Poboljšanje logike zaštite i inženjerska primjena zasićivača u sustavima snabdijevanja električnom energijom u željezničkom prometu

1. Konfiguracija sustava i uvjeti rada
Glavni transformatori u glavnoj podstanici Zhengzhou Rail Transita za konferencije i izložbe te glavnoj podstanici gradskog stadiona koriste zvezdasto/delta spojeve s neizoliranim neutralnim točkom. Na strani autobusa od 35 kV koristi se zagrebeni transformator zemljanja, povezan s zemljom preko otpornika niske vrijednosti, te također opskrbljuje stanice. Kada dođe do jednofaznog zemljanskog kratkospojnog greška na liniji, stvara se put kroz transformator zemljanja, otpornik zemljanja i mrežu zemljanja, generirajući nultostrujnu struju. 

To omogućuje visokosenzitivnu, selektivnu nultostrujnu zaštitu unutar oštećenog dijela da funkcionira pouzdano i odmah isključi odgovarajuće prekidače, time izolirajući grešku i ograničavajući njen utjecaj. Ako je transformator zemljanja isključen, sustav postaje nezemljeni sustav. U tom stanju, jednofazna zemljanska greška bi ozbiljno prijetila izolaciji sustava i sigurnosti opreme. Stoga, kada se aktivira zaštita transformatora zemljanja, ne samo da se mora isključiti sam transformator, već mora biti i ulančan i isključen pripadajući glavni transformator.

2. Ograničenja postojećih shema zaštite
U napajajućim sustavima glavne podstanice za konferencije i izložbe i glavne podstanice gradskog stadiona Zhengzhou Rail Transita, postojeća zaštita za transformator zemljanja opskrbe stanica uključuje samo prekarnu zaštitu. Kada greška uzrokuje da se transformator zemljanja isključi i makne iz prometa, isključuje samo svoje vlastito sklopstvo bez ulančavanja isključivanja odgovarajućeg prekidača za prijemnu napajajuću liniju. 

To rezultira s dugotrajnim radom oštećenog dijela autobusa bez točke zemljanja. U slučaju jednofazne zemljanske greške u takvim uvjetima, može doći do prenapona ili zaštita može propustiti u detektiranju nultostrujne struje, što bi moglo dovesti do nepravilnog funkcioniranja ili neaktiviranja nultostrujne zaštite – potencijalno eskalirajući incident i kompromitirajući ukupnu sigurnost električnog sustava.

Dodatno, tijekom automatskog prebacivanja autobusa (automatskog preklapanja autobusa), transformator zemljanja opskrbe stanica na deenergiziranom dijelu autobusa nije ulančan za isključivanje. To može dovesti do povezivanja oba dijela autobusa preko preklapajućeg prekidača, rezultirajući dvotočnom zemljom unutar sustava. Takva situacija dvotočne zemlje može dovesti do dva ozbiljna problema: (1) pogrešno klasificiranje nultostrujne struje tijekom zemljanskih grešaka, što dovodi do odbijanja funkcioniranja zaštite ili lažnog isključivanja; i (2) cirkulacijske struje inducirane nultostrujnom strujom, što dovodi do pregrejavanja opreme i oštećenja izolacije.

Trenutna logika zaštite ima značajna ograničenja. Konvencionalni uređaji zaštitu samo nadgledaju status rada transformatora zemljanja i ne uspostavljaju ulančanu logiku s prekidačima za prijemnu napajajuću liniju ili preklapajućim prekidačem – nedostaju nužni mehanizmi blokiranja/ulančavanja.

3. Preporuke za poboljšanje postojećih ograničenja zaštite

3.1 Predložene mjere poboljšanja

Dodajte “Mjeku logiku za ulančano isključivanje transformatora zemljanja opskrbe stanica”

• Uvjet okidača:Otvara se prekidač transformatora zemljanja opskrbe stanica.Ako se sustav koristi za zemljanje niskim otporom, nestanak struje otpornika zemljanja može se dodati kao dodatni kriterij.

• Dizajn logike ulančanog isključivanja:Isključi prekidač za prijemnu napajajuću liniju: Ako je transformator zemljanja opskrbe stanica uklonjen i ako ne postoji druga točka zemljanja na dijelu autobusa, ulančano isključi prekidač za prijemnu napajajuću liniju kako bi prisilio prebacivanje opterećenja na drugi dio autobusa.Isključi preklapajući prekidač: Ako oba dijela autobusa rade paralelno preko preklapajućeg prekidača, ulančano isključi preklapajući prekidač kako bi izolirao nezemljani dio autobusa.

