Anailís ar Chúrsaí a d’fhéadfadh a bheith mar gheall ar Mhíchleacht Cosanta an Troistéara Grunda

Sa chuid an tionscal comhsholt in China, gnáthmheas ar mhóiní 6 kV, 10 kV, agus 35 kV ná modh oibriú gan pinn neodrach. Tá an taobh díolacháin de phríomhtranaformaithe sa mhóin ginearálta ceangailte i gcomharra trítheolaíoch, nach bhfuil pinne neodrach ann le haghaidh ceangal riodlai gréine. Nuair a tharlaíonn déifect gréine shingil-phhaistin i gcóras gan pinn neodrach, fanann triantán voltag idir línte cothrom, ag cruthú meascán uafásach íogair do oibriú úsáideoirí. Mar sin féin, nuair atá an curnam caibeachtaí beag (níos lú ná 10 A), is féidir roinnt déifecteanna tréimhseach gréine a mheathadh go sóna, rud a bhíonn an-tábhachtach chun dearbhchuidiúcháin soláthar cumhachta a fheabhsú agus a laghdú ar imeachtaí éagsúla.

Cé go bhfuil, mar gheall ar fhorbairt leanúnach agus forbairt na dtionscal cumhachta, níl an modh simplí seo níos mó inmhíniúil do riachtanais reatha. I mhnáthaí cumhachta cathracha nua-aimseartha, tá úsáid níos mó ag tarlú ar chiorcail cabhlacha, ag cruthú curnama caibeachtaí níos airde (os cionn 10 A). Faoin gcóndae seo, ní féidir an t-arc gréine a mheathadh go rialta, ag cruthú na héifeachtaí seo a leanas:

• Is féidir leis an arc gréine singil-phhaistin a mheathadh agus a athdhúnmhíniú, a chur ar aghaidh overvoltages gréine-arc le réimsí amach go dtí 4U (cá U is an voltag phhaistin) nó níos airde, ag leanúint ar feadh tréimhsí fada. Is gealltanas suntasach é seo don insuláid eacnamaíochtaí leictreach, ag cruthú brú ar bhuailteacha insuláide anaithnid agus ag cruthú tuilleadh substaintiúil.

• Cruthaíonn an t-arc tréimhseach ionú a thart, ag cur isteach ar a cháilíocht insuláide agus ag ardú an dóchas a bheith ag déifecteanna singil-phhaistin.

• D'fhéadfadh overvoltages ferroresonant a tharlaí, ag damáiste a dhéanamh ar transfoirmaithe voltag agus ar cosantóirí surge—fiú ag cruthú spréachadáin cosantóirí. D'fhéadfadh na nádúir seo a bheith an-bheagnach don insuláid slánachta eacnamaíochtaí mhóin agus a chur i ngéarchéim oibriú slánachta an tionscadail cumhachta iomlán.

Chun a chosc ar imeachtaí mar seo agus chun currachta zero-sequence agus voltag leorach a thabhairt chun cinn chun a chinntiú go bhfuil cosaint déifecteanna gréine oiriúnach, ní mór pinn neodrach artificiúil a chruthú chun go mbeidh sé féile le haghaidh riodlai gréine a cheangal. Thug an ghearrthoisc seo dúshlán do fhorbairt transfoirmaithe gréine (go forleathan a ainmníodh "transfoirmaithe gréine" nó "uinte gréine"). Cruthaíonn an t-transfoirmaithe gréine pinn neodrach artificiúil le riodlai gréine, go minic le tiomchair an-ríomhaireach (go minic níos lú ná 5 ohma).

I ndiaidh sin, mar gheall ar a chuid carachtarachtaí leictromaignéadacha, tá an t-transfoirmaithe gréine a chur os comhair currachta positive- agus negative-sequence tiomchair ard, ag ceadú currachta excitation beag amháin a thiteann tríd a chuid windings. Ar gach snám snám, tá dhá cuid windings cuardaítear in ábhair contrártha. Nuair a théann currachta zero-sequence cothrom trí na windings seo, taispeántar tiomchair íseal, ag cruthú laghad laghad voltag tríd na windings faoi chóndae zero-sequence.

