Forbedring af beskyttelseslogik og teknisk anvendelse af jordtransformatorer i strømforsyningssystemer til kollektivtransport

1. Systemkonfiguration og driftsbetingelser
Hovedtransformatorerne ved Zhengzhou Rail Transports hovedanlæg i Konference- og Udstillingscenteret og Hovedstadionet anvender en stjernedelta-vindingforbindelse med en ikke-jordet neutralpunkt driftsform. På 35 kV bus siden bruges en Zigzag jordetransformator, som er forbundet til jorden gennem en lavværdi resistor, og leverer også stationsservicebelastninger. Når der opstår en enefasede jordfejl på en linje, dannes der et spor gennem jordetransformator, jorderesistor og jordnet, hvilket genererer nulsekvensstrøm. 

Dette gør det muligt for høj-sensitiv, selektiv nulsekvensbeskyttelse inden for den fejlramte sektion at fungere pålideligt og umiddelbart trippe de relevante kredsløbsbrydere, hvilket isolerer fejlen og begrænser dens virkning. Hvis jordetransformator er afkoblet, bliver systemet et ikke-jordet system. I denne tilstand vil en enefasede jordfejl alvorligt truede systemisolering og udstyrssikkerhed. Derfor, når jordetransformatorbeskyttelsen aktiveres, skal ikke kun jordetransformatoren selv trippes, men også den tilhørende hovedtransformator må interlockes og trippes.

2. Begrænsninger i eksisterende beskyttelsessystemer
I forsyningssystemerne for hovedanlæggene i Konference- og Udstillingscenteret og Hovedstadionet hos Zhengzhou Rail Transit inkluderer den eksisterende beskyttelse for jordestationstransformator kun overstrømsbeskyttelse. Når en fejl forårsager, at jordetransformator tripper og bliver taget ud af drift, tripper den kun sin egen skabningsudstyr uden at interlocke og trippe den relevante indkomstforsyning bryder. 

Dette resulterer i, at den berørte bussektion opererer i en lang periode uden et jordpunkt. Under sådanne forhold kan en enefasede jordfejl føre til overspænding eller at beskyttelsessystemet ikke registrerer nulsekvensstrøm, hvilket kan føre til, at nulsekvensbeskyttelsen mislykkes eller ikke fungerer—potentielt eskalere hændelsen og kompromittere den samlede strømforsynings sikkerhed.

Yderligere, under automatiske overførsler (bus tie auto-switching) operationer, interlockes jordestationstransformator på den afslukkede bussektion ikke til at trippe. Dette kan føre til, at begge bussektioner bliver forbundet via bus tie bryder, hvilket resulterer i en to-punkts jordforbindelse inden for systemet. En sådan to-punkts jordforbindelse kan føre til to alvorlige problemer: (1) forkert klassificering af nulsekvensstrøm under jordfejl, hvilket kan føre til, at beskyttelsen mislykkes eller falsk tripper; og (2) cirkulerende strømme induceret af nulsekvensstrøm, hvilket kan føre til udstyrsoverophedning og isoleringsbeskadigelse.

Den nuværende beskyttelseslogik har betydelige begrænsninger. Konventionelle beskyttelsesenheder overvåger kun driftsstatus for jordetransformator og etablerer ikke interlockelogik med indkomstforsyning brydere eller bus tie bryder—uden nødvendige blokering/interlock mekanismer.

3. Anbefalinger for at forbedre eksisterende beskyttelsesbegrænsninger

3.1 Forslagne forbedringsforanstaltninger

Tilføj "Jordestationstransformator Trip Interlock" Soft Logic

• Udløsningsbetingelse:Bryderen for jordestationstransformator åbnes.Hvis systemet anvender lav-resistans jord, kan forsvinden af jorderesistor strøm tilføjes som et yderligere kriterium.

• Interlock Trip Logik Design:Trip indkomstforsyning bryder: Hvis jordestationstransformator fjernes og ingen anden jordepunkt findes på bussektionen, interlock-trip indkomstforsyning bryder for at tvinge belastningsoverførsel til en anden bus.Trip bus tie bryder: Hvis begge bussektioner opererer parallelt via bus tie bryder, interlock-trip bus tie bryder for at isolere den ikke-jordede bussektion.

