रेल परिवहन विद्युत प्रणालियों में ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर्स की सुरक्षा तर्क की सुधार और अभियांत्रिक अनुप्रयोग

1. प्रणाली की विन्यास और संचालन परिस्थितियाँ
जिंजोउ रेल मार्ग के प्रदर्शनी एवं सम्मेलन केंद्र व मुख्य उपस्टेशन और नगर परिषद स्टेडियम मुख्य उपस्टेशन में मुख्य ट्रांसफॉर्मर एक तारक/डेल्टा सहसंयोजन और अन-ग्राउंडेड न्यूट्रल बिंदु संचालन तरीके का उपयोग करते हैं। 35 किलोवोल्ट बस पक्ष पर, एक जिगझाग ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर का उपयोग किया जाता है, जो एक कम-मूल्य रिसिस्टर के माध्यम से भूमि से जुड़ा होता है, और इसके साथ ही स्टेशन सेवा लोड भी प्रदान करता है। जब एक लाइन पर एक-फेज ग्राउंड शॉर्ट-सर्किट दोष होता है, तो ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर, ग्राउंडिंग रिसिस्टर, और ग्राउंडिंग ग्रिड के माध्यम से एक मार्ग बनता है, जो शून्य-अनुक्रम धारा उत्पन्न करता है। 

यह दोष-प्रभावित खंड में उच्च-संवेदनशील, चयनात्मक शून्य-अनुक्रम संरक्षण को विश्वसनीय और तुरंत संचालित करने और संबंधित सर्किट ब्रेकर को ट्रिप करने की अनुमति देता है, जिससे दोष को अलग कर दिया जाता है और इसका प्रभाव सीमित होता है। यदि ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर अलग कर दिया जाता है, तो प्रणाली एक अन-ग्राउंडेड प्रणाली बन जाती है। इस स्थिति में, एक-फेज ग्राउंड दोष प्रणाली की आइसोलेशन और उपकरण सुरक्षा को गंभीर रूप से धमकी दे सकता है। इसलिए, ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर संरक्षण के संचालन पर, न केवल ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर को ट्रिप किया जाना चाहिए, बल्कि संबंधित मुख्य ट्रांसफॉर्मर को भी इंटरलॉकिंग और ट्रिप किया जाना चाहिए।

2. मौजूदा संरक्षण योजनाओं की सीमाएँ
जिंजोउ रेल मार्ग के प्रदर्शनी एवं सम्मेलन केंद्र व मुख्य उपस्टेशन और नगर परिषद स्टेडियम मुख्य उपस्टेशन की विद्युत प्रदान प्रणालियों में, ग्राउंडिंग स्टेशन सेवा ट्रांसफॉर्मर के लिए मौजूदा संरक्षण केवल ओवरकरंट संरक्षण ही शामिल है। जब दोष ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर को ट्रिप करके सेवा से बाहर ले जाता है, तो यह केवल अपने स्वयं के स्विचगियर को ट्रिप करता है, बिना इंटरलॉकिंग के संबंधित आगत विद्युत फीडर ब्रेकर को ट्रिप किया जाना। 

इसके परिणामस्वरूप, प्रभावित बस खंड लंबे समय तक ग्राउंडिंग बिंदु के बिना संचालित होता है। ऐसी स्थिति में एक-फेज ग्राउंड दोष के दौरान, ओवरवोल्टेज हो सकता है या संरक्षण प्रणाली शून्य-अनुक्रम धारा का पता नहीं लगा सकती, जिससे शून्य-अनुक्रम संरक्षण गलत तरीके से संचालित हो सकता है या कार्य नहीं कर सकता—जिससे घटना बढ़ सकती है और समग्र विद्युत प्रणाली सुरक्षा का खतरा हो सकता है।

