Подобряване на логиката за защита и инженерно приложение на заземящите трансформатори в системите за електропитане на железопътните мрежи

1. Конфигурация на системата и условия за работа
Главните трансформатори в главните подстанции на метрото в Чжунчан за конвенции и изложби и главната подстанция на градския стадион използват звезда/делта свързване с не-заземена нейтрална точка. От страна на 35 кВ шината се използва зигзагов трансформатор за заземяване, свързан с земята чрез ниско-стойностно съпротивление, и също така доставя електроенергия за нужди на подстанцията. При възникване на еднофазно земно короткоелектрическо замыкание в линията, се формира път през трансформатора за заземяване, съпротивлението за заземяване и заземляващата мрежа, пораждайки нулево последователно ток.

Това позволява високосензитивна, селективна нулева последователна защита в дефектната секция да функционира надеждно и незабавно да прекъсне съответните автоматични щепсели, като по този начин изолира дефекта и ограничава неговото влияние. Ако трансформаторът за заземяване бъде отстранен, системата става незаземена. В това състояние, еднофазно земно замыкание би представлявало сериозна заплаха за изолацията на системата и безопасността на оборудването. Следователно, при активиране на защитата на трансформатора за заземяване, не само самият трансформатор трябва да бъде прекъснат, но и съответният главен трансформатор също трябва да бъде взаимно прекъснат.

2. Ограничения на съществуващите защитни схеми
В електропитателните системи на главните подстанции за конвенции и изложби и главната подстанция на градския стадион в Чжунчан, съществуващата защита за трансформатора за заземяване на подстанцията включва само защита от претоварване. Когато дефект причини трансформатора за заземяване да бъде прекъснат и отстранен от служба, той прекъсва само собственото си апаратура без взаимно прекъсване на съответния входящ агрегат.

Това води до продължителна работа на засегнатата шина без точка на заземяване. При възникване на еднофазно земно замыкание в такива условия, може да възникне перенапрежение или защитната система може да не разпознае нулевия последователен ток, причинявайки защитата на нулевия последователен ток да работи неправилно или да не работи – потенциално увеличавайки инцидента и компрометирайки общата безопасност на електропитателната система.

Освен това, при автоматично прехвърляне (автоматично свързване) на шини, трансформаторът за заземяване на деенергираната шина не е взаимно прекъснат. Това може да причини двете шини да бъдат свързани чрез свързващия автоматичен щепсел, резултиращо в две точки на заземяване в системата. Такава ситуация с две точки на заземяване може да доведе до две сериозни проблема: (1) неправилно класифициране на нулевия последователен ток при земни дефекти, причинявайки отказ на защитата да работи или грешно прекъсване; и (2) циркулиращи токове, причинени от нулевия последователен ток, водещи до препрекомерно затопляне и повреда на изолацията.

Съществуващата логика на защитата има значителни ограничения. Традиционните защитни устройства само наблюдават състоянието на трансформатора за заземяване и не установяват взаимно свързваща логика с входящите агрегати или свързващия автоматичен щепсел – липсват необходими блокиращи/взаимно свързващи механизми.

3. Предложения за преодоляване на съществуващите ограничения на защитата

3.1 Предложени мерки за усъвершенстване

Добавете „Мека логика за взаимно прекъсване на трансформатора за заземяване на подстанцията“

• Условие за активиране: Автоматическият щепсел на трансформатора за заземяване на подстанцията се отваря. Ако системата използва заземяване с ниско съпротивление, изчезването на тока на съпротивлението за заземяване може да бъде добавено като допълнителен критерий.

• Дизайн на взаимно прекъсващата логика: Прекъснете входящия агрегат: Ако трансформаторът за заземяване на подстанцията е отстранен и няма друга точка на заземяване на шината, взаимно прекъснете входящия агрегат, за да принудите прехвърлянето на нагрузката към друга шина. Прекъснете свързващия автоматичен щепсел: Ако двете шини работят паралелно чрез свързващия автоматичен щепсел, взаимно прекъснете свързващия автоматичен щепсел, за да изолирате незаземената шина.

