Aizsardzības loģikas uzlabojumi un inženierzinātņu pielietojums zemes transformatoros dzelzceļa satiksmes elektrosapgādes sistēmās

1. Sistēmas konfigurācija un darbības apstākļi
Ķīņu Žengžū dzelzceļa tīkla Konvenciju un izstāžu centrā un Pilsoņu stadijas galvenajos pārveidotājos tiek izmantota zvaigznains/delta vijkrāšana ar neatdzesētu nestrādājošo punktu. 35 kV šķidrvedes pusē tiek izmantots Zigzag uz zemes pieslēdzamais pārveidotājs, kas savienots ar zemi caur zemu vērtību rezistoru, un tam tiek nodrošināta stacijas patēriņa slodze. Ja rindā notiek vienfazu zemes saime, tiek veidots ceļš caur zemes pieslēdzamo pārveidotāju, zemes rezistoru un zemes tīklu, radot nulles secības strāvu.

Tas ļauj augstu jūtību, selektīvu nulles secības aizsardzību sērijā, kur notikusi kļūda, droši un tūlītēji atslēgt atbilstošos līkstoņus, tādējādi izolējot kļūdu un ierobežojot tās ietekmi. Ja zemes pieslēdzamais pārveidotājs ir atslēgts, sistēma kļūst par neatdzesētu sistēmu. Šajā stāvoklī vienfazu zemes saime būtu nopietna apdraudējums sistēmas izolācijai un aprīkojuma drošībai. Tāpēc, kad darbojas zemes pieslēdzamā pārveidotāja aizsardzība, ne tikai pašam zemes pieslēdzamajam pārveidotājam jāatslēdz, bet arī atbilstošajam galvenajam pārveidotājam jātiešsaista un jāatslēdz.

2. Esošo aizsardzības shēmu ierobežojumi
Ķīņu Žengžū dzelzceļa tīkla Konvenciju un izstāžu centrā un Pilsoņu stadijas galvenajos pārveidotājos esošajā zemes pieslēdzamā stacijas patēriņa pārveidotāja aizsardzībā ietilpst tikai pārstrāvas aizsardzība. Ja kļūda izraisa zemes pieslēdzamā pārveidotāja atslēgšanu un noņemšanu no darbības, tas atslēdz tikai savu līkstoņu bez tiešsaistes atslēgšanas atbilstošajam ieplūstamām barošanas līnijām.

Tas rada situāciju, kad skartā šķidrvedes daļa ilgu laiku darbojas bez zemes punkta. Ja šādos apstākļos notiek vienfazu zemes saime, var notikt pārspiediens vai aizsardzības sistēma var nespēt uztvert nulles secības strāvu, izraisojot nulles secības aizsardzības nepareizu darbību vai neizpildīšanos—potenciāli palielinot incidenta apjomu un kompromisējot visu enerģijas sistēmas drošību.

Papildus šim, pie šķidrvedes savienojuma automātiskās pārslēgšanas (šķidrvedes savienojuma automātiskā pārslēgšana) operācijām, deenerģētās šķidrvedes daļas zemes pieslēdzamais stacijas patēriņa pārveidotājs netiek tiešsaistīts, lai to atslēgtu. Tas var izraisīt situāciju, kad abas šķidrvedes daļas tiek savienotas caur šķidrvedes savienojuma līkstoņu, radot sistēmā divpunktu zemes savienojumu. Šāds divpunktu zemes savienojums var izraisīt divus nopietnus jautājumus: (1) nulles secības strāves nepareiza klasifikācija pie zemes saimes, izraisojot aizsardzības neizpildīšanos vai nepareizu atslēgšanu; un (2) nulles secības strāves izraisītās cirkulārās strāvas, kas izraisa aprīkojuma pārsildīšanos un izolācijas bojājumus.

Pašreizējā aizsardzības loģika ir nozīmīgi ierobežota. Parastie aizsardzības ierīces tikai monitorē zemes pieslēdzamā pārveidotāja darbības stāvokli un neatrisina tiešsaistes loģiku ar ieplūstamām barošanas līnijām vai šķidrvedes savienojuma līkstoņiem—trūkst nepieciešamām bloķēšanas/tiešsaistes mehānismiem.

3. Ieteikumi esošo aizsardzības ierobežojumu uzlabošanai

3.1 Ierosinātie uzlabojumi

Pievienot "Zemes pieslēdzamā stacijas patēriņa pārveidotāja atslēgšanas tiešsaisti" mīksto loģiku

• Izraisīšanas nosacījums: Zemes pieslēdzamā stacijas patēriņa pārveidotāja līkstoņš atveras. Ja sistēmā tiek izmantota zema rezistences zemes savienojuma metode, var pievienot zemes rezistences strāvas pazūdumu kā papildu kritēriju.