इसके अलावा, बस टाइ ऑटोमेटिक ट्रांसफर (बस टाइ ऑटो-स्विचिंग) संचालन के दौरान, ऊर्जा-रहित बस खंड पर ग्राउंडिंग स्टेशन सेवा ट्रांसफॉर्मर को इंटरलॉकिंग के लिए ट्रिप नहीं किया जाता है। यह दोनों बस खंडों को बस टाइ ब्रेकर के माध्यम से जोड़ सकता है, जिससे प्रणाली में दो-बिंदु ग्राउंडिंग स्थिति हो सकती है। ऐसी दो-बिंदु ग्राउंडिंग स्थिति दो गंभीर समस्याओं का कारण बन सकती है: (1) ग्राउंड दोष के दौरान शून्य-अनुक्रम धारा का गलत वर्गीकरण, जिससे संरक्षण न चलना या गलत ट्रिप हो सकता है; और (2) शून्य-अनुक्रम धारा द्वारा उत्पन्न परिक्रमण धारा, जो उपकरण को गर्म कर सकती है और आइसोलेशन को नुकसान पहुँचा सकती है।

वर्तमान संरक्षण तर्क में महत्वपूर्ण सीमाएँ हैं। पारंपरिक संरक्षण उपकरण केवल ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर की संचालन स्थिति का निगरानी करते हैं और आगत विद्युत फीडर ब्रेकर या बस टाइ ब्रेकर के साथ इंटरलॉकिंग तर्क नहीं स्थापित करते—आवश्यक ब्लॉकिंग/इंटरलॉकिंग मैकेनिज्म की कमी होती है।

3. मौजूदा संरक्षण सीमाओं को सुधारने के लिए सुझाव

3.1 प्रस्तावित सुधार उपाय

"ग्राउंडिंग स्टेशन सेवा ट्रांसफॉर्मर ट्रिप इंटरलॉक" सॉफ्ट तर्क जोड़ें

• सक्रियण स्थिति:ग्राउंडिंग स्टेशन सेवा ट्रांसफॉर्मर का सर्किट ब्रेकर खुलता है।यदि प्रणाली में कम-मूल्य ग्राउंडिंग का उपयोग किया जाता है, तो ग्राउंडिंग रिसिस्टर धारा की लोप एक अतिरिक्त मानदंड के रूप में जोड़ी जा सकती है।

• इंटरलॉक ट्रिप तर्क डिजाइन:आगत विद्युत फीडर ब्रेकर को ट्रिप करें: यदि ग्राउंडिंग स्टेशन सेवा ट्रांसफॉर्मर हटा दिया गया है और बस खंड पर कोई अन्य ग्राउंडिंग बिंदु नहीं है, तो आगत विद्युत फीडर ब्रेकर को इंटरलॉक-ट्रिप करें ताकि लोड को दूसरी बस पर स्थानांतरित किया जा सके।बस टाइ ब्रेकर को ट्रिप करें: यदि दोनों बस खंड बस टाइ ब्रेकर के माध्यम से समानांतर संचालन कर रहे हैं, तो बस टाइ ब्रेकर को इंटरलॉक-ट्रिप करें ताकि अन-ग्राउंडेड बस खंड को अलग किया जा सके।

• तकनीकी लागू का सुझाव:शून्य-अनुक्रम धारा संरक्षण जोड़ें। ओवरकरंट या शून्य-अनुक्रम धारा संचालन पर, संरक्षण उपकरण अपने स्थानीय ब्रेकर को ट्रिप करेगा और साथ ही संबंधित आगत फीडर ब्रेकर और बस टाइ ब्रेकर को इंटरलॉक-ट्रिप कमांड भेजेगा। संरक्षण उपकरण निर्माताओं को इंटरलॉक तर्क आरेख को इस तर्क के आधार पर संशोधित करना चाहिए और सॉफ्टवेयर अपग्रेडेशन करनी चाहिए।

