Földelőállító transzformátorok védelmi logikájának fejlesztése és mérnöki alkalmazása a vasúti áramellátási rendszerekben

1. Rendszerkonfiguráció és működési feltételek
A csillag/delta tekercsösszefüggés mellett a Zhengzhou Vasúti Közlekedés konferenciájának és kiállítási központjának főáramfordítója és a Városi Stadion főáramfordítója nem kapcsolódik a földre. A 35 kV busz oldalán használható egy Zigzag-földelő transzformátor, amely alacsony-értékű ellenálláson keresztül kapcsolódik a földre, és szolgáltatási terhelést is ellát. Ha egyvonalas földkapcsolat történik az áramvonalban, út jön létre a földelő transzformátoron, a földelő ellenálláson és a földhálón keresztül, ami null-sorozatszámú áramot generál.

Ez lehetővé teszi a magasérzékenységű, szelektív null-sorozatszámú védelmű működését a hibás szakaszban, hogy megbízhatóan és azonnal kilövje a megfelelő áramkiegészítőket, így elszigeteli a hibát, és korlátozza annak hatását. Ha a földelő transzformátort leválasztják, a rendszer nemföldelt rendszerrel válik. Ebben az állapotban az egyvonalas földkapcsolat súlyosan fenyegetné a rendszer izolációját és a berendezések biztonságát. Ezért, ha a földelő transzformátor védelme működik, nem csak a transzformátort kell kilövni, hanem a hozzá tartozó főtranszformátort is összekapcsolt módon kell kilövni.

2. A meglévő védelmi rendszerek korlátai
A Zhengzhou Vasúti Közlekedés Konferenciájának és Kiállítási Központjának Főáramfordítójának és a Városi Stadion Főáramfordítójának tápegységében a meglévő védelem a földelő transzformátorra csak túlterheléses védelmet tartalmaz. Ha a hiba miatt a földelő transzformátort kilövnek, csak a saját vezérlőgépét lői ki, anélkül, hogy a hozzá tartozó bejövő tápellátó áramkiegészítőt is lőne ki.

Ez eredményezheti, hogy a hibás buszsakasz hosszabb ideig működik földnélküli rendszerben. Ilyen körülmények között, ha egyvonalas földkapcsolat történik, túlramenet vagy a védelmi rendszer nem észleli a null-sorozatszámú áramot, ami a null-sorozatszámú védelmi hibát vagy a működési hiányát okozhatja – ezzel a helyzetet bonyodítva és a teljes tápegység biztonságát veszélyeztetve.

Továbbá, a buszkapcsoló automatikus átkapcsolása során a leenergizált buszsakasz földelő transzformátora nincs összekapcsolt módon kilöve. Ez esetben mindkét buszsakasz a buszkapcsoló áramkiegészítő révén összekapcsolódhat, ami két pontú földelést eredményez a rendszerben. Ilyen két pontú földelési helyzet két komoly problémát okozhat: (1) a null-sorozatszámú áram helytelen besorolása, ami a védelem működését megakadályozza vagy hamis kilövést okoz; (2) a null-sorozatszámú áram által kiváltott cirkulációs áramok, ami a berendezések túlmelegedését és izoláció sérülését okozhatja.

A jelenlegi védelmi logika jelentős korlátokkal bír. A hagyományos védelmi eszközök csak a földelő transzformátor működési állapotát figyelik, és nem hoznak összekapcsolt logikát a bejövő tápellátó áramkiegészítőkkel vagy a buszkapcsoló áramkiegészítővel – hiányzik a szükséges blokkolási/összekapcsolási mechanizmus.

3. Javaslatok a meglévő védelmi korlátok javítására

3.1 Javasolt fejlesztési intézkedések

Adjon hozzá "Földelő Transzformátor Kilövési Összekapcsolást" szoftveres logikát

• Kiváltó feltétel:A földelő transzformátor vezérlőgépe nyílik. Ha a rendszer alacsony-értékű ellenállásos földelést használ, a földelő ellenállás áramának eltűnését is hozzáadhatjuk mint további kritériumot.

• Összekapcsolt kilövési logika tervezése:Kilövés a bejövő tápellátó áramkiegészítőn: Ha a földelő transzformátort eltávolítják, és a buszsakasz más földelő pontja nincs, akkor összekapcsolt módon kilövje a bejövő tápellátó áramkiegészítőt, hogy a terhelést egy másik buszsakaszra átirányítsa.Kilövés a buszkapcsoló áramkiegészítőn: Ha mindkét buszsakasz párhuzamosan működik a buszkapcsoló áramkiegészítőn keresztül, akkor összekapcsolt módon kilövje a buszkapcsoló áramkiegészítőt, hogy a nem földelt buszsakaszt elszigeteljen.