Go sonrach, le linn déifecteanna gréine, téann an t-snám positive-, negative-, agus zero-sequence currachta. Taispeántar tiomchair ard aige don positive- agus negative-sequence currachta ach tiomchair íseal don zero-sequence currachta. Is é an fáth, i rith an tsama phhaistin, tá an dá snám cuardaítear in seicheamh series le polaireacht contrártha; a chuid electromotive forces cothrom i míréad ach contrártha i dreic, ag cruthú tiomchair íseal don zero-sequence currachta.

In iomaí úsáid, úsáidtear transfoirmaithe gréine amháin chun pinn neodrach a sholáthar le riodlai gréine beag agus ní sholáthraíonn siad aon locht seiceas. Mar sin, forbrítear go leor transfoirmaithe gréine gan snám seiceas. Le linn oibriú normal an mhóin, oibríonn an t-transfoirmaithe gréine go bunúsach in stát gan locht. Ach le linn déifecteanna, téann sé currachta déifecteanna ar feadh tréimhse ghearr. In gcórais gréine tiomchair íseal, nuair a tharlaíonn déifect gréine singil-phhaistin ar an taobh 10 kV, aitheanta go tapa agus a chosaint zero-sequence an locht feeder.

Tá an t-transfoirmaithe gréine gníomhach amháin le linn an tréimhse ghearr idir tharlaíocht an déifect agus an obair cosantóir zero-sequence an locht. Le linn an ama seo, téann currachta zero-sequence trí riodlai gréine neodrach agus an t-transfoirmaithe gréine, ag leanúint an fhoirmle: I_R = U / (R₁ + R₂), cá U is an voltag phhaistin, R₁ is an riodlai gréine neodrach, agus R₂ is an tiomchair breise sa chiorcal déifect gréine.

Ar an mbonn anailísis seo, is iad na carachtarachtaí oibriúcháin an transfoirmaithe gréine: oibriú gan locht fadúil agus locht ghearrthéarma le linn déifecteanna.

De réir sin, cruthaíonn an t-transfoirmaithe gréine pinn neodrach artificiúil chun riodlai gréine a cheangal. Le linn déifect gréine, taispeántar tiomchair ard aige don positive- agus negative-sequence currachta ach tiomchair íseal don zero-sequence currachta, chun a chinntiú go bhfuil oibriúcháin cosanta déifecteanna gréine oiriúnach.

Faoi láthair, tá dhá príomhaidhm ag transfoirmaithe gréine a chuirtear i mbunstáisiúin:

• Soláthar acmhainne AC íseal-voltag don úsáid cúnta bunstáisiún;

• Cruthú pinn neodrach artificiúil ar an taobh 10 kV, a chomhbhaint le coil smachtú arc (coil Petersen), chun an currachta déifect gréine caibeachtaí a chompinsáil le linn déifecteanna gréine singil-phhaistin 10 kV, chun an t-arc a mheathadh ag an bpunct déifect. Is é an príncip:

Trí mhinic an tionscal cumhachta trí-phhaistin, tá capacitance ann idir na phhaistín agus idir gach phhaistin agus an talamh. Nuair atá an pinn neodrach an mhóin gan a chur go cruinn go dtí an talamh, tar éis déifect gréine singil-phhaistin, teipíonn an capacitance go dtí an talamh den phhaistin déifect, agus éiríonn voltag na dha phhaistin eile go dtí √3 uaire an voltag phhaistin gnách. Cé go bhfanann an voltag ard seo laistigh de réimsí dearbha insuláide, éiríonn a capacitance go dtí an talamh. Tá an currachta déifect gréine caibeachtaí le linn déifecteanna singil-phhaistin thart ar trí uaire an currachta caibeachtaí phhaistin gnách. Nuair a tharlaíonn an currachta seo níos mó, is féidir leis an t-arc tréimhseach a choimeád, ag cruthú oscillations resonant sa chiorcal inductance-capacitance an mhóin agus ag cruthú overvoltages go dtí 2.5–3 uaire an voltag phhaistin. Is minicí an gealltanas ó overvoltages seo, an airde an voltag an mhóin. Mar sin, is féidir le córais amháin faoi 60 kV oibriú gan pinn neodrach, mar atá a currachtaí déifect gréine singil-phhaistin caibeachtaí beaga. Do chórais airde voltag níos airde, ní mian le transfoirmaithe gréine a úsáid chun an pinn neodrach a cheangal trí tiomchair.