3.2 शून्य-अनुक्रम वोल्टेज पर आधारित संरक्षण अपग्रेडेशन

• शून्य-अनुक्रम ओवरवोल्टेज ब्लॉकिंग/ट्रिपिंग कार्य:बस संरक्षण योजना में शून्य-अनुक्रम ओवरवोल्टेज संरक्षण जोड़ें, जो ग्राउंडिंग स्टेशन सेवा ट्रांसफॉर्मर निष्क्रिय होने पर बैकअप के रूप में कार्य करता है। यदि शून्य-अनुक्रम वोल्टेज निर्धारित थ्रेशहोल्ड से लंबे समय तक ऊपर रहता है, तो स्वचालित रूप से आगत फीडर या बस टाइ ब्रेकर को ट्रिप करें।

• ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर की स्थिति के साथ समन्वय:शून्य-अनुक्रम वोल्टेज संरक्षण कार्य को ग्राउंडिंग स्टेशन सेवा ट्रांसफॉर्मर की संचालन स्थिति संकेत के साथ जोड़ें:जब ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर सामान्य रूप से संचालन कर रहा हो, तो शून्य-अनुक्रम वोल्टेज संरक्षण अलार्म मोड में कार्य करता है।जब ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर निष्क्रिय हो, तो शून्य-अनुक्रम वोल्टेज संरक्षण ट्रिप मोड में स्विच करता है।

• लागू करने के नोट्स – गलत संचालन की रोकथाम:संक्षिप्त विक्षोभों के कारण गलत ट्रिप से बचने के लिए समय देरी जोड़ें।"AND" तर्क मानदंड (जैसे, शून्य-अनुक्रम वोल्टेज + ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर ऑफ-स्थिति) का उपयोग करके विश्वसनीयता को बढ़ाएं।

3.3 नियंत्रण परिपथ में संशोधन (हार्डवेयर उन्नति)

• ग्राउंडिंग स्टेशन सेवा ट्रांसफॉर्मर संरक्षण उपकरण और आगत फीडर ब्रेकर संरक्षण उपकरण के बीच हार्डवेयर इंटरलॉक सर्किट जोड़ें। जब ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर ट्रिप हो, तो इसके संरक्षण उपकरण के आउटपुट टर्मिनल से ट्रिप सिग्नल → आगत फीडर संरक्षण उपकरण के आउटपुट टर्मिनल को ट्रिगर करता है → आगत फीडर ब्रेकर को ट्रिप करता है।

• बस टाइ की स्वचालित ट्रांसफर संचालन के दौरान, जब बस टाइ सुरक्षा उपकरण आगमन फीडर ब्रेकर को ट्रिप करने का संकेत भेजता है, तो यह अपने इंटरलॉक आउटपुट टर्मिनल से संकेत भेजता है → ग्राउंडिंग स्टेशन सर्विस ट्रांसफार्मर स्विच सुरक्षा उपकरण के आउटपुट टर्मिनल → ग्राउंडिंग ट्रांसफार्मर ब्रेकर को ट्रिप करने के लिए।

3.4 ऑन-साइट रिट्रोफिट लागू
जैसा कि टेबल 1 में दिखाया गया है, विकल्प 1 और विकल्प 2 दोनों सुरक्षा उपकरणों के संशोधन और अपग्रेड की आवश्यकता है। हालांकि, कांवेंशन एंड एक्स्हिबिशन सेंटर मुख्य सबस्टेशन और म्युनिसिपल स्टेडियम मुख्य सबस्टेशन पुराने सबस्टेशन हैं जिनकी उपकरणों की गारंटी समाप्त हो चुकी है। विकल्प 1 या विकल्प 2 का लागू करने के लिए मूल सुरक्षा उपकरण निर्माता को सॉफ्टवेयर अपग्रेड करना होगा, जिसमें महत्वपूर्ण मानव शक्ति और वित्तीय निवेश शामिल है। इसलिए, संचालन कर्मियों ने विकल्प 3—ऑन-साइट संशोधनों को लागू करने का चुनाव किया है, जिसमें हार्डवायर्ड इंटरलॉक सर्किट जोड़ा गया है।

