Põhjuste analüüs maandusvoolukaitsevigaste korral
Hiina elektrivõrgus kasutatakse tavaliselt 6 kV, 10 kV ja 35 kV võrkude puhul neutraalpunkti mittekuivitatud režiimi. Võrgu peamiste transformatorkeskuste jaotuspinge poolt on need tavaliselt kolmnurgakujulises konfiguratsioonis, mis ei anna neutraalpunkti kuivitusristsideks. Kui neutraalpunkti mittekuivitatud süsteemis esineb ühefaasi maapinnaheit, jääb faasisidemuutuja kolmnurk sümmeetriliseks, mis tekitab kasutajatele vähesel määral häireid. Lisaks, kui kondensaatorjärgne vool on suhteliselt väike (vähem kui 10 A), saavad mõned ajutised maapinnaheitmed ise laeneneda, mis on väga efektiivne elektriümbrikanduse kindluse parandamisel ja väljaspoololekute sündmuste vähendamisel.
Kuid elektritööstuse jätkuv laienemine ja areng tähendab, et see lihtne meetod enam tänapäeva nõudmistele ei vasta. Kaevetega juhtmete kasvava kasutamisega modernsetes linnaelektrivõrkudes on kondensaatorjärgne vool (ületades 10 A) oluliselt suurenenud. Sellistes tingimustes ei saa maapinnaheitmeid usaldusväärsesti laenenuda, mis viib järgnevate tagajärgedega:
Ühefaase maapinnaheitme perioodiline laenenemine ja taasalustumine toob kaasa arka-maapindade ülepinged, mille amplituud võib ulatuda kuni 4U (kus U on maksimaalne faasispinge) või isegi suurem, kestedes pikka aega. See ohustab elektriseadmete eraldusvõimet, võimaldades läbimurdumist nõrgematel eralduskohadel ja tekitades olulisi kahjuandeid.
Pikaajaline arkade ioniseerimine heidab halvasti mõju ümber asuva õhukihile, halvendades selle eraldusomadusi ja suurendades faasisidemete lühikeseid ühendusi.
Võivad esineda ferroresonantsed ülepinged, mis võivad kergesti kahjustada pingetransformatoreid ja ülepingevarjajaid – potentsiaalselt isegi põhjustada varjaja plahvatamist. Need tagajärjed ohustavad tõsiselt võrguseadmete eraldusintegriteti ja ohustavad kogu elektrivõrgu turvalist tööd.
Selliste sündmuste ennetamiseks ja piisava nulljärgse voolu ja pinge tagamiseks, et tagada maapinnaheitmekaitse usaldusväärne töö, tuleb looduda kunstlik neutraalpunkt, et saaks seadistada maapinnaheitmerists. Selle vajadusest tulenevalt arendati maapinnaheitmeristsid (tavaliselt nimetatud "maapinnaheitmeristsid" või "maapinnaheitmeetodid"). Maapinnaheitmerists loob kunstliku neutraalpunkti, kus maapinnaheitmerists on tavaliselt väga madal (tavaliselt vähem kui 5 ohmi).
Lisaks sellele, maapinnaheitmerists näitab oma elektromagnetiliste omaduste tõttu positiiv- ja negatiivjärgsetele vooludele kõrget impedantsi, lubades tema kierte kaudu voolata vaid väikest激励电流。在每个铁芯肢上，两个绕组段以相反方向缠绕。当这些绕组中有相等的零序电流流过时，它们表现出低阻抗，在零序条件下绕组上的电压降很小。
特别地，在发生接地故障时，绕组承载正序、负序和零序电流。它对正序和负序电流呈现高阻抗，但对零序电流呈现低阻抗。这是因为，在同一相中，两个绕组以相反极性串联连接；它们产生的感应电动势大小相等但方向相反，从而相互抵消，因此对零序电流呈现低阻抗。
在许多应用中，接地变压器仅用于提供带有小接地电阻的中性点，并不提供任何二次负载。因此，许多接地变压器设计时没有二次绕组。在正常电网运行期间，接地变压器基本上处于空载状态。然而，在发生故障时，它只在短时间内承载故障电流。在低电阻接地系统中，当10 kV侧发生单相接地故障时，高度敏感的零序保护会迅速识别并暂时隔离故障馈线。
接地变压器仅在故障发生到馈线零序保护动作之间的短暂间隔内激活。在此期间，零序电流通过中性点接地电阻和接地变压器流动，遵循公式：I_R = U / (R₁ + R₂)，其中U是系统相电压，R₁是中性点接地电阻，R₂是接地故障回路中的附加电阻。
基于上述分析，接地变压器的操作特性是：长期空载运行和故障期间短时过载。
总之，接地变压器通过人工创建一个中性点来连接接地电阻。在发生接地故障时，它对正序和负序电流呈现高阻抗，但对零序电流呈现低阻抗，从而确保接地故障保护的可靠运行。
目前，安装在变电站中的接地变压器主要有两个目的：
- 为变电站辅助用途提供低压交流电源；
- 在10 kV侧创建一个人工中性点，结合消弧线圈（彼得森线圈）补偿10 kV单相接地故障时的容性接地故障电流，从而熄灭故障点的电弧。其原理如下：
