Βελτίωση της Λογικής Προστασίας και Μηχανική Εφαρμογή των Μετατροπέας Συνδέσεων σε Συστήματα Παροχής Ρεύματος στις Σιδηροδρομικές Μεταφορές

1. Διαμόρφωση Συστήματος και Λειτουργικές Συνθήκες
Οι κύριοι μετασχηματιστές στο Κύριο Υποσταθμό Κέντρου Συνεδρίων & Έκθεσης του Σιδηροδρομικού Δικτύου Τσένγκτσοου και στο Κύριο Υποσταθμό Αθλητικού Σταδίου της Πόλης χρησιμοποιούν αστέρα/τρίγωνο σύνδεση περιελίξεων με λειτουργία ουδέτερου σημείου χωρίς γείωση. Στην πλευρά της 35 kV διανομής, χρησιμοποιείται μετασχηματιστής γείωσης τύπου Zigzag, ο οποίος συνδέεται με τη γη μέσω αντιστάτη χαμηλής τιμής και εξυπηρετεί επίσης φορτία εξυπηρέτησης του σταθμού. Όταν συμβεί μονοπολική βραχυκύκλωση στο έδαφος σε μια γραμμή, δημιουργείται μονοπάτι μέσω του μετασχηματιστή γείωσης, του αντιστάτη γείωσης και του πλέγματος γείωσης, παράγοντας ρεύμα μηδενικής ακολουθίας. 

Αυτό επιτρέπει στην προστασία μηδενικής ακολουθίας υψηλής ευαισθησίας και επιλεκτικότητας εντός του επηρεαζόμενου τμήματος να λειτουργήσει αξιόπιστα και να διακόψει αμέσως τους αντίστοιχους διακόπτες, απομονώνοντας έτσι τη βλάβη και περιορίζοντας τις επιπτώσεις της. Εάν ο μετασχηματιστής γείωσης αποσυνδεθεί, το σύστημα γίνεται ασύστητο γειωμένο. Σε αυτήν την κατάσταση, μια μονοπολική βλάβη στο έδαφος θα απειλούσε σοβαρά τη μόνωση και την ασφάλεια του εξοπλισμού. Ως εκ τούτου, μετά τη λειτουργία της προστασίας του μετασχηματιστή γείωσης, δεν πρέπει μόνο να διακοπεί ο ίδιος ο μετασχηματιστής γείωσης, αλλά πρέπει επίσης να ενεργοποιηθεί ενδιάμεσα και να διακοπεί ο συνδεδεμένος κύριος μετασχηματιστής.

2. Περιορισμοί των Υφιστάμενων Σχημάτων Προστασίας
Στα συστήματα παροχής ηλεκτρικής ενέργειας του Κύριου Υποσταθμού Κέντρου Συνεδρίων & Έκθεσης και του Κύριου Υποσταθμού Αθλητικού Σταδίου της Πόλης του Σιδηροδρομικού Δικτύου Τσένγκτσοου, η υφιστάμενη προστασία για τον μετασχηματιστή γείωσης/εξυπηρέτησης του σταθμού περιλαμβάνει μόνο προστασία υπερέντασης. Όταν μια βλάβη προκαλέσει τη διακοπή και την απομάκρυνση του μετασχηματιστή γείωσης από τη λειτουργία, διακόπτεται μόνο ο δικός του πίνακας χωρίς να ενεργοποιηθεί ενδιάμεσα η διακοπή του αντίστοιχου διακόπτη εισόδου τροφοδοσίας. 

Αυτό έχει ως αποτέλεσμα το επηρεαζόμενο τμήμα διανομής να λειτουργεί για μεγάλο χρονικό διάστημα χωρίς σημείο γείωσης. Σε περίπτωση μονοπολικής βλάβης στο έδαφος υπό τέτοιες συνθήκες, μπορεί να προκύψει υπέρταση ή το σύστημα προστασίας να αποτύχει να ανιχνεύσει το ρεύμα μηδενικής ακολουθίας, προκαλώντας σφάλματα ή αποτυχία λειτουργίας της προστασίας μηδενικής ακολουθίας—με πιθανότητα επιδείνωσης του συμβάντος και υπονόμευσης της ασφάλειας του συνολικού συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας.