• Предложение за техническа реализация: Добавете защита от нулев последователен ток. При действие на претоварване или нулев последователен ток, защитното устройство трябва да прекъсне местния автоматичен щепсел и едновременно да изпрати команди за взаимно прекъсване към съответния входящ агрегат и свързващия автоматичен щепсел. Производителите на защитни устройства трябва да модифицират диаграмата на взаимно свързващата логика и да извършат софтуерни обновления въз основа на тази логика.

3.2 Усъвершенстване на защитата въз основа на нулево последователно напрежение

• Функция за блокиране/прекъсване при нулево последователно перенапрежение: Добавете защита от нулево последователно перенапрежение към защитната схема на шината като резервна, когато трансформаторът за заземяване на подстанцията е изключен. Ако нулевото последователно напрежение надхвърли зададената граница за по-дълго време от предварително зададената забава, автоматично прекъснете входящия агрегат или свързващия автоматичен щепсел.

• Свързване със състоянието на трансформатора за заземяване: Свържете функцията за защита от нулево последователно напрежение с сигнала за състоянието на трансформатора за заземяване на подстанцията:Когато трансформаторът за заземяване работи нормално, защитата от нулево последователно напрежение работи в режим на алармене.Когато трансформаторът за заземяване е изключен, защитата от нулево последователно напрежение преминава в режим на прекъсване.

• Забележки за реализация – мерки срещу грешни действия:Добавете забава, за да се избегнат грешни прекъсвания поради преходни нарушения.Използвайте критерии с логика „И“ (например, нулево последователно напрежение + изключен трансформатор за заземяване), за да се подобри надеждността.

3.3 Модификация на контролния контур (усъвершенстване на хардуера)

• Добавете жицеви взаимно свързващи контури между защитното устройство на трансформатора за заземяване на подстанцията и защитното устройство на входящия агрегат. Когато трансформаторът за заземяване прекъсне, сигналът за прекъсване от изходния терминал на защитното устройство → активира изходния терминал на защитното устройство на входящия агрегат → прекъсва входящия агрегат.

• По време на автоматично прехвърляне на шинна връзка, когато устройството за защита на шинната връзка изпраща сигнал за прекъсване на входния разпределител, то едновременно изпраща сигнал през своята интерфейсна изходна точка → към изходната точка на устройството за защита на трансформатора за заземяване на станцията → за прекъсване на прекъсвателя на трансформатора за заземяване.

3.4 Изпълнение на модернизацията на място
Както е показано в таблица 1, както опция 1, така и опция 2 изискват модификация и обновяване на устройствата за защита. Обачно Главната подстанция на Конгресен център и Главната подстанция на Градски стадион са стареещи подстанции, чието оборудване е далеч извън гаранционния период. Прилагането на опция 1 или опция 2 би изисквало от произвеждащият фирма на оригинален защитен апарат да извърши софтуерни обновления, което включва значителни човешки ресурси и финансови инвестиции. Поради това операторите са избрали опция 3 - прилагане на модификации на място чрез добавяне на жици за хардварен интерлок.

Когато трансформатор за заземяване се изключва поради повреда, е необходимо да се активира блокиращото изключване на входния автомат. При проверка беше установено, че резервните изходи 1, 2 и 3 не се използват. След завършване на операциите с влаковете техническият персонал подаде заявление към диспечера за разрешение за работа ("заявка за разрешение за работа"). Диспечерът извърши прехвърляне на натоварването според оперативните изисквания и одобри разрешението за работа, когато условията бяха подходящи за строителството.