• Technikai végrehajtási javaslat:Adjon hozzá null-sorozatszámú áramvédelmet. Túlterhelés vagy null-sorozatszámú áram működése esetén a védelmi eszköz kilövnie kell a helyi vezérlőgépet, és egyszerre küldje el az összekapcsolt kilövési parancsokat a megfelelő bejövő tápellátó áramkiegészítőhöz és a buszkapcsoló áramkiegészítőhöz. A védelmi eszköz gyártók megfelelően módosítsák az összekapcsolt logikadiagramot, és ez alapján végezzenek szoftverfrissítéseket.

3.2 Null-sorozatszámú feszültség alapján történő védelem fejlesztése

• Null-sorozatszámú túlfeszültség blokkoló/kilövő funkció:Adjon hozzá null-sorozatszámú túlfeszültség védelmet a buszvédelmi rendszerhez, mint tartalék, ha a földelő transzformátor nem működik. Ha a null-sorozatszámú feszültség meghaladja a beállított küszöbértéket, hosszabb időt, mint a beállított időkésleltetés, akkor automatikusan kilövje a bejövő tápellátó áramkiegészítőt vagy a buszkapcsoló áramkiegészítőt.

• Koordináció a földelő transzformátor működési állapotával:Kapcsolja össze a null-sorozatszámú feszültség védelmi funkciót a földelő transzformátor működési állapotjelzésével:Ha a földelő transzformátor normálisan működik, a null-sorozatszámú feszültség védelem riasztási módban működik.Ha a földelő transzformátor nem működik, a null-sorozatszámú feszültség védelem kilövési módba vált.

• Végrehajtási megjegyzések – Helytelen működés elkerülése:Adjon hozzá időkésleltetést, hogy elkerülje a tranzienstól származó hamis kilövést.Használjon "ÉS" logikai kritériumokat (pl. null-sorozatszámú feszültség + földelő transzformátor kikapcsolva) a megbízhatóság növelésére.

3.3 Vezérlőkör módosítása (hardveres fejlesztés)

• Adjon hozzá hardveres összekapcsolási áramköröket a földelő transzformátor védelmi eszközének és a bejövő tápellátó áramkiegészítő védelmi eszközének között. Ha a földelő transzformátort kilövnek, a kilövési jelzés a védelmi eszköz kimeneti termináljáról → aktiválja a bejövő tápellátó áramkiegészítő védelmi eszközének kimeneti terminálját → kilövve a bejövő tápellátó áramkiegészítőt.

• A buszkapcsoló automatikus átállítása során, amikor a buszkapcsoló védelmi eszköz jelet küld az érkező tápellátó környezet-felosztó kikapcsolására, ugyanakkor jelzést küld az összekötő kimeneti végére → a talajzárló szolgáltatási transzformátor kapcsolóvédelmi eszköz kimeneti végére → a talajzárló transzformátor-kapcsoló kikapcsolására.

3.4 Helyszíni modernizálás végrehajtása
Az 1. és 2. lehetőség is módosítást és frissítést igényel a védelmi berendezésekön, ahogy azt a Táblázat 1 mutatja. Azonban a Kongresszusi és Kiállítási Központ Főáramelosztó és a Városi Stadion Főáramelosztó idősebb telepek, amelyek felszereltsége már messze túlmutat a garanciavallalattól. Az 1. vagy 2. lehetőség végrehajtása esetén az eredeti védelmi berendezés gyártójának szoftverfrissítést kellene elvégeznie, ami jelentős emberi és pénzügyi befektetést jelent. Ezért a működési személyzet a 3. lehetőséget választotta – helyszíni módosításokat alkalmazva, összekötő vezetékes áramkörök hozzáadásával.

Amennyiben hiba miatt a talpmegkötő transzformátor kikapcsolódik, szükséges az árambeviteli áramelosztó körzetváltó interlock-kiváltását. A vizsgálat során kiderült, hogy a 1., 2. és 3. tartalék kimenetek egyike sem volt használatban. A járatok befejezése után a karbantartási személyzet munkaengedélyt kérte a berendezés-diszpetchertől ("munkaengedély kérelmezése"). A dispetcher terhelésátváltást végzett a működési igényeknek megfelelően, és a munkaengedélyt adta ki, amikor a körülmények megfeleltek a munkavégzésre.

