Melhoramento da Lóxica de Protección e Aplicación Enxeñeira dos Transformadores de Aterramento nos Sistemas de Abastecemento Eléctrico de Transporte Ferroviario

1. Configuración do sistema e condicións de operación
As transformadoras principais das subestacións principal do Centro de Convencions e Exposicións e da Estación Municipal de Zhengzhou Rail Transit adoptan unha conexión de enroscado en estrela/triángulo cun modo de operación de punto neutro non terra. No lado do bus de 35 kV, úsase unha transformadora Zigzag conectada ao terra a través dun resistor de baixo valor, e tamén abastece as cargas de servizo da estación. Cando ocorre unha falla de cortocircuito monofásico no terra, forma-se unha ruta a través da transformadora de terra, o resistor de terra e a rede de terra, xerando corrente de secuencia cero. 

Isto permite que a protección de secuencia cero de alta sensibilidade e selectiva na sección defectuosa funcione de xeito fiable e tripe inmediatamente os interruptores correspondentes, aínda que así se isole a falla e límite o seu impacto. Se a transformadora de terra está desconectada, o sistema converte nun sistema sen terra. Nesta condición, unha falla de terra monofásica ameazaría seriamente a aislación do sistema e a seguridade dos equipos. Polo tanto, cando se activa a protección da transformadora de terra, non só debe tripar a propia transformadora de terra, senón que tamén debe triparse a transformadora principal asociada.

2. Limitacións dos esquemas de protección existentes
Nos sistemas de alimentación das subestacións principal do Centro de Convencions e Exposicións e da Estación Municipal de Zhengzhou Rail Transit, a protección existente para a transformadora de servizo de terra só inclúe protección contra sobrecorrente. Cando unha falla provoca que a transformadora de terra tripe e sexa retirada do servizo, só tripa o seu propio equipo de conmutación sen interligar para tripar o interruptor de entrada de alimentación correspondiente. 

Isto resulta en que a sección de bus afectada opere durante un período prolongado sen un punto de terra. En caso de falla de terra monofásica nestas condicións, pode ocorrer sobrexuste ou o sistema de protección pode non detectar a corrente de secuencia cero, causando que a protección de secuencia cero falle ou non funcione—potencialmente escalando o incidente e comprometendo a seguridade global do sistema eléctrico.

Ademais, durante as operacións de transferencia automática de bus (conmutación automática de bus), a transformadora de servizo de terra na sección de bus desenerxizada non está interligada para tripar. Isto pode provocar que ambas as seccións de bus se interconecten a través do interruptor de ligazón de bus, resultando nunha condición de terra en dous puntos dentro do sistema. Esta situación de terra en dous puntos pode levar a dous problemas graves: (1) clasificación errónea da corrente de secuencia cero durante as fallas de terra, causando que a protección non funcione ou tripe falsamente; e (2) correntes circulantes inducidas pola corrente de secuencia cero, levando ao sobreaquecemento e danos na aislación dos equipos.

A lóxica de protección actual ten limitacións significativas. Os dispositivos de protección convencionais só monitorizan o estado operativo da transformadora de terra e non establecen lóxica de interbloqueo co interruptor de entrada de alimentación ou co interruptor de ligazón de bus—faltando mecanismos necesarios de bloqueo/interbloqueo.

3. Recomendacións para mellorar as limitacións da protección existente

3.1 Medidas de mellora propostas

Engadir lóxica suave de "Interbloqueo de Tripa da Transformadora de Servizo de Terra"

• Condición de activación:O interruptor da transformadora de servizo de terra abre.Se o sistema usa terra de resistencia baixa, a desaparición da corrente do resistor de terra pode engadirse como criterio adicional.

• Deseño de lóxica de interbloqueo de tripa:Tripar o interruptor de entrada de alimentación: Se a transformadora de servizo de terra é retirada e non existe outro punto de terra na sección de bus, interbloquear e tripar o interruptor de entrada de alimentación para forzar a transferencia de carga a outro bus.Tripar o interruptor de ligazón de bus: Se ambas as seccións de bus están operando en paralelo a través do interruptor de ligazón de bus, interbloquear e tripar o interruptor de ligazón de bus para isolar a sección de bus sen terra.

