Как решить проблему определения однофазного замыкания на землю для 3-х фазной системы с 4PT в незаземленных системах
В системах 10 кВ и 35 кВ с изолированной нейтралью одиночные фазные замыкания на землю вызывают минимальный ток, поэтому защита редко срабатывает. Согласно правилам, время работы ограничено 2 часами; продолжительные необнаруженные неисправности могут ухудшиться, что может привести даже к повреждению выключателей. Хотя Государственная сетевая компания продвигает устройства выборки линий малого тока в подстанциях 110 кВ и 220 кВ, их точность остается низкой, требуя от персонала мониторинга и эксплуатации анализа дистанционных измерений. Для систем с изолированной нейтралью, использующих трехфазные 4PT трансформаторы напряжения, в данной статье анализируется одиночное фазное замыкание, чтобы повысить удобство использования дистанционных измерений для персонала, предлагая решения на основе практического опыта.
1 Анализ нормальной работы и одиночных фазных замыканий на землю в системах с изолированной нейтралью
1.1 Принцип работы трансформатора напряжения в нормальных условиях
Для трехфазного 4PT трансформатора напряжения 10 кВ шины (схема соединений: Рисунок 1), UA, UB, UC(напряжения между фазой и землей), UL (нулевое последовательное напряжение); UAa, UBb, UCc (напряжения первичных обмоток по фазам); Ua, Ub, Uc (напряжения вторичных обмоток по фазам), 3U0 (нулевое последовательное напряжение). Все коэффициенты передачи:(10 кВ/√3)/(57,74 В).
В нормальных условиях анализируются первичные трехфазные и нулевые последовательные напряжения, как показано в уравнении (1). Из уравнения (1) получаются вторичные напряжения как Ua= 57,74 В, Ub = 57,74 В, Uc = 57,74 В, и 3U0 = 0 В, что соответствует вторичным напряжениям трансформатора напряжения с трехфазной открытой треугольной связью.
1.2 Анализ принципа работы PT при одиночном фазном замыкании
При возникновении замыкания фазы A на землю первичная сторона трансформатора напряжения может быть эквивалентно представлена, как показано на Рисунке 2. Среди них, первичные обмотки трехфазного PT — , импеданс нулевой последовательности — , и UA', UB', UC', UL' — это напряжения между фазой и землей для трех фаз и нулевое последовательное напряжение при замыкании фазы A на землю, соответственно.
Согласно теореме наложения, можно получить, что
С учетом характеристик трехфазного 4PT трансформатора напряжения, импеданс нулевой последовательной обмотки намного больше, чем импеданс фазовой обмотки. Тогда вышеупомянутое уравнение можно упростить, как показано в формуле (3).
При замыкании фазы A на землю напряжение между фазой A и землей равно 0, а напряжения фаз B и C равны 10 кВ. Объединяя это с формулой (3), можно получить векторную диаграмму при одиночном фазном замыкании, как показано на Рисунке 3.
На основе анализа векторной диаграммы на Рисунке 3 можно получить формулу (4). Среди них, UAa', UBb', и UCc' — это напряжения первичных обмоток шины после замыкания фазы A на землю, соответственно.UAa'= UA 10 кВ/√3, UBb'= UB 10 кВ/√3, UCc' =UC 10 кВ/√3, UL'=UA = 10 кВ √3. Преобразуя на вторичную сторону после неисправности, получаем Ua' = 57,74 В, Ub' = 57,74 В, Uc' = 57,74 В, и 3U0' = 57,74 В.
Из вышеуказанного анализа следует, что в системе с изолированной нейтралью при одиночном фазном замыкании на землю напряжения трех фаз ABC составляют 57,74 В, что соответствует нормальным условиям работы. Только нулевое последовательное напряжение возрастает до фазного напряжения, что создает значительную путаницу для персонала мониторинга и эксплуатации. Очень трудно определить, что произошло одиночное фазное замыкание. Кроме того, из-за слишком малого тока неисправности защита не срабатывает, что представляет скрытую опасность для безопасной и стабильной работы энергосистемы.
2 Меры по исправлению
Для решения проблемы, связанной с тем, что для трансформатора напряжения с трехфазной 4PT схемой соединения, при одиночном фазном замыкании на землю загружаемые дистанционные измерения трехфазных напряжений совпадают с нормальными условиями работы, что создает определенную путаницу для персонала мониторинга и эксплуатации, в данной работе предлагается оставить схему соединения первичных обмоток напряжения трехфазного 4PT трансформатора напряжения без изменений и изменить схему соединения вторичных обмоток, как показано на Рисунке 4.
На основе принципа, проанализированного в разделе 1.2, можно вывести: UA' = UL' + UAa' = 0 В, UB' = UL' + UBb' = 10 кВ, UC' = UL' + UCc' = 10 кВ. То есть, вторичные напряжения после неисправности составляют UA' = 0 В, UB' = 100 кВ, UC' = 100 кВ, и3U0' = 57,74 кВ. Из вышеуказанных данных следует, что для улучшенного трехфазного 4PT трансформатора напряжения, при одиночном фазном замыкании на землю, трехфазные напряжения совпадают с однофазной неисправностью в трехфазной четырехпроводной системе, а нулевое последовательное напряжение также возрастает до фазного напряжения.
Персонал мониторинга и эксплуатации может быстро определить, что в 10 кВ системе произошло одиночное фазное замыкание. В сочетании с устройством выборки линий малого тока, можно как можно скорее отключить соответствующую неисправную линию.
3 Заключение
В данной работе предложена схема соединения вторичных обмоток для трехфазного 4PT трансформатора напряжения, которая позволяет передавать дистанционные измерения трехфазных напряжений с такими же характеристиками, как при одиночном фазном замыкании в системе с изолированной нейтралью, в систему мониторинга. Это способствует более быстрому принятию решений персоналом мониторинга и эксплуатации, предотвращает дальнейшее ухудшение неисправности и обеспечивает безопасную и стабильную работу энергосистемы.