जब ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर को फ़ालतू से ट्रिप होने पर आगमनी विद्युत फीडर ब्रेकर को इंटरलॉक-ट्रिप करना आवश्यक होता है। जाँच के बाद, यह पाया गया कि अतिरिक्त आउटपुट 1, 2, और 3 सभी अप्रयुक्त थे। ट्रेन के संचालन समाप्त होने के बाद, मेनटेनेंस कर्मचारियों ने उपकरण डिस्पैचर से काम करने की अनुमति ("काम करने की अनुमति की अनुरोध") के लिए आवेदन किया। डिस्पैचर ऑपरेशनल आवश्यकताओं के अनुसार लोड ट्रांसफर किया और निर्माण के लिए शर्तें उपयुक्त होने पर काम करने की अनुमति दी।

इंटरलॉक ट्रिप सर्किट के लिए: WCB-822C संरक्षण उपकरण के 5# सिग्नल प्लग-इन बोर्ड पर अतिरिक्त आउटपुट 2 (टर्मिनल 517/518)—सामान्य रूप से खुले संपर्क—को नए जोड़े गए हार्डवायर्ड इंटरलॉक सर्किट में श्रृंखला में जोड़ा गया था। यह सर्किट फिर WBH-818A संरक्षण उपकरण के 4# आउटपुट प्लग-इन बोर्ड पर आगमनी विद्युत फीडर स्विचगियर के आउटपुट 5 (टर्मिनल 13/14) के सामान्य रूप से खुले टर्मिनलों को रूट किया गया था। टर्मिनल ब्लॉक से आउटपुट सिग्नल के बाद, आगमनी फीडर ब्रेकर ट्रिप हुआ। हार्डवायरिंग को ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर स्विचगियर और आगमनी फीडर स्विचगियर के बीच स्थापित किया गया था, और भौतिक दबाव प्लेट लिंक के माध्यम से हार्डवायर्ड ब्लॉकिंग सर्किट में एकीकृत किया गया था। इस हार्ड दबाव प्लेट को जोड़ने या अलग करने से ब्लॉकिंग कार्यक्षमता सक्रिय या निष्क्रिय हो जाती है।

अन्य बस खंड के लिए संशोधन बिंदु ऊपर वाले के समान हैं। दोनों बस खंडों के रिट्रोफिटिंग के दौरान, खंडित आगमनी फीडर का उपयोग किया गया था ताकि विभिन्न सेवा क्षेत्रों को बिना बिजली की आपूर्ति के बिना रखा जा सके, जिससे ऑपरेशनल उपकरणों के रखरखाव पर प्रभाव को न्यूनतम रखा जा सके।

संशोधन के पूरा होने के बाद, संरक्षण रिले परीक्षण किया गया था ताकि इंटरलॉक-ट्रिप कार्यक्षमता की पुष्टि की जा सके। एक बार पुष्टि के बाद, सिस्टम को सीधे सेवा में लाया गया।

बस टाइ ऑटो-ट्रांसफर (BATS) संचालन के दौरान डी-एनर्जाइज्ड बस पर ग्राउंडिंग स्टेशन सर्विस ट्रांसफॉर्मर के इंटरलॉक ट्रिप के बारे में: जाँच के बाद, अतिरिक्त आउटपुट 3 से 7 तक अप्रयुक्त पाए गए थे। ट्रेन के संचालन समाप्त होने के बाद, मेनटेनेंस कर्मचारियों ने उपकरण डिस्पैचर से काम करने की अनुमति के लिए आवेदन किया। डिस्पैचर ऑपरेशनल आवश्यकताओं के अनुसार लोड स्विचिंग किया और निर्माण की शर्तों के अनुसार अनुमति दी।