Nuair a bhíonn taobh amháin den mhórtranafoir stiúir (mar shampla, an taobh 10 kV) cionta i dtriathán nó i wye gan pointe neodrach bainte amach, agus nuair a bhíonn an currach singil-phhasaigh ar an talamh mór, níl pointe neodrach ar fáil le haghaidh gréasáin. I gcásanna mar sin, úsáidtear tranafoir ghréasáin chun pointe neodrach réadúil a chruthú, ag cuir go mianach coiscín arc a chur in oiriún. Cuirtear isteach an pointe neodrach réadúil seo chun an córas a chumasú chun an currach capacitif a chomhbhailiú agus arcs gréasáin a scrios—sin é an ról bunúsach an tranafoir ghréasáin.

Le linn oibriúcháin ghinearálta, bíonn an tranafoir ghréasáin ag díol sprioc-volt trífheas uafásach agus taobh amháin beag de churrach taiscéalaíochta, ag obair go haonair go léir. Is nialas (gan smacht ar an volt neodrach eile ón gcoiscín arc) an difríocht idir an pointe neodrach agus an talamh, agus ní thiteann aon churrach trí an coil. Má tharla, mar shampla, teifríocht gréasáin ar an feas C, fuireann an volt zero-sequence (a bhfuil a dhéanamh as an díshuaimhneacht) trí an coil coiscín arc chuig an dtalamh. Gineann an coil currach indiúctach a chomhbhaileann an currach capacitif teifríochta, ag tarraingt an arc—agus tá sé ina cheart le coil coiscín arc aonair.

I mblianta oibre, tharla roinnt míoibríochtaí cosanta tranafoir ghréasáin i stiúir 110 kV i réigiún áirithe, ag cur go mór ar stiúrthacht na gréasána. Chun an fíric a aimsiú, rinneadh anailís, cuireadh bearta ceartaithe i bhfeidhm, agus roinnt taithí a roinnt chun dochar a sheachaint agus treoracha a thabhairt don réigiún eile.

Mar gheall ar an úsáid forleathan cabhlach feeders i 110 kV stiúir 10 kV networks, d'ardú singil-phhasaigh capacitif ground currents go mór. Chun overvoltage magnitudes a chosc le linn teifríochta gréasáin, cuireann go leor 110 kV stiúir tranafoir ghréasáin ina ionad chun low-resistance grounding a chur i bhfeidhm, ag bunú zero-sequence current path. Seo a dhéanann selective zero-sequence protection a chumasú chun teifríochta gréasáin a shéideadh bunaithe ar suíomh, ag cosc ar ath-dhuaiseanna arcs agus ag cruthú supply safe power.

Ó 2008, d'éirigh réigiún áirithe a 110 kV stiúir 10 kV systems chun low-resistance grounding trí tranafoir ghréasáin agus devices cosanta comhcheangailte a chur isteach. Seo a dhéanann sé a chumasú chun teifríochta feeder 10 kV a shéideadh go tapa, ag éigrí an tionchar ar an grid. Ach, le déanaí, bhí cúig 110 kV stiúir sa réigiún tar éis míoibríochtaí atá iarrtha ar cosaint tranafoir ghréasáin, ag cruthú outages agus ag féachaint ar stiúrthacht na gréasána. Mar sin, is tábhachtach aon fíric a aimsiú agus bearta a chur i bhfeidhm.