Επιπλέον, κατά τη διάρκεια λειτουργίας αυτόματης μεταφοράς διασύνδεσης διανομής (αυτόματη εναλλαγή διασύνδεσης), δεν ενεργοποιείται ενδιάμεσα η διακοπή του μετασχηματιστή γείωσης/εξυπηρέτησης του σταθμού στο τμήμα διανομής χωρίς τάση. Αυτό μπορεί να προκαλέσει τη διασύνδεση των δύο τμημάτων διανομής μέσω του διακόπτη διασύνδεσης, με αποτέλεσμα διπλό σημείο γείωσης εντός του συστήματος. Μια τέτοια κατάσταση διπλής γείωσης μπορεί να οδηγήσει σε δύο σοβαρά προβλήματα: (1) λανθασμένη ταξινόμηση του ρεύματος μηδενικής ακολουθίας κατά τις βλάβες γείωσης, προκαλώντας άρνηση λειτουργίας της προστασίας ή λανθασμένη διακοπή· και (2) επαγόμενα ρεύματα κυκλοφορίας από το ρεύμα μηδενικής ακολουθίας, που οδηγούν σε υπερθέρμανση του εξοπλισμού και ζημιά της μόνωσης.

Η υφιστάμενη λογική προστασίας έχει σημαντικούς περιορισμούς. Οι συμβατικές συσκευές προστασίας παρακολουθούν μόνο τη λειτουργική κατάσταση του μετασχηματιστή γείωσης και δεν δημιουργούν λογική ενδιάμεσης διασύνδεσης με τους διακόπτες εισόδου τροφοδοσίας ή τον διακόπτη διασύνδεσης—έλλειψη απαραίτητων μηχανισμών αποκλεισμού/ενδιάμεσης διασύνδεσης.

3. Προτάσεις για Βελτίωση των Υφιστάμενων Περιορισμών Προστασίας

3.1 Προτεινόμενα Μέτρα Βελτίωσης

Προσθήκη «Λογισμικού Λογικής Ενδιάμεσης Διακοπής Μετασχηματιστή Γείωσης/Εξυπηρέτησης Σταθμού»

• Συνθήκη Ενεργοποίησης: Ο διακόπτης του μετασχηματιστή γείωσης/εξυπηρέτησης του σταθμού ανοίγει. Εάν το σύστημα χρησιμοποιεί γείωση με χαμηλή αντίσταση, μπορεί να προστεθεί ως επιπλέον κριτήριο η εξαφάνιση του ρεύματος του αντιστάτη γείωσης.

• Σχεδιασμός Λογικής Ενδιάμεσης Διακοπής: Διακοπή του διακόπτη εισόδου τροφοδοσίας: Εάν ο μετασχηματιστής γείωσης/εξυπηρέτησης του σταθμού απομακρυνθεί και δεν υπάρχει άλλο σημείο γείωσης στο τμήμα διανομής, ενεργοποιήστε ενδιάμεσα τη διακοπή του διακόπτη εισόδου τροφοδοσίας για να εξαναγκαστεί η μεταφορά φορτίου σε άλλο τμήμα διανομής. Διακοπή του διακόπτη διασύνδεσης: Εάν τα δύο τμήματα διανομής λειτουργούν παράλληλα μέσω του διακόπτη διασύνδεσης, ενεργοποιήστε ενδιάμεσα τη διακοπή του διακόπτη διασύνδεσης για να απομονωθεί το τμήμα διανομής χωρίς γείωση.

• Πρόταση Τεχνικής Υλοποίησης: Προσθέστε προστασία ρεύματος μηδενικής ακολουθίας. Μετά από λειτουργία υπερέντασης ή ρεύματος μηδενικής ακολουθίας, η συσκευή προστασίας θα πρέπει να διακόψει τον τοπικό διακόπτη της και ταυτόχρονα να στείλει εντολές ενδιάμεσης διακοπής στον αντίστοιχο διακόπτη εισόδου και διακόπτη διασύνδεσης. Οι κατασκευαστές συσκευών προστασίας θα πρέπει να τροποποιήσουν ανάλογα το διάγραμμα λογικής ενδιάμεσης διασύνδεσης και να εκτελέσουν ενημερώσεις λογισμικού βάσει αυτής της λογικής.