За цепта за блокиращо изключване: резервният изход 2 (клеми 517/518) на плата 5# за сигнали на устройството за защита WCB-822C—нормално отворени контакти—беше свързан в серия в новодобавена жестка цеп за блокиране. Тази цеп беше насочена към нормално отворените клеми на изход 5 (клеми 13/14) на плата 4# за изход на устройството за защита WBH-818A за шинопроводния възел. След изходния сигнал от клемника, входният автомат се изключи. Жестката връзка беше инсталирана между шкафа на трансформатора за заземяване и шкафа на входния автомат, и интегрирана в жестката цеп за блокиране чрез физически връзково клемно. Включването или изключването на това жестко клемно определя дали функцията за блокиране е активна.

Точки за модификация за другата секция на шината са идентични с горните. По време на преоснастяването на двете секции, се използваха секционирани входни възли, за да се осигури непрекъснато доставяне на електроенергия към съответните обслуговани области, като по този начин се минимизира въздействието върху поддръжката на оборудването след операцията.

След завършване на модификациите, беше проведено тестуване на реле за защита, за да се потвърди функционалността на блокиращото изключване. След потвърждение, че всичко е нормално, системата беше поставена в употреба.

Относно блокиращото изключване на трансформатора за заземяване на станцията при деенергирана шина по време на автоматично прехвърляне на шината (BATS): при проверка бяха открити невъзползваните резервни изходи 3 до 7. След завършване на операциите с влаковете техническият персонал подаде заявление към диспечера за разрешение за работа. Диспечерът извърши прехвърляне на натоварването според оперативните нужди и одобри разрешението, когато условията за строителство бяха изпълнени.

За местното преоснастяване на трансформатора за заземяване на секция I: беше добавена нова жестка цеп. Резервният изход 3 (клеми 519/520) на плата 5# за сигнали на устройството за защита WBT-821C—нормално отворени контакти—беше свързан в серия в новата жестка цеп, която беше насочена към нормално отворените клеми на резервния изход 1 (клеми 514/515) на плата 5# за изход на устройството за защита WCB-822C в шкафа на трансформатора за заземяване на секция I. След изхода от клемника, автоматът на трансформатора за заземяване се изключи. Новата жестка цеп беше инсталирана на вторичните врати на шкафовете както на трансформатора за заземяване, така и на шинопроводния възел, и беше свързана в жестката цеп за блокиране чрез физически връзково клемно. Функцията за блокиране може да се активира или деактивира чрез включване или изключване на жесткото клемно.

За местното преоснастяване на трансформатора за заземяване на секция II: беше добавена нова жестка цеп. Резервният изход 4 (клеми 311/312) на плата 3# за разширение на устройството за защита WBT-821C—нормално отворени контакти—беше свързан в серия в новата жестка цеп, която беше насочена към нормално отворените клеми на резервния изход 1 (клеми 514/515) на плата 5# за изход на устройството за защита WCB-822C в шкафа на трансформатора за заземяване на секция II. След изхода от клемника, автоматът на трансформатора за заземяване се изключи. Новата жестка цеп беше инсталирана на вторичните врати на шкафовете както на трансформатора за заземяване, така и на шинопроводния възел, и беше свързана в жестката цеп за блокиране чрез физически връзково клемно. Функцията за блокиране може да се активира или деактивира чрез включване или изключване на жесткото клемно.

Модификацията на сигнала за блокиращо изключване на трансформатора за заземяване на деенергираната шина при стартиране на автоматичното прехвърляне на шината беше завършена по време на предходния процес на преоснастяване на единичната шина за съответната секция на шината.

4. Заключение

Като изкуствено въведен нейтрален пункт в електроенергийни системи с незаземен нейтрал, трансформаторът за заземяване играе ключова роля за осигуряване на безопасността и стабилната работа на системата. Описаният по-горе подобрения значително увеличават безопасността на системата, когато трансформаторът за заземяване е изключен от служба, като ефективно се избягват рискове от прекомерно напрежение и повреди на оборудването, причинени от работа без точка на заземяване. Преди фактическата имплементация, трябва да се извърши детайлна проверка, основавайки се на конкретни модели на оборудване и параметри на системата.