在整个三相电网的导线长度上，相间和每相与地之间都存在电容。当电网中性点未牢固接地时，单相接地故障时故障相的对地电容变为零，而其他两相的电压上升到正常相电压的√3倍。尽管这种增加的电压仍在绝缘设计限值内，但它增加了它们对地的电容。单相故障时的容性接地故障电流约为正常每相容性电流的三倍。当这个电流变得很大时，很容易维持间歇性电弧，激发电网感容电路的谐振振荡，产生高达相电压2.5-3倍的过电压。电网电压越高，这种过电压的风险越大。因此，只有60 kV以下的系统可以采用不接地中性点运行，因为它们的单相容性接地故障电流较小。对于更高电压的系统，必须使用接地变压器通过阻抗连接中性点。 Kui üks põhitransformatori pool (nt 10 kV pool) ühikuvälja on ühendatud kolmnurgas või kolm-nurksega ilma neutraalse joone taastamiseta ja ühefaasi kapatsitivne maanjoontäis on suur, ei ole saadaval neutraalset punkti maandamiseks. Sellistes juhtudetes kasutatakse maandustransformatort, et luua teoreetiline neutraalpunkt, mis võimaldab ühendust vooluvaikustuskeelaga. See teoreetiline neutraal võimaldab süsteemil kompenseerida kapatsitivset täist ja maandada maapunktid – see on maandustransformatori põhitegevus. Tavalisel tööl ajal kogeb maandustransformatoör tasakaalustatud kolme-faasi pinget ja kannatab ainult väikest järelemagnetiseerimistäisu, töötades peaaegu laetamata. Neutraal-pinnase potentsiaal erinevus on null (ignoreerides väikese neutraalpunkti nihkepinge vooluvaikustuskeela tõttu) ja keel kaudu ei voole täis. Kui näiteks C faas kannab maaviku, siis tekkinud null-järjekorra pingel (asümmeetria tõttu) voolub vooluvaikustuskeele kaudu maasse. Keel genereerib induktiivse täisu, mis kompenseerib kapatsitivset maapunktitäisu, lõpetades sellel viisil maapunktid – funktsionaalselt identne iseseisval vooluvaikustuskeelale. Viimastel aastatel on toimunud mitmeid maandustransformatori kaitse valetoiminguid 110 kV ühikutel mõnes piirkonnas, mis on tõsiselt mõjunud võrgu stabiilsusele. Põhjuste tuvastamiseks on läbi viidud analüüsid, rakendatud parandusmeetmeid ja jagatud õppimisi, et takistada uute sündmuste esinemist ja juhendada teisi piirkondi. Kuna 110 kV ühikute 10 kV võrkudes kasutatakse üha rohkem kaabeli-juhtmeid, on ühefaasi kapatsitivsed maatäisid tõusnud oluliselt. Maapunktidest tingitud ülepingete suuruste vähendamiseks on paljudes 110 kV ühikutel paigaldatud maandustransformatoreid, et implementeerida madala vastupanuga maandamine, luues null-järjekorra täisu tee. See võimaldab valikulist null-järjekorra kaitset, et isoleerida maapunkte nende asukoha järgi, takistades maapunktidest tingitud vaikustuse uuesti tekke ja tagades turvalise energiakindlustuse. Alates 2008. aastast on mõni piirkond oma 110 kV ühikute 10 kV süsteemides moderniseerinud madala vastupanuga maandamiseks, paigaldades maandustransformatoreid ja seotud kaitse-seadmeid. See võimaldab kiiresti isoleerida iga 10 kV juhtme maapunkti, vähendades võrgule avalduvat mõju. Kuid hiljuti on viie 110 kV ühikul selles piirkonnas toimunud mitmeid maandustransformatori kaitse valetoiminguid, mis on põhjustanud katkestusi ja ohustanud võrgu stabiilsust. Seega on oluline põhjuste tuvastamine ja lahenduste rakendamine. 1. Põhjuste analüüs maandustransformatori kaitse valetoimingute korral Kui 10 kV juhtmel toimub maapunkt, peaks 110 kV ühiku juhtme null-järjekorra kaitse esimesena reageerima, et isoleerida viga. Kui see ebaõnnestub, siis maandustransformatooriga seotud varakaitse lülitab välja bussiliidese ja põhitransformatooriga seotud lülitised, et sisaldada vigast. Seega on oluline, et 10 kV juhtme kaitse ja lülitised töötaksid korrektselt. Viie ühiku valetoimingute statistilises analüüsis on ilmnenud, et juhtme kaitse ebaõnnestumine on peamiselt põhjuseks. 