• Preporuka za tehničku implementaciju:Dodajte nultostrujnu zaštitu. Kada se aktivira prekarna zaštita ili nultostrujna zaštita, uređaj zaštitu treba isključiti lokalni prekidač i istovremeno poslati naredbe za ulančano isključivanje prema odgovarajućem prekidaču za prijemnu napajajuću liniju i preklapajućem prekidaču. Proizvođači uređaja zaštitu trebaju prilagoditi dijagram ulančane logike i provesti nadogradnju softvera temeljenu na toj logici.

3.2 Nadogradnja zaštite temeljena na nultostrujnom naponu

• Funkcija blokiranja/isključivanja preko nultostrujnog napon:Nadogradite shemu zaštite autobusa dodavanjem nultostrujne zaštite preko napon kao rezervne opcije kada je transformator zemljanja opskrbe stanica izvan prometa. Ako nultostrujni napon premaši postavljeni prag duže od predodređenog vremenskog kašnjenja, automatski isključi prekidač za prijemnu napajajuću liniju ili preklapajući prekidač.

• Koordinacija s statusom transformatora zemljanja:Povežite funkciju nultostrujne zaštite preko napon s signalom o statusu rada transformatora zemljanja opskrbe stanica:Kada transformator zemljanja normalno radi, nultostrujna zaštita preko napon radi u modu alarma.Kada je transformator zemljanja izvan prometa, nultostrujna zaštita preko napon prelazi u mod isključivanja.

• Napomena o implementaciji – Mjere protiv nepravilnog funkcioniranja:Dodajte vremensko kašnjenje kako biste izbjegli lažno isključivanje zbog privremenih smetnji.Koristite logiku “I” (npr., nultostrujni napon + isključen status transformatora zemljanja) kako biste unaprijedili pouzdanost.

3.3 Modifikacija upravljačkog kruga (pojačanje hardvera)

• Dodajte tvrdoprovodne ulančane krugove između uređaja zaštitu transformatora zemljanja opskrbe stanica i uređaja zaštitu prekidača za prijemnu napajajuću liniju. Kada se transformator zemljanja isključi, signal isključivanja s izlaznog terminala njegovog uređaja zaštitu → okidači izlazni terminal uređaja zaštitu prekidača za prijemnu napajajuću liniju → isključi prekidač za prijemnu napajajuću liniju.

• Tijekom automatskog prebacivanja među bus-ovima, kada uređaj za zaštitu bus-tie pošalje signal za isključivanje ulaznog prekidača, istodobno šalje signal putem svojeg izlaza za vezu → na izlazni terminal uređaja za zaštitu transformatora stanice za zemljenje → kako bi se isključio prekidač transformatora za zemljenje.

3.4 Implementacija nadogradnje na terenu
Kao što je prikazano u tablici 1, oba opcija 1 i opcija 2 zahtijevaju modifikaciju i nadogradnju uređaja za zaštitu. Međutim, glavna podstanica Središnjeg centra za konferencije i izložbe te glavna podstanica Gradske arene su starosjednice podstancice čiji opremu je dugo prošlo jamstvo. Implementacija opcije 1 ili opcije 2 zahtijevala bi da originalni proizvođač uređaja za zaštitu obavi nadogradnju softvera, što uključuje značajan ulog ljudskih i finansijskih sredstava. Stoga su operativni djelatnici odabrali opciju 3—implementaciju modificacija na terenu dodavanjem hardverskih vezova za interlok.

Kada se transformator za zemljenje isključi zbog greške, potrebno je interlock-isključiti prekidnik za ulaznu struju. Nakon pregleda utvrđeno je da su rezervne izlaze 1, 2 i 3 nisu korišteni. Nakon završetka rada vlakova, održavajući osoblje je podnijelo zahtjev za radni dozvolu ("zahtjev za ovlaštenje za rad") dispečeru opreme. Dispečer je izvršio prijenos opterećenja prema operativnim zahtjevima i odobrio radnu dozvolu kada su uvjeti bili prikladni za izgradnju.