सेक्शन I बस ग्राउंडिंग स्टेशन सर्विस ट्रांसफॉर्मर के ऑन-साइट रिट्रोफिटिंग के लिए: एक नया हार्डवायर्ड सर्किट जोड़ा गया था। WBT-821C संरक्षण उपकरण के 5# सिग्नल प्लग-इन बोर्ड पर अतिरिक्त आउटपुट 3 (टर्मिनल 519/520)—सामान्य रूप से खुले संपर्क—को नए हार्डवायर्ड सर्किट में श्रृंखला में जोड़ा गया था, जो फिर सेक्शन I ग्राउंडिंग स्टेशन सर्विस ट्रांसफॉर्मर स्विचगियर में WCB-822C संरक्षण उपकरण के 5# आउटपुट प्लग-इन बोर्ड पर अतिरिक्त आउटपुट 1 (टर्मिनल 514/515) के सामान्य रूप से खुले टर्मिनलों को रूट किया गया था। टर्मिनल आउटपुट के बाद, ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर ब्रेकर ट्रिप हुआ। नया हार्डवायर्ड सर्किट ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर स्विचगियर और बस टाइ स्विचगियर दोनों के द्वितीयक कैबिनेट द्वारों पर स्थापित किया गया था, और भौतिक दबाव प्लेट लिंक के माध्यम से हार्डवायर्ड ब्लॉकिंग सर्किट में जोड़ा गया था। ब्लॉकिंग कार्यक्षमता को जोड़ने या अलग करने से सक्रिय या निष्क्रिय किया जा सकता है।

सेक्शन II बस ग्राउंडिंग स्टेशन सर्विस ट्रांसफॉर्मर के ऑन-साइट रिट्रोफिटिंग के लिए: एक नया हार्डवायर्ड सर्किट जोड़ा गया था। WBT-821C संरक्षण उपकरण के 3# एक्सपैंशन प्लग-इन बोर्ड पर अतिरिक्त आउटपुट 4 (टर्मिनल 311/312)—सामान्य रूप से खुले संपर्क—को नए हार्डवायर्ड सर्किट में श्रृंखला में जोड़ा गया था, जो फिर सेक्शन II ग्राउंडिंग स्टेशन सर्विस ट्रांसफॉर्मर स्विचगियर में WCB-822C संरक्षण उपकरण के 5# आउटपुट प्लग-इन बोर्ड पर अतिरिक्त आउटपुट 1 (टर्मिनल 514/515) के सामान्य रूप से खुले टर्मिनलों को रूट किया गया था। टर्मिनल आउटपुट के बाद, ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर ब्रेकर ट्रिप हुआ। नया हार्डवायर्ड सर्किट ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर स्विचगियर और बस टाइ स्विचगियर दोनों के द्वितीयक कैबिनेट द्वारों पर स्थापित किया गया था, और भौतिक दबाव प्लेट लिंक के माध्यम से हार्डवायर्ड ब्लॉकिंग सर्किट में जोड़ा गया था। ब्लॉकिंग कार्यक्षमता को जोड़ने या अलग करने से सक्रिय या निष्क्रिय किया जा सकता है।

बस टाइ ऑटो-ट्रांसफर शुरू के दौरान डी-एनर्जाइज्ड बस पर ग्राउंडिंग स्टेशन सर्विस ट्रांसफॉर्मर के इंटरलॉक-ट्रिप सिग्नल का संशोधन ऊपर वर्णित एकल बस रिट्रोफिटिंग प्रक्रिया के दौरान संबंधित बस खंड के लिए पूरा किया गया था।

4. निष्कर्ष

ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर, ग्राउंडिंग बिंदु के बिना विद्युत प्रणालियों में एक मानवीय रूप से पेश किया गया न्यूट्रल बिंदु है, जो प्रणाली की सुरक्षा और स्थिर संचालन को सुनिश्चित करने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। ऊपर वर्णित सुधार प्रणाली की सुरक्षा को बहुत ही सार्थक रूप से बढ़ाते हैं जब ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर सेवा से बाहर लिया जाता है, जिससे ग्राउंडिंग बिंदु के बिना संचालन के कारण होने वाले ओवरवोल्टेज और उपकरण क्षति के जोखिम को प्रभावी रूप से रोका जा सकता है। वास्तविक लागू करने से पहले, विशिष्ट उपकरण मॉडल और सिस्टम पैरामीटरों के आधार पर विस्तृत सत्यापन किया जाना चाहिए।