10 kV juhtme null-järjekorra kaitse töötab järgmiselt: null-järjekorra CT proov – kaitse käivitub – lülitin lülitub välja. Olulised osad on null-järjekorra CT, kaitserelay ja lülitin. Analüüsi fookus on neil: 1.1 Null-järjekorra CT vead, mis põhjustavad valetoiminguid 1.2 Vale kaabeli kuvi maandamine, mis põhjustab valetoiminguid 1.3 Juhtme kaitse ebaõnnestumine, mis põhjustab valetoiminguid 1.4 Juhtme lülitja ebaõnnestumine, mis põhjustab valetoiminguid 1.5 Ühe või kahe juhtme kõrge impedantsiga maapunktid, mis põhjustavad valetoiminguid 2. Meetmed valetoimingute vältimiseks 2.1 CT veade lahendamine Kasutage kõrge kvaliteediga null-järjekorra CT-de; eemaldage >5% veaga üksused tööalustamisel; seadke kaitse kogumispunktid põhiväärtuste järgi; kontrollige seadeid põhiväärtuse injektsioonitestidega. 2.2 Kuvi maandamise parandamine Joonda šeitkaitsemaad küttejoone kaudu allapoole nulljärjestus-CT läbi ja eralda kabeledest; välti kokkupuutumist enne CT-d. Jäta välja nähtavate juhtmete otsad testimiseks; eralda ülejäänud. Kui šeitkaitsepunkt on CT-st alla, siis ära joonda see CT läbi. Välti šeitkaitsepunkti paigutamist CT akna sisse. Koolita relva- ja kabelliteenistuse töötajaid õigeks paigaldamiseks. Nõua ühiselt vastuvõtmisel relva-, operatsioonide- ja kabellimeeskondade inspekteerimist. 2.3 Väldi kaitsekeelu Kasuta tõestatult usaldusväärseid releid; asenda vananenud või vigased ühikud; tugehinda hooldust; installeeri jahutamise/ventileerimise, et vältida ülekuumaantumist. 2.4 Väldi lülitaja keelu Kasuta usaldusväärseid, kaasaegseid lülitajaid (nt veeret- või mootoriga varustatud tiivitud tüübid); austa vanu GG-1A kabinette; hoolda juhtimiskontureid; kasuta kõrgekvaliteedilisi lülituskülikuid. 2.5 Vähenda kõrge impedantsiga veapuhangute riske Tehke kiiresti uurimist ja eemaldage küttejooned, kui tekib maakontaktihaldus; vähendage küttejoonte pikkusi; tasakaalustage faasisaadused, et minimeerida normaalset kapatsiivset voolu. 3. Järeldus Kuigi maandusvoolukomplektid parandavad võrgustruktuuri ja stabiilsust, rõhutavad korduvalt esinevad eksitusoperatsioonid peidetud riske. See artikkel analüüsib olulisi põhjuseid ja pakub praktilisi lahendusi, et juhendada piirkondi, mis on installinud või plaanivad installida maandusvoolukomplektid. Zigzag (Z-tüüp) maandusvoolukomplektid 35 kV ja 66 kV jaotusvõrkudes on transformatori vitšid tavaliselt wye-yhenduses, millel on saadaval neutraalpunkt, mis elimineerib vajaduse maandusvoolukomplektide järele. Kuid 6 kV ja 10 kV võrkudes puudub delta-yhenduses olevatel transformatoritel neutraalpunkt, mis nõuab maandusvoolukomplekti, et luua selline – peamiselt plazmikindlate koilibusside ühendamiseks. Maandusvoolukomplektides kasutatakse zigzag (Z-tüüpi) vitšiyhendusi: iga fasi vitš jagatakse kahe tuumaliikme kohal. Kõikide vitšide poolt tekitatud nulljärjestuse magneetsed fluxid kompenseerivad teineteist, tulemuseks on väga madal nulljärjestuse impedants (tavaliselt <10 Ω), madalad tühihaamistega kaotsi minevad ja umbes 90%+ kasutatavast niminaalsel võimsuselt. Vastupidiselt tavaliste transformatoritega, mille nulljärjestuse impedants on palju kõrgem, piirab plazmikindlate koilibusside võimsus ≤20% transformatori määramisest. Seega on Z-tüüpid optimaalsed maandusvoolukomplektideks. Kui süsteemi ebavõrdne pingetase on suur, piisab tasakaalustatud Z-tüübilised vitšid mõõtmiseks. Madala ebavõrdsusega süsteemides (nt kogu kabelivõrk) on neutraalpunkt disainitud, et toota 30–70 V ebavõrdsust mõõtmiseks. Maandusvoolukomplektid võivad ka tarnida sekundaarseid laadimisi, mõnikord toimides staatsiooni tarbimisvoolukomplektidena. Sellistes