1. Anailís ar chúrsaí a chuir i míshástacht cosaint tranafoir ghréasáin

Nuair a tharla teifríocht gréasáin ar an feeder 10 kV, ba chóir go mbeadh an cosaint zero-sequence ar an feeder ag an stiúir 110 kV ag obair chun an teifríocht a shéideadh. Má theip air, triopann an tranafoir ghréasáin backup zero-sequence cosaint bus tie agus main transformer breakers chun an teifríocht a chosc. Mar sin, is criticiúil an obair chruinn cosanta 10 kV feeder agus breakers. Anailís ar an tstatistic míoibríochta i cúig stiúir léiríonn go bhfuil theip cosanta feeder an príomhchúrsa.

Cosaint zero-sequence 10 kV feeder oibríonn mar thoradh: zero-sequence CT samples → cosaint tosaíonn → breaker trips. Is iad na comhpháirte príomha zero-sequence CT, relay cosanta, agus breaker. Anailís ar an tsoicind seo:

1.1 CT errors causing misoperation
Le linn teifríochta gréasáin, faightear an currach teifríochta trí an zero-sequence CT ar an feeder teifríochta, ag triopann a chosaint. Ar an am céanna, faightear an currach trí an zero-sequence CT ar an tranafoir ghréasáin freisin. Chun a chinntiú selectivity, is íos cosaint settings (mar shampla, 60 A, 1.0 s) ná settings tranafoir ghréasáin (mar shampla, 75 A, 1.5 s to trip bus tie, 2.5 s to trip main transformer). Ach, is féidir CT errors (mar shampla, -10% for grounding transformer CT, +10% for feeder CT) a dhéanamh pickup currents níos cothroime (67.5 A vs. 66 A), ag brath ar aistear am. Seo a ardú an risk of grounding transformer overreach.

1.2 Incorrect cable shield grounding causing misoperation
Úsáideann 10 kV feeders cabhlach shielded le shields grounded at both ends—a common EMI mitigation practice. Zero-sequence CTs are typically toroidal, installed around the cable at the switchgear outlet. During a ground fault, unbalanced current induces a signal in the CT. However, if the shield is grounded at both ends, circulating shield currents also pass through the CT, distorting measurement. Without proper installation (e.g., shield ground wire passing correctly through the CT), feeder protection may fail, causing grounding transformer overreach.

1.3 Feeder protection failure causing misoperation
Although microprocessor-based relays offer high performance, product quality varies. Common failures involve power, sampling, CPU, or trip output modules. If undetected, these can cause protection refusal, leading to grounding transformer misoperation.

1.4 Feeder breaker failure causing misoperation
Aging, frequent operations, or poor-quality breakers (especially older GG-1A types in rural areas) increase failure rates. Control circuit faults—particularly burnt trip coils—prevent breaker operation even when protection commands a trip, forcing grounding transformer backup to act.

1.5 High-impedance ground faults on one or two feeders causing misoperation
If two feeders experience simultaneous high-impedance ground faults on the same phase, individual zero-sequence currents (e.g., 40 A and 50 A) may stay below the feeder pickup (60 A), but their sum (90 A) exceeds the grounding transformer setting (75 A), causing overreach. Even a single severe high-impedance fault (e.g., 58 A) combined with normal capacitive current (e.g., 12–15 A) can approach 75 A. System disturbances may then trigger misoperation.

2. Countermeasures to Prevent Misoperation

2.1 Address CT errors

Use high-quality zero-sequence CTs; reject units with >5% error during commissioning; set protection thresholds based on primary values; verify settings via primary injection testing.

2.2 Correct cable shield grounding

• Seol cábail scíthre aisti trí CT uaireadóireachta nialas agus cosanta ón gcártaí cablacha; déan do dhéanamh gur chóir gan teagmháil roimh an CT.

• Fág deirfiúr chonnduictóra leathchosc le haghaidh tástála; cosaint an chuid eile.

• Má tá an pointe talún scíthre faoi theacht an CT, ná seol é trí an CT. Seo sin, ná díriú an pointe talún laistiar na fuinseoga CT.

• Oiliúnaíonn comhphobal oibre agus foirne cablacha ar fhoirithint bheatha.