• Recomendação de implementación técnica:Engadir protección de corrente de secuencia cero. Ao operar por sobrecorrente ou corrente de secuencia cero, o dispositivo de protección debe tripar o seu interruptor local e simultaneamente enviar comandos de interbloqueo de tripa ao interruptor de entrada de alimentación correspondiente e ao interruptor de ligazón de bus. Os fabricantes de dispositivos de protección deben modificar o diagrama de lóxica de interbloqueo e realizar actualizacións de software baseadas nesta lóxica.

3.2 Actualización da protección baseada na tensión de secuencia cero

• Función de bloqueo/tripa de sobretensión de secuencia cero:Engadir protección de sobretensión de secuencia cero ao esquema de protección do bus como respaldo cando a transformadora de servizo de terra está fora de servizo. Se a tensión de secuencia cero excede o limiar estabelecido durante un tempo superior ao retardo predefinido, tripar automaticamente o interruptor de entrada de alimentación ou o interruptor de ligazón de bus.

• Coordinación co estado da transformadora de terra:Vincular a función de protección de tensión de secuencia cero co sinal de estado operativo da transformadora de servizo de terra:Cuando a transformadora de terra está operando normalmente, a protección de tensión de secuencia cero opera en modo de alarma.Cuando a transformadora de terra está fora de servizo, a protección de tensión de secuencia cero cambia a modo de tripa.

• Notas de implementación – Medidas antimalfuncionamento:Engadir retardo para evitar tripas falsas debido a perturbacións transitórias.Utilizar a lóxica de criterios "AND" (por exemplo, tensión de secuencia cero + estado de terra da transformadora apagado) para aumentar a fiabilidade.

3.3 Modificación do circuito de control (melhora de hardware)

• Engadir circuitos de interbloqueo duro entre o dispositivo de protección da transformadora de servizo de terra e o dispositivo de protección do interruptor de entrada de alimentación. Cando a transformadora de terra tripa, a sinal de tripa desde a terminal de saída do seu dispositivo de protección → activa a terminal de saída do dispositivo de protección do interruptor de entrada de alimentación → tripa o interruptor de entrada de alimentación.

• Durante a operación de transferencia automática da barra de ligazón, cando o dispositivo de protección da barra de ligazón envía unha sinal para abrir o interruptor de alimentación de entrada, envía simultaneamente unha sinal a través do seu terminal de interbloqueo → ao terminal de saída do dispositivo de protección do transformador de servizo de terra → para abrir o interruptor do transformador de terra.

3.4 Implementación in situ da modernización
Como se mostra na Táboa 1, tanto a Opción 1 como a Opción 2 requiren a modificación e actualización dos dispositivos de protección. No entanto, as subestacións principais do Centro de Convencións e Exposicións e do Estadio Municipal son subestacións envejecidas cuxos equipos están ben máis allá da garantía. A implementación da Opción 1 ou da Opción 2 requeriría que o fabricante orixinal do dispositivo de protección realizase actualizacións de software, implicando unha significativa inversión de man de obra e financeira. Polo tanto, o persoal operativo optou pola Opción 3—implementar modificaciones in situ engadindo circuitos de interbloqueo con cableado ríxido.

Cando o transformador de terra é desligado debido a unha falla, é necesario intertrípular o interruptor do alimentador de entrada. Durante a inspección, descubriuse que as salidas de reserva 1, 2 e 3 non estaban en uso. Despois de que remataron as operacións dos trens, o persoal de manutención solicitou ao despachante de equipos un permiso de traballo ("solicitude de autorización de traballo"). O despachante realizou a transferencia de carga segundo os requisitos operativos e aprobou o permiso de traballo cando as condicións foron adecuadas para a construción.