3.2 Αναβάθμιση Προστασίας Βάσει Τάσης Μηδενικής Ακολουθίας

• Λειτουργία Μπλοκαρίσματος/Διακοπής Υπερτάσεως Μηδενικής Ακολουθίας: Προσθέστε προστασία υπερτάσεως μηδενικής ακολουθίας στο σχήμα προστασίας της διανομής ως εφεδρική λύση όταν ο μετασχηματιστής γείωσης/εξυπηρέτησης του σταθμού είναι εκτός λειτουργίας. Εάν η τάση μηδενικής ακολουθίας υπερβεί το καθορισμένο όριο για χρονικό διάστημα μεγαλύτερο από την προκαθορισμένη καθυστέρηση, αποκόψτε αυτόματα τον διακόπτη εισόδου ή διασύνδεσης.

• Συντονισμός με την Κατάσταση του Μετασχηματιστή Γείωσης: Συνδέστε τη λειτουργία προστασίας τάσης μηδενικής ακολουθίας με το σήμα κατάστασης λειτουργίας του μετασχηματιστή γείωσης/εξυπηρέτησης του σταθμού: Όταν ο μετασχηματιστής γείωσης λειτουργεί κανονικά, η προστασία τάσης μηδενικής ακολουθίας λειτουργεί σε λειτουργία συναγερμού. Όταν ο μετασχηματιστής γείωσης είναι εκτός λειτουργίας, η προστασία τάσης μηδενικής ακολουθίας μεταβαίνει σε λειτουργία διακοπής.

• Σημειώσεις Υλοποίησης – Μέτρα Πρόληψης Λανθασμένης Λειτουργίας: Προσθέστε καθυστέρηση χρόνου για να αποφευχθεί η λανθασμένη διακοπή λόγω παροδικών διαταραχών. Χρησιμοποιήστε λογική "AND" (π.χ., τάση μηδενικής ακολουθίας + κατάσταση απενεργοποίησης μετασχηματιστή γείωσης) για αύξηση της αξιοπιστίας.

3.3 Τροποποίηση Κυκλώματος Ελέγχου (Βελτίωση Υλικού)

• Προσθέστε σκληρά ενδιάμεσα κυκλώματα μεταξύ της συσκευής προστασίας του μετασχηματιστή γείωσης/εξυπηρέτησης του σταθμού και της συσκευής προστασίας του διακόπτη εισόδου. Όταν ο μετασχηματιστής γείωσης διακοπεί, το σήμα διακοπής από τον τερματικό εξόδου της συσκευής προστασίας → ενεργοποιεί τον τερματικό εξόδου της συσκευής προστασίας του διακόπτη εισόδου → διακόπτει τον διακόπτη εισόδου.

Κατά τη διάρκεια της αυτόματης μεταφορτωσης της σύνδεσης μεταξύ λειτουργικών άξονων, όταν το σύστημα προστασίας της σύνδεσης μεταξύ λειτουργικών άξονων στέλνει σήμα για τον κατάληξη του εισερχόμενου διαχωριστικού σταθμού, στέλνει παράλληλα σήμα μέσω της εξόδου του προς το σύστημα προστασίας του σταθμού υπηρεσιών γείωσης, μέσω της εξόδου του, για να καταλήξει τον διαχωριστικό σταθμού γείωσης.

3.4 Εφαρμογή Μετατροπής Στο Τόπο
Όπως φαίνεται στον Πίνακα 1, και η Επιλογή 1 και η Επιλογή 2 απαιτούν τροποποίηση και ενημέρωση των συστημάτων προστασίας. Ωστόσο, το Κύριο Υποσταθμιακό του Κέντρου Συνεδριάσεων & Έκθεσης και το Κύριο Υποσταθμιακό του Δημοτικού Σταδίου είναι ηλικιωμένα υποσταθμιακά, τα οποία έχουν ξεπεράσει πολύ την περίοδο εγγύησης. Η εφαρμογή της Επιλογής 1 ή της Επιλογής 2 θα απαιτούσε την επέμβαση του πρωταρχικού κατασκευαστή των συστημάτων προστασίας για να εκτελέσει λογισμικές ενημερώσεις, με σημαντική επένδυση σε ανθρώπινο δυναμικό και οικονομικά. Συνεπώς, το προσωπικό επιλέξτηκε να εφαρμόσει την Επιλογή 3 - την εφαρμογή τροποποιήσεων στο τόπο, προσθέτοντας συνδέσεις με στερεά καλώδια.