Az interlock-kiváltó áramkör esetében: a WCB-822C védelmi eszköz 5# jelzési behelyezhető táblájának 2. tartalék kimenete (517/518-as terminál)—normálisan nyitott kapcsoló—sorba lett kötve egy újonnan hozzáadott hardveres interlock-áramkörbe. Ez az áramkör akkor vezetett tovább a WBH-818A védelmi eszköz 4# kimeneti behelyezhető táblájának 5. kimenetének (13/14-es terminál) normálisan nyitott termináljaihoz, amikor a terminál blokk kimeneti jelétől keletkezően az áramelosztó körzetváltó kikapcsolódott. A hardveres kötések a talpmegkötő transzformátor körzetváltójával és az árambeviteli körzetváltójával között kerültek telepítésre, és fizikai nyomólapellal integrálódtak a hardveres blokkoló áramkörbe. A hardveres nyomólap engedélyezése vagy letiltása határozza meg, hogy a blokkoló funkció aktív-e vagy sem.

A másik buszmegszakító szerkezeti pontjainak módosítása azonos a fentiekkel. Mindkét buszmegszakító szerkezeti pontjainak felújítása során szekcionált árambevitel történt, hogy biztosítsa a szolgáltatási területek számára a folyamatos áramellátást, így minimalizálva a post-operatív berendezési karbantartásra gyakorolt hatást.

A módosítások befejezése után védelmi relé tesztelést végeztek, hogy ellenőrizzék az interlock-kiváltó funkciót. Miután normálisnak bizonyult, a rendszer közvetlenül használatba vették.

A talpmegkötő állomás-szolgáltató transzformátor interlock-kiváltása a lekapcsolt busz BATS (Busz összekapcsoló automatikus átkapcsolás) működése során: a vizsgálat során kiderült, hogy a 3. és 7. tartalék kimenetek egyike sem volt használatban. A járatok befejezése után a karbantartási személyzet munkaengedélyt kérte. A dispetcher terhelésátváltást végzett a működési igényeknek megfelelően, és a munkaengedélyt adta ki, amikor a körülmények megfeleltek a munkavégzésre.

Az I. szekció busz talpmegkötő állomás-szolgáltató transzformátor helyi felújítása során: új hardveres áramkört adtak hozzá. A WBT-821C védelmi eszköz 5# jelzési behelyezhető táblájának 3. tartalék kimenete (519/520-as terminál)—normálisan nyitott kapcsoló—sorba lett kötve az új hardveres áramkörbe, majd ez az áramkör akkor vezetett tovább a WCB-822C védelmi eszköz 5# kimeneti behelyezhető táblájának 1. tartalék kimenetének (514/515-ös terminál) normálisan nyitott termináljaihoz, amikor a terminál blokk kimeneti jelétől keletkezően a talpmegkötő transzformátor körzetváltó kikapcsolódott. Az új hardveres áramkört a talpmegkötő transzformátor körzetváltó és a busz összekapcsoló körzetváltó másodlagos szekrényajtaján helyezték el, és fizikai nyomólapellal integrálták a hardveres blokkoló áramkörbe. A blokkoló funkció engedélyezhető vagy letiltható a hardveres nyomólap engedélyezésével vagy letiltásával.

A II. szekció busz talpmegkötő állomás-szolgáltató transzformátor helyi felújítása során: új hardveres áramkört adtak hozzá. A WBT-821C védelmi eszköz 3# bővítő behelyezhető táblájának 4. tartalék kimenete (311/312-es terminál)—normálisan nyitott kapcsoló—sorba lett kötve az új hardveres áramkörbe, majd ez az áramkör akkor vezetett tovább a WCB-822C védelmi eszköz 5# kimeneti behelyezhető táblájának 1. tartalék kimenetének (514/515-ös terminál) normálisan nyitott termináljaihoz, amikor a terminál blokk kimeneti jelétől keletkezően a talpmegkötő transzformátor körzetváltó kikapcsolódott. Az új hardveres áramkört a talpmegkötő transzformátor körzetváltó és a busz összekapcsoló körzetváltó másodlagos szekrényajtaján helyezték el, és fizikai nyomólapellal integrálták a hardveres blokkoló áramkörbe. A blokkoló funkció engedélyezhető vagy letiltható a hardveres nyomólap engedélyezésével vagy letiltásával.

A talpmegkötő állomás-szolgáltató transzformátor interlock-kiváltó jelének módosítása a lekapcsolt busz BATS indítása során a fenti egybuszos felújítási folyamat során történt a megfelelő buszszerkezeti pont esetében.

4. Következtetés

A talpmegkötő transzformátor, mint mesterséges neutrális pont bevezetése a nem talpmegkötött neutrálissal rendelkező áramellátási rendszerekben, kulcsszerepet játszik a rendszer biztonságának és stabil működésének biztosításában. A fent leírt fejlesztések jelentősen növelik a rendszer biztonságát, amikor a talpmegkötő transzformátort kiszolgáltatják, hatékonyan elkerülve a talpmegkötés nélküli működésből eredő túlfeszültség- és berendezéskárok kockázatát. A valós alkalmazás előtt részletes ellenőrzést kell végrehajtani a konkrét berendezés modeljei és a rendszer paraméterei alapján.