• Teknisk Implementeringsanbefaling:Tilføj nulsekvensstrøm beskyttelse. Ved overstrøm eller nulsekvensstrøm operation, skal beskyttelsesenhet trippe dens lokale bryder og samtidig sende interlock-trip kommandoer til den relevante indkomstforsyning bryder og bus tie bryder. Beskyttelsesenhed producenter bør ændre interlock logikdiagrammet i overensstemmelse hermed og udføre softwareopgraderinger baseret på denne logik.

3.2 Beskyttelsesopgradering baseret på nulsekvensspænding

• Nulsekvensoverspændingsblokering/trippelfunktion:Tilføj nulsekvensoverspændingsbeskyttelse til busbeskyttelseskemaet som reserve, når jordestationstransformator er ude af drift. Hvis nulsekvensspænding overstiger den indstillede terskel i mere end den forudindstillede tid, trip automatisk indkomstforsyning eller bus tie bryder.

• Koordinering med jordetransformatorstatus:Forbind nulsekvensspændingsbeskyttelsesfunktionen med driftsstatussignalet for jordestationstransformator:Når jordetransformator fungerer normalt, opererer nulsekvensspændingsbeskyttelse i alarmtilstand.Når jordetransformator er ude af drift, skifter nulsekvensspændingsbeskyttelse til trip tilstand.

• Implementeringsnoter – Anti-misoperation foranstaltninger:Tilføj forsinkelse for at undgå falsk trip på grund af kortvarige forstyrrelser.Brug "OG" logikkriterier (f.eks. nulsekvensspænding + jordetransformator slukket-status) for at forbedre pålidelighed.

3.3 Kontrolkredsløbsmodifikation (Hardware-forbedring)

• Tilføj hardtrådte interlock kredsløb mellem jordestationstransformatorbeskyttelsesenheten og indkomstforsyning bryderbeskyttelsesenheten. Når jordetransformator tripper, trip signal fra dens beskyttelsesenheds output terminal → aktiverer indkomstforsyning beskyttelsesenheds output terminal → tripper indkomstforsyning bryder.

• Under bus tie auto-transfer operation, when the bus tie protection device sends a signal to trip the incoming feeder breaker, it simultaneously sends a signal via its interlock output terminal → to the grounding station service transformer switch protection device’s output terminal → to trip the grounding transformer breaker.

3.4 Implementering af ombygning på stedet
Som vist i tabel 1, kræver både alternativ 1 og alternativ 2 ændring og opgradering af beskyttelsesenhederne. Imidlertid er Center for Konventioner & Udstillinger Hovedunderstation og Kommunale Stadion Hovedunderstation ældre understationer, hvis udstyr langt overstiger garantiperioden. At implementere alternativ 1 eller alternativ 2 ville kræve, at den originale producent af beskyttelsesenheder udførte softwareopgraderinger, hvilket involverer en betydelig mængde arbejdskraft og finansielle investeringer. Derfor har driftspersonalet valgt alternativ 3 - gennemførelse af modificeringer på stedet ved tilføjelse af hårdkoblede låsesirkuits.

Når jordtransformator er udløst på grund af en fejl, skal det være nødvendigt at udløse strømforsyningsbryderen i serie. Under inspektion blev det opdaget, at reserveudgange 1, 2 og 3 ikke blev brugt. Efter slutningen af togdrift ansøgte vedligeholdelsespersonale hos udstyrsskriver om et arbejdsbevis ("anmodning om arbejdsgodkendelse"). Skriveren foretog lastoverførsel ifølge driftsbehov og godkendte arbejdsbeviset, når forholdene var egnet til konstruktion.

For seriel udløsningskredsløbet: reserveudgang 2 (terminaler 517/518) på 5# signalplug-in kortet i beskyttelsesenheden WCB-822C - normalt åbne kontakter - blev koblet i serie ind i et nyt hard-wired seriel udløsningskredsløb. Dette kredsløb blev derefter ført til de normalt åbne terminaler af udgang 5 (terminaler 13/14) på 4# udgangsplug-in kortet i beskyttelsesenheden WBH-818A for strømforsyningsbryderarmaturen. Efter udgangssignal fra terminalblokken, udløste strømforsyningsbryderen. Hard-wiring blev installeret mellem jordtransformatorbryderarmaturen og strømforsyningsbryderarmaturen, og integreret i hard-wired blokeringskredsløbet via en fysisk trykkontaktlink. Ved at engagere eller disengagere denne hårde trykkontakt bestemmes, om blokeringsfunktionen er aktiv.