Όταν το σύστημα προσγείωσης αποσυνδέεται λόγω σφάλματος, είναι απαραίτητο να αποσυνδεθεί με κλειδώματα η διακόπτρια εισερχόμενης ροής. Στον έλεγχο, βρέθηκε ότι οι επιπλέον εξόδοι 1, 2 και 3 δεν χρησιμοποιούνταν. Μετά τη λήξη των πορειών, το προσωπικό συντήρησης ζήτησε από τον διαχειριστή εξοπλισμού άδεια εργασίας ("αίτηση για άδεια εργασίας"). Ο διαχειριστής έκανε μεταφορά φορτίου σύμφωνα με τις λειτουργικές απαιτήσεις και ενέκρινε την άδεια εργασίας όταν οι συνθήκες ήταν κατάλληλες για κατασκευή.

Για το κύκλωμα αποσύνδεσης με κλειδώματα: ο επιπλέον έξοδος 2 (πόρτες 517/518) στην πίνακα σήματος 5# του συστήματος προστασίας WCB-822C—συνήθως ανοιχτά επαφές—συνδέθηκε σε σειρά σε ένα νέο στενά συνδεδεμένο κύκλωμα αποσύνδεσης. Αυτό το κύκλωμα οδηγήθηκε στις συνήθως ανοιχτές πόρτες του εξόδου 5 (πόρτες 13/14) στην πίνακα εξόδου 4# του συστήματος προστασίας WBH-818A για το σύστημα εισερχόμενης ροής. Μετά το σήμα εξόδου από τον πίνακα, η διακόπτρια εισερχόμενης ροής αποσυνδέθηκε. Το στενά συνδεδεμένο κύκλωμα εγκαταστάθηκε μεταξύ του συστήματος προσγείωσης και του συστήματος εισερχόμενης ροής, και ενσωματώθηκε στο στενά συνδεδεμένο κύκλωμα αποκλεισμού μέσω ενός φυσικού συνδέσμου πίεσης. Η ενεργοποίηση ή η απενεργοποίηση αυτού του συνδέσμου πίεσης καθορίζει εάν η λειτουργία αποκλεισμού είναι ενεργή.

Οι τροποποιήσεις για την άλλη μονάδα μπάρας είναι ίδιες με τις παραπάνω. Κατά την αναβάθμιση των δύο μονάδων μπάρας, χρησιμοποιήθηκαν τμηματικές εισερχόμενες ροές για να εξασφαλίσουν την άνεμπόδιστη παροχή ρεύματος στις αντίστοιχες περιοχές υπηρεσίας, μειώνοντας έτσι την επίδραση στην συντήρηση των εξοπλισμών μετά τη λειτουργία.

Μετά την ολοκλήρωση των τροποποιήσεων, έγινε δοκιμή των συστημάτων προστασίας για να επαληθευτεί η λειτουργία αποσύνδεσης με κλειδώματα. Μετά την επαλήθευση ότι η λειτουργία ήταν κανονική, το σύστημα έγινε άμεσα λειτουργικό.

Σχετικά με την αποσύνδεση με κλειδώματα του μετασχηματιστή προσγείωσης στην μη ενεργή μπάρα κατά τη λειτουργία αυτόματης μεταφοράς μπάρας (BATS): στον έλεγχο, βρέθηκε ότι οι επιπλέον εξόδοι 3 μέχρι 7 δεν χρησιμοποιούνταν. Μετά τη λήξη των πορειών, το προσωπικό συντήρησης ζήτησε από τον διαχειριστή εξοπλισμού άδεια εργασίας. Ο διαχειριστής έκανε μεταφορά φορτίου σύμφωνα με τις λειτουργικές απαιτήσεις και ενέκρινε την άδεια εργασίας όταν οι συνθήκες ήταν κατάλληλες για κατασκευή.

