Як вирішити питання визначення однофазної земельної аварії для 3-фазної 4PT в незаземлених системах

У системах з напругою 10 кВ та 35 кВ, що не мають заземлення, однофазні замикання на землю викликають мінімальні струми, тому захист рідко спрацьовує. Згідно з регламентом, час роботи обмежений до 2 годин; тривалі незвичайні випадки можуть погіршитися, навіть пошкоджуючи вимикачі. Хоча Державна мережа пропонує прилади для вибору лінії з малою струмою у підстанціях 110 кВ та 220 кВ, їхня точність залишається низькою, що вимагає аналізу віддалених вимірювань персоналом. Для систем без заземлення з трифазними 4PT перетворювачами напруги ця стаття аналізує однофазне замикання, щоб покращити користування віддаленими вимірюваннями для персоналу, пропонуючи рішення на основі досвіду.

1 Аналіз нормальної роботи та однофазних замикань на землю в системах без заземлення
1.1 Принцип роботи перетворювача напруги при нормальній роботі

Для трифазного 4PT перетворювача напруги шини 10 кВ (підключення: Рисунок 1), U_A, U_B, U_C(напруги фаза-земля), U_L (нульова послідовна напруга); U_Aa, U_Bb, U_Cc (напруги первинних обмоток фаз); U_a, U_b, U_c (напруги вторинних обмоток фаз), 3U₀ (нульова послідовна напруга). Всі коефіцієнти перетворення: (10 кВ/√3)/(57.74 В).

При нормальній роботі аналізуються первинні трифазні та нульові послідовні напруги, як показано в рівнянні (1). З рівняння (1) отримуємо вторинні напруги: U_a= 57.74 В, U_b = 57.74В, U_c = 57.74В, і 3U₀ = 0В, що відповідає вторинним напругам перетворювача напруги з трифазним відкритим трикутником.

1.2 Аналіз принципу роботи PT при однофазному замиканні на землю

При замиканні фази A на землю первинна частина перетворювача напруги може бути еквівалентно представлена, як показано на Рисунку 2. Серед них, первинні обмотки трифазного PT, опір нульової послідовної обмотки, а U_A', U_B', U_C', U_L' — це напруги фаза-земля трьох фаз і нульова послідовна напруга при замиканні фази A на землю, відповідно.

Згідно з теоремою суперпозиції, можна отримати

Згідно з характеристиками трифазного 4PT перетворювача напруги, опір нульової послідовної обмотки значно більший, ніж опір фазової обмотки. Тоді вище наведене формула може бути спрощена, як показано в Формулі (3).

При замиканні фази A на землю напруга фаза-земля фази A дорівнює 0, а напруги фаз B і C становлять 10 кВ. Використовуючи Формулу (3), можна отримати векторний діаграму при однофазному замиканні на землю, як показано на Рисунку 3.

Згідно з аналізом векторної діаграми на Рисунку 3, можна отримати Формулу (4). Серед них, U_Aa', U_Bb', і U_Cc' — це напруги первинних обмоток шини після замикання фази A на землю, відповідно.U_Aa'= U_A 10кВ/√3, U_Bb'= U_B 10кВ/√3, U_Cc' =U_C 10кВ/√3, U_L'=U_A = 10кВ √3. Переводячи на сторону вторинної обмотки після аварії, отримуємо U_a' = 57.74В, U_b' = 57.74В, U_c' = 57.74В, і 3U₀' = 57.74В.

З вищезазначеного аналізу, у системі без заземлення, при однофазному замиканні на землю, напруги трьох фаз ABC всі дорівнюють 57.74 В, що відповідає ситуації нормальної роботи. Лише нульова послідовна напруга підвищується до фазової напруги, що приносить велику плутанину для персоналу, що проводить моніторинг та технічне обслуговування. Дуже важко визначити, що це однофазне замикання на землю. Крім того, через надто малу аварійну струму захист не спрацьовує, що створює потенційні небезпеки для безпечного та стабільного функціонування електромережі.

2 Міри виправлення

Для вирішення проблеми, коли у перетворювачі напруги з трифазним 4PT підключенням при однофазному замиканні на землю завантажені віддалені вимірювання трьох фаз відповідають ситуації нормальної роботи, що приносить певну плутанину для персоналу, що проводить моніторинг та технічне обслуговування. У цій статті пропонується зберегти підключення первинної обмотки напруги трифазного 4PT перетворювача напруги без змін і змінити підключення вторинної обмотки, як показано на Рисунку 4.

На основі принципу, проаналізованого в розділі 1.2, можна отримати: U_A' = U_L' + U_Aa' = 0В, U_B' = U_L' + U_Bb' = 10кВ, U_C' = U_L' + U_Cc' = 10кВ. Тобто, вторинні напруги після аварії становлять U_A' = 0В, U_B' = 100 кВ, U_C' = 100кВ, і3U₀' = 57.74кВ. З аналізованих даних, для вдосконаленого трифазного 4PT перетворювача напруги, при однофазному замиканні на землю, напруги трьох фаз відповідають одиночному замиканню в системі з чотирма провідниками, а нульова послідовна напруга також підвищується до фазової напруги.

Персонал, що проводить моніторинг та технічне обслуговування, може швидко визначити, що в системі 10 кВ відбулося однофазне замикання на землю. Поєднуючи це з приладом для вибору лінії з малою струмою, можна якомога швидше вилучити відповідну аварійну лінію.

3 Висновок

Ця стаття пропонує метод підключення вторинної обмотки для трифазного 4PT перетворювача напруги, який може завантажувати віддалені вимірювання трьох фаз, що мають такі ж характеристики, як і при однофазному замиканні на землю в системі без заземлення, до системи моніторингу. Це сприяє швидкому прийняттю рішень персоналом, що проводить моніторинг та технічне обслуговування, запобігає погіршенню аварії та забезпечує безпечне та стабільне функціонування електромережі.