Para o circuito de intertrípulo: a saída de reserva 2 (terminais 517/518) na placa de sinal 5# do dispositivo de protección WCB-822C—contactos normalmente abertos—foi conectada en serie a un novo circuito de intertrípulo con cableado ríxido. Este circuito entón foi encamiñado aos terminais normalmente abertos da saída 5 (terminais 13/14) na placa de saída 4# do dispositivo de protección WBH-818A para o armario de conmutación do alimentador de entrada. Despois da saída do sinal do terminal, o interruptor do alimentador de entrada foi desligado. O cableado ríxido foi instalado entre o armario de conmutación do transformador de terra e o armario de conmutación do alimentador de entrada, e integrado no circuito de bloqueo con cableado ríxido a través dunha ligazón física de placa de presión. Engadir ou retirar esta placa de presión determina se a función de bloqueo está activa.

Os puntos de modificación para a outra sección de barras son idénticos aos anteriores. Durante a reforma das dúas seccións de barras, utilizáronse alimentadores de entrada seccionados para garantir un suministro ininterrumpido de enerxía ás áreas de servizo correspondentes, minimizando así o impacto na manutención do equipo posterior ás operacións.

Despois de completarse as modificacións, realizouse unha proba de relés de protección para verificar a funcionalidade de intertrípulo. Unha vez verificado como normal, o sistema foi posto directamente en servizo.

En relación co intertrípulo do transformador de servizo de terra na barra sen enerxía durante a operación de auto-transferencia de barras (BATS): durante a inspección, descubriuse que as salidas de reserva 3 a 7 non estaban en uso. Despois de que remataron as operacións dos trens, o persoal de manutención solicitou ao despachante de equipos un permiso de traballo. O despachante executou a conmutación de carga segundo as necesidades operativas e concedeu aprobación cando as condicións de construción foron cumpridas.

Para a reforma no terreo da sección I do transformador de servizo de terra: engadíuse un novo circuito con cableado ríxido. A saída de reserva 3 (terminais 519/520) na placa de sinal 5# do dispositivo de protección WBT-821C—contactos normalmente abertos—foi conectada en serie ao novo circuito con cableado ríxido, que entón foi encamiñado aos terminais normalmente abertos da saída de reserva 1 (terminais 514/515) na placa de saída 5# do dispositivo de protección WCB-822C no armario de conmutación do transformador de servizo de terra da sección I. Despois da saída do terminal, o interruptor do transformador de terra foi desligado. O novo circuito con cableado ríxido foi instalado nas portas dos armarios secundarios tanto do armario de conmutación do transformador de terra como do armario de conmutación de ligazón de barras, e conectado ao circuito de bloqueo con cableado ríxido a través dunha ligazón física de placa de presión. A función de bloqueo pode ser activada ou desactivada mediante a inserción ou retiro da placa de presión.

Para a reforma no terreo da sección II do transformador de servizo de terra: engadíuse un novo circuito con cableado ríxido. A saída de reserva 4 (terminais 311/312) na placa de expansión 3# do dispositivo de protección WBT-821C—contactos normalmente abertos—foi conectada en serie ao novo circuito con cableado ríxido, que entón foi encamiñado aos terminais normalmente abertos da saída de reserva 1 (terminais 514/515) na placa de saída 5# do dispositivo de protección WCB-822C no armario de conmutación do transformador de servizo de terra da sección II. Despois da saída do terminal, o interruptor do transformador de terra foi desligado. O novo circuito con cableado ríxido foi instalado nas portas dos armarios secundarios tanto do armario de conmutación do transformador de terra como do armario de conmutación de ligazón de barras, e conectado ao circuito de bloqueo con cableado ríxido a través dunha ligazón física de placa de presión. A función de bloqueo pode ser activada ou desactivada mediante a inserción ou retiro da placa de presión.

A modificación do sinal de intertrípulo para o transformador de servizo de terra na barra sen enerxía durante a inicialización da auto-transferencia de barras foi completada durante o proceso de reforma da única barra para a sección de barras correspondente.

4. Conclusión

Como punto neutro introducido artificialmente en sistemas eléctricos con configuración de neutro non terrado, o transformador de terra xoga un papel crucial na garantía da seguridade e operación estable do sistema. As melloras descritas arriba melloran significativamente a seguridade do sistema cando o transformador de terra está fóra de servizo, evitando eficazmente os riscos de sobretención e danos nos equipos causados polo funcionamento sen un punto de terra. Antes da implementación real, debe realizarase unha verificación detallada baseada nos modelos específicos de equipos e parámetros do sistema.