Για την επιχειρησιακή αναβάθμιση του μετασχηματιστή προσγείωσης της Πρώτης Μονάδας Μπάρας: προστέθηκε ένα νέο στενά συνδεδεμένο κύκλωμα. Ο επιπλέον έξοδος 3 (πόρτες 519/520) στην πίνακα σήματος 5# του συστήματος προστασίας WBT-821C—συνήθως ανοιχτές επαφές—συνδέθηκε σε σειρά στο νέο στενά συνδεδεμένο κύκλωμα, το οποίο οδηγήθηκε στις συνήθως ανοιχτές πόρτες του επιπλέον εξόδου 1 (πόρτες 514/515) στην πίνακα εξόδου 5# του συστήματος προστασίας WCB-822C στο σύστημα μετασχηματιστή προσγείωσης της Πρώτης Μονάδας Μπάρας. Μετά το σήμα εξόδου, η διακόπτρια του μετασχηματιστή προσγείωσης αποσυνδέθηκε. Το νέο στενά συνδεδεμένο κύκλωμα εγκαταστάθηκε στις δεύτερες πόρτες καμπίνας του συστήματος μετασχηματιστή προσγείωσης και του συστήματος μεταφοράς μπάρας, και συνδέθηκε στο στενά συνδεδεμένο κύκλωμα αποκλεισμού μέσω ενός φυσικού συνδέσμου πίεσης. Η λειτουργία αποκλεισμού μπορεί να ενεργοποιηθεί ή να απενεργοποιηθεί με την ενεργοποίηση ή την απενεργοποίηση του συνδέσμου πίεσης.

Για την επιχειρησιακή αναβάθμιση του μετασχηματιστή προσγείωσης της Δεύτερης Μονάδας Μπάρας: προστέθηκε ένα νέο στενά συνδεδεμένο κύκλωμα. Ο επιπλέον έξοδος 4 (πόρτες 311/312) στην πίνακα επέκτασης 3# του συστήματος προστασίας WBT-821C—συνήθως ανοιχτές επαφές—συνδέθηκε σε σειρά στο νέο στενά συνδεδεμένο κύκλωμα, το οποίο οδηγήθηκε στις συνήθως ανοιχτές πόρτες του επιπλέον εξόδου 1 (πόρτες 514/515) στην πίνακα εξόδου 5# του συστήματος προστασίας WCB-822C στο σύστημα μετασχηματιστή προσγείωσης της Δεύτερης Μονάδας Μπάρας. Μετά το σήμα εξόδου, η διακόπτρια του μετασχηματιστή προσγείωσης αποσυνδέθηκε. Το νέο στενά συνδεδεμένο κύκλωμα εγκαταστάθηκε στις δεύτερες πόρτες καμπίνας του συστήματος μετασχηματιστή προσγείωσης και του συστήματος μεταφοράς μπάρας, και συνδέθηκε στο στενά συνδεδεμένο κύκλωμα αποκλεισμού μέσω ενός φυσικού συνδέσμου πίεσης. Η λειτουργία αποκλεισμού μπορεί να ενεργοποιηθεί ή να απενεργοποιηθεί με την ενεργοποίηση ή την απενεργοποίηση του συνδέσμου πίεσης.

Η τροποποίηση του σήματος αποσύνδεσης με κλειδώματα του μετασχηματιστή προσγείωσης στην μη ενεργή μπάρα κατά τη λειτουργία αυτόματης μεταφοράς μπάρας ολοκληρώθηκε κατά τη διάρκεια της προαναφερθείσας αναβάθμισης μονάδας μπάρας για την αντίστοιχη μονάδα μπάρας.

4. Συμπέρασμα

Ως τεχνητά εισαχθέν σημείο προσγείωσης σε συστήματα ρεύματος με μη προσγειωμένη ουδέτερη, ο μετασχηματιστής προσγείωσης έχει κρίσιμο ρόλο στην εγγύηση της ασφάλειας και της σταθερής λειτουργίας του συστήματος. Οι παραπάνω βελτιώσεις ενισχύουν σημαντικά την ασφάλεια του συστήματος όταν ο μετασχηματιστής προσγείωσης αποσυνδέεται, αποτρέποντας αποτελεσματικά τους κινδύνους υπερτάσης και καταστροφής εξοπλισμού λόγω λειτουργίας χωρίς σημείο προσγείωσης. Πριν από την πραγματική εφαρμογή, πρέπει να γίνει λεπτομερής επαλήθευση με βάση συγκεκριμένα μοντέλα εξοπλισμού και παραμέτρους συστήματος.