• Feidhmiú inbhinsiúcháin cothrom le dáitear, gníomhaíochta, agus foirne cablacha.

2.3 Cosain iarracht córas scíthre

Úsáid relais bhreise, ionsaithe; athsholáthar aonad aontaithe nó míchruinn; forbróigh meaitseáil; socrú hólthach/ventilation chun teocht a chosaint.

2.4 Cosain iarracht briseoir

Úsáid briseoir bhreise, nua-aimseartha (mar shampla, spriong- nó motair-lucht sealda); éiríg as ardmhairte GG-1A; meaitseáil circuit rialú; úsáid coil trip árdchaighdeán.

2.5 Laghdú ar risgeanna fault ímpead ard

Lorg agus glan feeders go tapa nuair a tharla alárm talún; laghdú ar fhadt feeders; cothromú carraig phéis chun cur isteach capacitive normálta a laghdú.

3. Deireadh

Cé go mbíonn transformaithe talún ag feabhsú struchtúr gréasáin agus stiúir, léiríonn misoperations atá tar éis teacht ar ais na príomhchúrsaí. An t-alt seo anailísíonn príomhchúrsaí agus molann réitíochtaí práctacha chun treorú réigiún a chuir isteach - nó a bheidh ag cur isteach - transformaithe talún.

Transformaithe Talún Zigzag (Z-Type)

I réseáin roinnt 35 kV agus 66 kV, transformaithe windings is minic a bhíonn wye-connected le pointe neamhchosanta ar fáil, a dhéanann gan mhaith transformaithe talún. Ach, i réseáin 6 kV agus 10 kV, transformaithe delta-connected gan pointe neamhchosanta, ag cruthú go bhfuil transformaithe talún chun a sholáthar ceann - go príomha chun beartas arc suppression coils.

Úsáideann transformaithe talún nasc zigzag (Z-type) windings: gach phase winding is scite ar dhá core limbs. Zero-sequence magnetic fluxes ón dá windings a chur ar a chéile, ag réiteach go bhfuil zero-sequence impedance (go hidir <10 Ω), íos no-load losses, agus úsáid os cionn 90% de rátáil réamhshocraithe. Sa choimeád, transformaithe traidisiúnta a bhfuil go leor airde zero-sequence impedance, a chur isteach ar coil capacity ≤20% de rátáil transformaithe. Mar sin, Z-type transformaithe is fearr don úsáid talún.

Nuair is mó system unbalance voltage, Z-type windings cothrom i leith tomhas. I réseáin íos-unbalance (mar shampla, all-cable networks), an pointe neamhchosanta a dearbhaíonn 30–70 V unbalance voltage do riachtanais tomhas.

Is féidir le transformaithe talún freisin soláthar tuairisciúil loads, ag obair mar station service transformaithe. In a chás, an rátáil réamhshocraithe cothrom le suim de coil capacity agus tuairisciúil load capacity.

An príomhfhéidearthacht de transformaithe talún is a chur amach ground-fault compensation current.

Figiúr 1 agus Figiúr 2 taispeántas dhá chonradh transformaithe talún Z-type coitianta: ZNyn11 agus ZNyn1. An prionsabal taobh thiar de íos zero-sequence impedance mar seo: gach core limb a bhfuil dhá chéad windings nasc le difríochtaí phase voltages. Faoin positive- nó negative-sequence voltage, an magnetomotive force (MMF) ar gach limb is an vector sum de dhá phase MMFs. Na trí limb MMFs is cothrom agus 120° ar éigean, ag cruthú magnetic path dúnta le íos reluctance, high flux, high induced voltage, agus mar sin high magnetizing impedance.

Faoin zero-sequence voltage, an dá windings ar gach limb a chur chun cinn cothrom ach contrártha MMFs, ag réiteach go bhfuil zero net MMF gach limb. Gan zero-sequence flux ag teacht sa gcúl; instead, it circulates through the tank and surrounding medium, encountering high reluctance. Consequently, zero-sequence flux and impedance are very low.