Ændringspunkterne for den anden bussektion er identiske med ovenstående. Under ombygningen af begge bussektioner blev sektionerede strømforsyninger anvendt for at sikre uafbrudt strømforsyning til de relevante serviceområder, hvilket minimerede indvirkningen på post-operationelt udstyr vedligeholdelse.

Efter gennemførelsen af ændringerne blev beskyttelsesrelætest gennemført for at verificere seriel udløsningsfunktionen. Når dette er bekræftet som normalt, sættes systemet direkte i drift.

Angående serielle udløsning af jordstationstransformator på deenergiseret bus under busforbindelse automatisk overførsel (BATS) drift: under inspektion blev det opdaget, at reserveudgange 3 gennem 7 ikke blev brugt. Efter slutningen af togdrift ansøgte vedligeholdelsespersonale hos udstyrsskriver om et arbejdsbevis. Skriveren udførte lastskiftning ifølge driftsbehov og gav tilladelse, når konstruktionsforhold var opfyldt.

For stedlige ombygning af jordstationstransformator på bussektion I: blev et nyt hard-wired kredsløb tilføjet. Reserveudgang 3 (terminaler 519/520) på 5# signalplug-in kortet i beskyttelsesenheden WBT-821C - normalt åbne kontakter - blev koblet i serie ind i det nye hard-wired kredsløb, som derefter føres til de normalt åbne terminaler af reserveudgang 1 (terminaler 514/515) på 5# udgangsplug-in kortet i jordstationstransformatorbryderarmaturen for bussektion I. Efter terminaludgang, udløste jordtransformatorbryderen. Det nye hard-wired kredsløb blev installeret på sekundære skab døre af både jordtransformatorbryderarmaturen og busforbindelsebryderarmaturen, og forbundet ind i hard-wired blokeringskredsløbet via en fysisk trykkontaktlink. Blokeringsfunktionen kan aktiveres eller deaktiveres ved at engagere eller disengagere den hårde trykkontakt.

For stedlige ombygning af jordstationstransformator på bussektion II: blev et nyt hard-wired kredsløb tilføjet. Reserveudgang 4 (terminaler 311/312) på 3# udvidelsesplug-in kortet i beskyttelsesenheden WBT-821C - normalt åbne kontakter - blev koblet i serie ind i det nye hard-wired kredsløb, som derefter føres til de normalt åbne terminaler af reserveudgang 1 (terminaler 514/515) på 5# udgangsplug-in kortet i jordstationstransformatorbryderarmaturen for bussektion II. Efter terminaludgang, udløste jordtransformatorbryderen. Det nye hard-wired kredsløb blev installeret på sekundære skab døre af både jordtransformatorbryderarmaturen og busforbindelsebryderarmaturen, og forbundet ind i hard-wired blokeringskredsløbet via en fysisk trykkontaktlink. Blokeringsfunktionen kan aktiveres eller deaktiveres ved at engagere eller disengagere den hårde trykkontakt.

Ændringen af seriel udløsningsignal for jordstationstransformator på deenergiseret bus under busforbindelse automatisk overførsel start blev gennemført under den ovenstående enkelte bus ombygning proces for den relevante bussektion.

4. Konklusion

Som et kunstigt indført neutralpunkt i strømsystemer med ikke-jordet neutrale konfigurationer, spiller jordtransformator en vigtig rolle i at sikre systemets sikkerhed og stabil drift. De omtalte forbedringer forbedrer betydeligt systemets sikkerhed, når jordtransformator fjernes fra tjeneste, effektivt undgår risici for overspænding og udstyrsskader forårsaget ved at køre uden jordpunkt. Før den faktiske implementering, skal detaljeret verifikation udføres baseret på specifikke udstyrsmarkeringer og systemparametre.