juhtudetes võrdub päritolu määramine plazmikindlate koilibusside ja sekundaarse laadimise võimsuse summaga. Maandusvoolukomplekti peamine funktsioon on andmiseks maavoolu kompensatsioonivool. Joonis 1 ja Joonis 2 näitavad kahte levinumat Z-tüübilist maandusvoolukomplekti yhendust: ZNyn11 ja ZNyn1. Madala nulljärjestuse impedantsi põhimõte on järgmine: igal tuumaliikmel on kaks identset vitši, mis on ühendatud erinevate fasi-pingetega. Positiivsel või negatiivsel järjestuspingel moodustab iga liikme magnetiline jõud (MMF) kahel fasi MMF-de vektorlikku summat. Kolm liikme MMF-d on tasakaalus ja 120° erinevad, moodustades kinnise magnetilise tee madalas vastupanulisusega, suure fluxiga, suure indutseeritud voltaga ja seega kõrge magneetmise impedantsiga. Nulljärjestuse pingel tekitavad iga liikmel olevad kaks vitši võrdsed, kuid vastupidised MMF-id, tulemuseks on null netto MMF iga liikmel. Nulljärjestuse flux ei virta tuumas; see selle asemel sirvib tanki ja ümbruskonna kaudu, kohtudes kõrge vastupanuga. Seega on nulljärjestuse flux ja impedants väga madal.
Maapunkti korral tuvastab vigane juhtme null-järjekorra CT vigast täisu, käivitades kaitse. Samal ajal tuvastab ka maandustransformatooriga seotud null-järjekorra CT täisu. Valikulisuse tagamiseks on juhtme kaitse seaded (nt 60 A, 1,0 s) madalamad kui maandustransformatooriga seotud seaded (nt 75 A, 1,5 s bussiliidese lülitamiseks, 2,5 s põhitransformatooriga seotud lülitise lülitamiseks). Kuid CT vead (nt -10% maandustransformatooriga seotud CT, +10% juhtme CT) võivad tekitada tegelikud kogumispunktid peaaegu võrdsed (67,5 A vs. 66 A), sõltudes ainult aja viivitusest. See suurendab maandustransformatooriga seotud üleulatuse riski.
10 kV juhtmed kasutavad kuvisega kaabele, mille kuvid on maandatud mõlemal otsal – tavaline EMI vähendamise meetod. Null-järjekorra CT-d on tavaliselt toroidilised, paigaldatud kaabele ümberringi lülituselevoolu kohta. Maapunkti korral tekitab ebatasakaalustatud täis signaali CT-s. Kuid kui kuvid on maandatud mõlemal otsal, läbib ringkuvin täis ka CT-d, distorbeerides mõõtmist. Vastasel juhul, kui installatsioon pole korrektne (nt kuvi maandusliin läbib õigesti CT-d), võib juhtme kaitse ebaõnnestuda, põhjustades maandustransformatooriga seotud üleulatuse.
Kuigi mikroprotsessoripohised relayid pakuvad kõrget jõudlust, on toote kvaliteet erinev. Tavalised ebaõnnestumised hõlmavad võimu, proovi, CPU või väljalülituse mooduleid. Kui need jäävad avastamata, võivad nad põhjustada kaitse ebaõnnestumist, mis viib maandustransformatooriga seotud üleulatuse.
Vanenud, sagedased operatsioonid või madalate kvaliteediga lülitjad (eriti vanemad GG-1A tüübid maapiirkondades) suurendavad ebaõnnestumiste arvu. Juhtimiskiiruse vead – eriti põletunud väljalülituskeelud – takistavad lülitja tööd, isegi kui kaitse käskib selle väljalülitamist, sundides maandustransformatooriga seotud varakaitset tegutsema.
Kui kaks juhtmet kannavad samal faasil samaaegselt kõrge impedantsiga maapunkte, võivad individuaalsed null-järjekorra täisid (nt 40 A ja 50 A) jääda alla juhtme kogumispunktidele (60 A), kuid nende summa (90 A) ületab maandustransformatooriga seotud seadet (75 A), põhjustades üleulatuse. Isegi üks tõsine kõrge impedantsiga maapunkt (nt 58 A) koos tavalise kapatsitivse täisega (nt 12–15 A) võib läheneda 75 A-le. Sellel hetkel võivad süsteemi segadused põhjustada valetoimingut.
