Maarityksen ja insinöörimääritysten parantaminen sekä maajäristystransformatorien käyttö rautatiekulkuneuvon sähkövarustuksen järjestelmässä

1. Järjestelmän asetukset ja toimintaolosuhteet
Zhengzhou Rail Transitin Messu- ja näyttelykeskuksen pääasema- ja kaupungin stadionin pääaseman päättransformaattorit käyttävät tähtikuvioisen/deltakuvioisen kytkentätavan ja nolla-asetusoperaatiotavan. 35 kV-bussipuolella on käytössä zikkuratyyppinen maan yhdistämistransformaattori, joka on yhdistetty maan kautta pienarvoisella vastuksella ja myös tarjoaa aseman palvelualustan. Kun yhden vaiheen maanjäristyshäiriö tapahtuu linjalla, muodostuu polku maan yhdistämistransformaattorin, maavastuksen ja maaverkon kautta, mikä tuottaa nollajärjestysvirtaa.

Tämä mahdollistaa korkean herkkyysasteen, valikoivan nollajärjestys-suojauksen häiriöalueessa, joka toimii luotettavasti ja välittömästi sulkee vastaavat sulkijat, eristäen häiriön ja rajoittaen sen vaikutusta. Jos maan yhdistämistransformaattori katkaistaan, järjestelmäksi tulee epämaanjäristyshäiriöinen järjestelmä. Tällaisessa tilassa yhden vaiheen maanjäristyshäiriö uhkaisi vakavasti järjestelmän eristyksen ja laitteiston turvallisuutta. Siksi, kun maan yhdistämistransformaattorin suojauksessa toimitaan, on katkaistava paitsi itse maan yhdistämistransformaattori, myös liittyvä päätransformaattori on sidottava ja katkaistava.

2. Olemassa olevien suojauksien rajat
Messu- ja näyttelykeskuksen pääaseman ja kaupungin stadionin pääaseman sähköntarjontajärjestelmissä Zhengzhou Rail Transissä, nykyinen suojelu maan yhdistämispalvelutransformaattorille sisältää vain ylivirtasuojauksen. Kun häiriö aiheuttaa maan yhdistämistransformaattorin sulkemisen ja poistamisen palvelusta, se sulkee vain omat sulkijansa ilman sidonta sulkia vastaavaa lähtevää sähköntoimitussulkijaa.

Tämä johtaa siihen, että vaikutettu bussiosio toimii pitkään aikaan ilman maan pistettä. Yhden vaiheen maanjäristyshäiriö tällaisissa olosuhteissa voi aiheuttaa ylikirjoitusta tai suojajärjestelmän epäonnistumista havaitsemaan nollajärjestysvirtaa, mikä saattaa aiheuttaa nollajärjestys-suojauksen epäonnistumisen tai toimimattomuuden - potentiaalisesti pahentamalla tapahtuman ja vaarantamalla kokonaisen sähköjärjestelmän turvallisuuden.

Lisäksi, bussiyhdistävän automaattisen siirtymisen (bussiyhdistävän automaattisulun) toiminnoissa, maan yhdistämispalvelutransformaattori deenergoidulla bussiosiolla ei ole sidottu sulkemiseen. Tämä voi johtaa siihen, että molemmat bussiosiot yhdistyvät bussiyhdistävän sulkijan kautta, mikä johtaa kaksipisteen maanjäristyshäiriölle järjestelmässä. Tällainen kaksipisteen maanjäristyshäiriötilanne voi johtaa kahteen vakavaan ongelmaan: (1) nollajärjestysvirran väärälle luokittelulle maanjäristyshäiriöiden aikana, mikä aiheuttaa suojauksen kieltäytymisen toimimasta tai väärästä sulkemisesta; ja (2) nollajärjestysvirran aiheuttamaan virtakiertoon, mikä johtaa laitteiston ylikuumenemiseen ja erityksen vaurioitumiseen.

Nykyinen suojalogiikka on merkittäviä rajoituksia. Perinteiset suojalaitteet valvovat vain maan yhdistämistransformaattorin toimintatilaa eivätkä luo sidonta-loogista lähtevän sähköntoimitussulkijan tai bussiyhdistävän sulkijan kanssa - puuttuvat tarvittavat este/sidonta-mekanismit.

3. Suositukset olemassa olevien suojauksien parantamiseksi

3.1 Ehdotetut parannusehdotukset

Lisää "Maan yhdistämispalvelutransformaattorin sulkemisen sidonta" pehmeä logiikka

• Aktivoiva ehto: Maan yhdistämispalvelutransformaattorin sulkijan avaaminen. Jos järjestelmässä käytetään matalaresistenssin maanjäristyshäiriötä, maavastuksen virran katoaminen voidaan lisätä lisäehdoksi.

• Sidonta-sulkemisen looginen suunnittelu: Sulkeminen lähtevän sähköntoimituksen sulkijaa: Jos maan yhdistämispalvelutransformaattori poistetaan ja muuta maan pistettä ei ole bussiosiolla, sidonta-sulkeminen lähtevän sähköntoimituksen sulkijaa pakottaa kuormituksen siirtymään toiselle bussiosiolle. Sulkeminen bussiyhdistävän sulkijaa: Jos molemmat bussiosiot ovat yhdessä bussiyhdistävän sulkijan kautta, sidonta-sulkeminen bussiyhdistävän sulkijaa eristää epämaanjäristyshäiriöisen bussiosion.