Za interlock-isključivanje kruga: rezervni izlaz 2 (kontakti 517/518) na 5# signalnom modulu zaštite WCB-822C—normalno otvoreni kontakti—bila je serijalno spojena u novi dodatni hardwired interlock krug. Taj krug je zatim proslijeđen na normalno otvorene kontakte izlaza 5 (kontakti 13/14) na 4# izlaznom modulu zaštite WBH-818A za prekidač ulazne struje. Nakon izlaznog signala s terminalnog bloka, prekidač ulazne struje se isključio. Hardwiring je instaliran između sklopne jedinice transformatora za zemljenje i sklopne jedinice za ulaznu struju, te integriran u hardwired blokirajući krug putem fizičkog pločnog veza. Uključivanjem ili isključivanjem ovog hard pločnog veza određuje se aktivnost funkcije blokiranja.

Točke promjene za drugu bus sekciju su identične gore navedenim. Tijekom nadogradnje obje bus sekcije, koristili su se sekcionalni ulazi struje kako bi se osigurala neprekidna snabdijevanje strujom odgovarajućih servisnih područja, time minimizirajući utjecaj na održavanje opreme nakon operacije.

Nakon završetka promjena, provedeno je testiranje reléa zaštite kako bi se provjerila funkcija interlock-isključivanja. Nakon što je to bilo potvrđeno kao normalno, sustav je direktno upotrijebljen.

U vezi s interlock-isključivanjem stanice za zemljenje transformatora na deenergiziranom busu tijekom automatskog prebacivanja busa (BATS): pri pregledu utvrđeno je da su rezervni izlazi 3 do 7 nisu korišteni. Nakon završetka rada vlakova, održavajuće osoblje je podnijelo zahtjev za radnu dozvolu dispečeru. Dispečer je izvršio prebacivanje opterećenja prema operativnim potrebama i odobrio radnu dozvolu kada su bili ispunjeni uvjeti za izgradnju.

Za lokalnu nadogradnju transformatora za zemljenje prve bus sekcije: dodan je novi hardwired krug. Rezervni izlaz 3 (kontakti 519/520) na 5# signalnom modulu zaštite WBT-821C—normalno otvoreni kontakti—bila je serijalno spojena u novi hardwired krug, koji je zatim proslijeđen na normalno otvorene kontakte rezervnog izlaza 1 (kontakti 514/515) na 5# izlaznom modulu zaštite WCB-822C u sklopnoj jedinici transformatora za zemljenje prve bus sekcije. Nakon izlaznog signala sa terminala, prekidač transformatora za zemljenje se isključio. Novi hardwired krug je instaliran na sekundarnim vrataima sklopne jedinice transformatora za zemljenje i sklopne jedinice za spajanje busa, te povezan u hardwired blokirajući krug putem fizičkog pločnog veza. Funkcija blokiranja može se uključiti ili isključiti uključivanjem ili isključivanjem hard pločnog veza.

Za lokalnu nadogradnju transformatora za zemljenje druge bus sekcije: dodan je novi hardwired krug. Rezervni izlaz 4 (kontakti 311/312) na 3# proširenom modulu zaštite WBT-821C—normalno otvoreni kontakti—bila je serijalno spojena u novi hardwired krug, koji je zatim proslijeđen na normalno otvorene kontakte rezervnog izlaza 1 (kontakti 514/515) na 5# izlaznom modulu zaštite WCB-822C u sklopnoj jedinici transformatora za zemljenje druge bus sekcije. Nakon izlaznog signala sa terminala, prekidač transformatora za zemljenje se isključio. Novi hardwired krug je instaliran na sekundarnim vrataima sklopne jedinice transformatora za zemljenje i sklopne jedinice za spajanje busa, te povezan u hardwired blokirajući krug putem fizičkog pločnog veza. Funkcija blokiranja može se uključiti ili isključiti uključivanjem ili isključivanjem hard pločnog veza.

Promjena signala interlock-isključivanja za transformator stanice za zemljenje na deenergiziranom busu tijekom pokretanja automatskog prebacivanja busa (BATS) završena je tijekom gornjeg procesa nadogradnje pojedinačnog busa za odgovarajuću bus sekciju.

4. Zaključak

Kao umjetno uvedena neutralna točka u elektroenergetskim sustavima s nezemljanim neutralnim konfiguracijama, transformator za zemljenje igra ključnu ulogu u osiguravanju sigurnosti i stabilnosti rada sustava. Opisane poboljšave značajno unaprijeđuju sigurnost sustava kada se transformator za zemljenje ukloni iz rada, efektivno izbjegavajući rizike pretjerane napona i oštećenja opreme uzrokovane radom bez zemljenja. Prije stvarne implementacije, detaljna verifikacija mora biti izvršena temeljem specifičnih modela opreme i parametara sustava.