu monitorującego i obsługi. Jest bardzo trudno stwierdzić, że wystąpiło pojedyncze przewodzenie fazowe. Ponadto, ponieważ prąd uszkodzenia jest zbyt mały, aby uruchomić ochronę, stanowi to zagrożenie dla bezpiecznego i stabilnego działania sieci elektrycznej.

2 Środki zaradcze

Aby rozwiązać problem polegający na tym, że dla transformatora napięcia z trójfazowym połączeniem 4PT, gdy wystąpi pojedyncze przewodzenie fazowe, przesłane pomiary zdalne napięć trójfazowych są zgodne z sytuacją normalnego działania, co powoduje pewne zamieszanie wśród personelu monitorującego i obsługi, ten artykuł proponuje zachowanie niezmienionej konfiguracji połączeń cewki pierwotnej napięcia trójfazowego transformatora 4PT i zmianę połączeń cewki wtórnej, jak pokazano na Rysunku 4.

Na podstawie analizy zasady opisanej w punkcie 1.2, możemy wyprowadzić: U_A' = U_L' + U_Aa' = 0V, U_B' = U_L' + U_Bb' = 10kV, U_C' = U_L' + U_Cc' = 10kV. To oznacza, że napięcia wtórne po uszkodzeniu to U_A' = 0V, U_B' = 100 kV, U_C' = 100kV, i3U₀' = 57.74kV. Na podstawie powyższych danych, dla ulepszonych trójfazowych transformatorów napięcia 4PT, podczas pojedynczego przewodzenia fazowego, napięcia trójfazowe są zgodne z pojedynczym uszkodzeniem fazowym w systemie trójfazowym czteroprzewodowym, a napięcie sekwencyjne zero również wzrasta do napięcia fazowego.

Personel monitorujący i obsługi może szybko stwierdzić, że w systemie 10 kV wystąpiło pojedyncze przewodzenie fazowe. Połączenie tego z urządzeniem wyboru linii przy małych prądach, możliwe jest jak najszybsze usunięcie odpowiedniej linii awaryjnej.

3 Wnioski

Ten artykuł proponuje metodę połączeń cewki wtórnej dla trójfazowego transformatora napięcia 4PT, która może przesyłać pomiary zdalne napięć trójfazowych o takich samych cechach, jak pojedyncze przewodzenie fazowe w systemie bez uziemienia do systemu monitoringu. Dzięki temu personel monitorujący i obsługi może szybciej podejmować decyzje, zapobiegać dalszemu pogarszaniu się uszkodzenia i zapewniać bezpieczne i stabilne działanie sieci elektrycznej.