• Tekninen toteutus ehdotus: Lisää nollajärjestysvirtasuojauksen. Ylivirta- tai nollajärjestysvirtasuojauksen toiminnon yhteydessä, suojalaitteen tulisi sulkia paikallinen sulkija ja samalla lähettää sidonta-sulkemiskomennot vastaavalle lähtevälle sähköntoimituksen sulkijalle ja bussiyhdistävälle sulkijalle. Suojalaitteiden valmistajien tulisi muuttaa sidonta-looginen kaavio ja tehdä ohjelmistopäivityksiä tämän loogisen perusteella.

3.2 Suojauksen päivitys nollajärjestysjänniten perusteella

• Nollajärjestysjännite-este/sulkemisfunktio: Lisää nollajärjestysjännitesuojauksen bussisuojauksen järjestelmään varakäyttöön, kun maan yhdistämispalvelutransformaattori on pois käytöstä. Jos nollajärjestysjännite ylittää asetetun kynnysarvon pidempään kuin ennakkoon asetettu viive, automaattisesti sulkeminen lähtevän sähköntoimituksen tai bussiyhdistävän sulkijan kautta.

• Yhteistyö maan yhdistämistransformaattorin tilan kanssa: Liitä nollajärjestysjännitesuojauksen funktio maan yhdistämispalvelutransformaattorin toimintatilan signaaliin: Kun maan yhdistämistransformaattori toimii normaalisti, nollajärjestysjännitesuojauksen toimii hälytystilaan. Kun maan yhdistämistransformaattori on pois käytöstä, nollajärjestysjännitesuojauksen siirtyy sulkemistilaan.

• Toteutusohjeet - Anti-väärätoimintatoimet: Lisää viive välttääksesi väärästä toiminnasta tilapäisten häiriöiden vuoksi. Käytä "JA" loogista kriteeriä (esim. nollajärjestysjännite + maan yhdistämistransformaattori pois käytöstä) parantaaksesi luotettavuutta.

3.3 Ohjauspiirin muutos (Laiteparannus)

• Lisää jäykkiä sidonta-piirejä maan yhdistämispalvelutransformaattorin suojalaitteen ja lähtevän sähköntoimituksen sulkijan suojalaitteen välillä. Kun maan yhdistämistransformaattori sulketaan, sen suojalaitteen ulostulon terminaalista tuleva sulkemismerkki → aktivoi lähtevän sähköntoimituksen suojalaitteen ulostulon terminaali → sulkeminen lähtevän sähköntoimituksen sulkijaa.

• Vaihtoverkkosulkuautomaattisen siirtotyön aikana, kun vaihtoverkkosuojalaitteisto lähettää signaalin syötteiden katkaisijan katkaisemiseksi, se lähettää samalla signaalin sen interlock-ulosputteen kautta → maanjäähdytysaseman palvelustransformatorin suojalaitteiston ulosputteen kautta → maanjäähdytystransformatorin katkaisijan katkaisemiseksi.

3.4 Paikan päällä toteutettu modernisointi
Näyttäen taulukosta 1, molemmat vaihtoehto 1 ja vaihtoehto 2 vaativat suojalaitteiden muokkaamista ja päivittämistä. Kuitenkin Messu- ja näyttelykeskuksen pääajoneuvokerho ja kaupungin stadionin pääajoneuvokerho ovat vanhentuneita ajoneuvokerhoja, joiden laitteet ovat hyvin poissa takuun ulkopuolella. Vaihtoehto 1:n tai vaihtoehto 2:n toteuttaminen edellyttäisi alkuperäisen suojalaitteen valmistajan tekemää ohjelmistopäivitystä, mikä sisältäisi merkittävän työvoiman ja taloudellisen sijoituksen. Siksi operatiivinen henkilöstö on valinnut vaihtoehto 3:n – paikan päällä tehtäviä muutoksia lisäämällä jäykkiä kytkentäpiirejä.

Kun maanvaihtotransformatorin virheen vuoksi se kytketään pois, on tarpeen kytkää myös virtajohdon pääkytkentä pois. Tarkastuksessa havaittiin, että varakäytöstä olevat ulostulot 1, 2 ja 3 olivat kaikki käyttämättömiä. Junaliikenteen päätyttyä huoltohenkilöstö haki työlupaa ("työturvallisuuslupa") laitteen sähköasiamieheltä. Sähköasiamies suoritti kuormituksen siirtämisen toiminnallisten vaatimusten mukaisesti ja hyväksyi työluvan, kun rakennustyöntekoon oli sopiva tilanne.

Kytkentäkaapelin kohdalla: WCB-822C-suojauslaitteen 5# signaalilisäkortin varakäytöstä oleva ulostulo 2 (pinnet 517/518) – normaalisti avoin yhteys – kytkettiin sarjaan uuteen lisättyyn fyysisen kytkentän kytkentäkaapeliin. Tämä kytkentäkaapeli johti sitten normaalisti avoimiin pinneihin 13/14 WBH-818A-suojauslaitteen 4# ulostulolisäkortissa virtajohdon pääkytkentälaitteessa. Pinnekopistosta tulevan signaalin jälkeen virtajohdon pääkytkentä kytkettiin pois. Kytkentäkaapeli asennettiin maanvaihtotransformatorin ja virtajohdon välille, ja se integroitui fyysisen painepinnan linkin kautta piilokytkeytyksiin. Piilo-toiminto aktivoituu tai deaktivoituu tämän fyysisen painepinnan kytkemällä tai irrottamalla.

Muut busseina osien muutospisteet ovat samankaltaisia kuin yllä mainittu. Kumpikin bussi osa päivitettiin osittain erottamalla virtajohdot, jotta taattuinpäin jatkuv virtajohde palvelualueelle, mikä vähensi huoltotyöiden vaikutusta jälkitoimintoon.

Muutosten jälkeen suoritettiin suojausrelaustestaus tarkistaakseen kytkentäkaapelikytkentän toimivuuden. Kun toiminta oli vahvistettu normaaliksi, järjestelmä otettiin suoraan käyttöön.

Maanvaihtotransformatorin kytkentäkaapelikytkentä virtajohdon pääkytkentästä pois virtajohdon siirtymisen (BATS) aikana virtajohdon poistuessa: tarkastuksessa havaittiin, että varakäytöstä olevat ulostulot 3-7 olivat käyttämättömiä. Junaliikenteen päätyttyä huoltohenkilöstö haki työlupaa laitteen sähköasiamieheltä. Sähköasiamies suoritti kuormituksen siirtämisen toiminnallisten vaatimusten mukaisesti ja hyväksyi työluvan, kun rakennustyöntekoon oli sopiva tilanne.

Paikan päällä toteutettu Bussi I:n maanvaihtotransformatorin päivitys: lisättiin uusi fyysinen kytkentäkaapeli. WBT-821C-suojauslaitteen 5# signaalilisäkortin varakäytöstä oleva ulostulo 3 (pinnet 519/520) – normaalisti avoin yhteys – kytkettiin sarjaan uuteen lisättyyn kytkentäkaapeliin, joka johti sitten normaalisti avoimiin pinneihin 514/515 WCB-822C-suojauslaitteen 5# ulostulolisäkortissa Bussi I:n maanvaihtotransformatorin laitteessa. Pinnekopistosta tulevan signaalin jälkeen maanvaihtotransformatorin kytkentä kytkettiin pois. Uusi kytkentäkaapeli asennettiin sekundäärilohkon oviaukoihin molemmissa maanvaihtotransformatorin ja bussiyhdistimellä, ja se integroitui fyysisen painepinnan linkin kautta piilokytkeytyksiin. Piilo-toiminto aktivoituu tai deaktivoituu tämän fyysisen painepinnan kytkemällä tai irrottamalla.

Paikan päällä toteutettu Bussi II:n maanvaihtotransformatorin päivitys: lisättiin uusi fyysinen kytkentäkaapeli. WBT-821C-suojauslaitteen 3# laajennuslisäkortin varakäytöstä oleva ulostulo 4 (pinnet 311/312) – normaalisti avoin yhteys – kytkettiin sarjaan uuteen lisättyyn kytkentäkaapeliin, joka johti sitten normaalisti avoimiin pinneihin 514/515 WCB-822C-suojauslaitteen 5# ulostulolisäkortissa Bussi II:n maanvaihtotransformatorin laitteessa. Pinnekopistosta tulevan signaalin jälkeen maanvaihtotransformatorin kytkentä kytkettiin pois. Uusi kytkentäkaapeli asennettiin sekundäärilohkon oviaukoihin molemmissa maanvaihtotransformatorin ja bussiyhdistimellä, ja se integroitui fyysisen painepinnan linkin kautta piilokytkeytyksiin. Piilo-toiminto aktivoituu tai deaktivoituu tämän fyysisen painepinnan kytkemällä tai irrottamalla.

Maanvaihtotransformatorin kytkentäkaapelikytkentä virtajohdon pääkytkentästä pois virtajohdon siirtymisen aikana virtajohdon poistuessa tehtiin edellä mainitussa yksibussipäivitysprosessissa vastaavalle bussiosalle.

4. Johtopäätös

Maanvaihtotransformatori, joka toimii epäsuoraan maanjohdettujen sähköjärjestelmien tekoisena neutraalipisteenä, on keskeinen tekijä sähköjärjestelmän turvallisuuden ja vakauden takaamisessa. Yllä kuvatut parannukset parantavat merkittävästi järjestelmän turvallisuutta, kun maanvaihtotransformatoria ei ole käytössä, välttäen tehokkaasti ylivoltage- ja laiteriskit ilman maanjohdetta. Ennen varsinaista toteuttamista, on suoritettava yksityiskohtainen vahvistus tietyillä laite-malleilla ja järjestelmän parametreilla.