• Tiešsaistes atslēgšanas loģikas dizains: Atslēgt ieplūstamās barošanas līnijas līkstoņu: Ja zemes pieslēdzamais stacijas patēriņa pārveidotājs ir noņemts un šķidrvedes daļā nav citas zemes punkta, tiešsaistīti atslēgt ieplūstamās barošanas līnijas līkstoņu, lai piespiežot slodzes pārnest uz citu šķidrvedi. Atslēgt šķidrvedes savienojuma līkstoņu: Ja abas šķidrvedes daļas darbojas paralēli caur šķidrvedes savienojuma līkstoņu, tiešsaistīti atslēgt šķidrvedes savienojuma līkstoņu, lai izolētu neatdzesēto šķidrvedes daļu.

• Tehniskas realizācijas ieteikumi: Pievienot nulles secības strāvas aizsardzību. Pārstrāvas vai nulles secības strāvas darbības gadījumā aizsardzības ierīcei jāatslēdz tās vietējais līkstoņš un vienlaikus jānosūta tiešsaistes atslēgšanas komandas atbilstošajām ieplūstamām barošanas līnijām un šķidrvedes savienojuma līkstoņiem. Aizsardzības ierīču ražotājiem jāmodificē tiešsaistes loģikas diagramma atbilstoši un jāveic programmatūras atjauninājumi, pamatojoties uz šo loģiku.

3.2 Aizsardzības uzlabošana, balstoties uz nulles secības spriegumu

• Nulles secības pārspiediena bloķēšanas/atklāšanas funkcija: Pievienot nulles secības pārspiediena aizsardzību šķidrvedes aizsardzības shēmai kā rezervu, ja zemes pieslēdzamais stacijas patēriņa pārveidotājs ir izslēgts. Ja nulles secības spriegums pārsniedz iestatīto slieksni ilgāk par iestatīto laika aizgādījumu, automātiski atslēgt ieplūstamās barošanas līnijas vai šķidrvedes savienojuma līkstoņu.

• Saskaņošana ar zemes pieslēdzamā pārveidotāja statusu: Saistīt nulles secības sprieguma aizsardzības funkciju ar zemes pieslēdzamā stacijas patēriņa pārveidotāja darbības stāvokļa signālu: Kad zemes pieslēdzamais pārveidotājs darbojas normāli, nulles secības sprieguma aizsardzība darbojas brīdinājuma režīmā. Kad zemes pieslēdzamais pārveidotājs ir izslēgts, nulles secības sprieguma aizsardzība pārslēdzas uz atslēgšanas režīmu.

• Realizācijas piezīmes – aizsargājošas pasākumi: Pievienot laika aizgādījumu, lai izvairītos no nepareizas atslēgšanas dēļ pagaidu traucējumiem. Izmantot "UN" loģikas kritērijus (piemēram, nulles secības spriegums + zemes pieslēdzamais pārveidotājs izslēgts), lai uzlabotu drošību.

3.3 Kontrolējošās šķidrvedes modifikācija (aparātūras uzlabojums)

• Pievienot dzeltenmetāla tiešsaistes kontaktpunktu starp zemes pieslēdzamā stacijas patēriņa pārveidotāja aizsardzības ierīci un ieplūstamās barošanas līnijas aizsardzības ierīci. Kad zemes pieslēdzamais pārveidotājs atslēdz, aizsardzības ierīces izvades kontaktpunkts → aktivizē ieplūstamās barošanas līnijas aizsardzības ierīces izvades kontaktpunktu → atslēgt ieplūstamās barošanas līnijas līkstoņu.

• Pārslēguma avtomātiskā pārnestīšanas darbībā, kad pārslēguma aizsardzības ierīce nosūta signālu, lai izlādētu pievienoto pārvadi, tā vienlaikus nosūta signālu caur savu bloķēšanas izvades kontaktu → uz zemes pārveidotāja izolētāja aizsardzības ierīces izvades kontaktu → lai izlādētu zemes pārveidotāja izolētāju.

3.4 Vietējās modernizācijas īstenošana
Kā redzams Tabulā 1, gan 1. variants, gan 2. variants prasa aizsardzības ierīču modificēšanu un atjaunināšanu. Tomēr Konventa un rītdienas centra galvenajā apgabalkom un Pilsētas stadiona galvenajā apgabalkom ir novecojušas apgabalkas, kuru aprīkojums jau ilgu laiku ir aiz garantijas. 1. vai 2. variantu īstenošanai būtu nepieciešams oriģinālā aizsardzības ierīces ražotājam veikt programmatūras atjauninājumus, kas prasītu lielu cilvēkresursu un finanšu ieguldījumu. Tādēļ operatīvais personāls ir izvēlējies 3. variantu — vietējo modificēšanu, pievienojot fiksētus bloķēšanas šķēršļus.

Ja vienāds sāpes transformatora notrikst saliecē tādēļ, ka notikusi kļūda, ir jāveic savienojuma izslēgšana ievedamā elektroenerģijas līdzinātāja sliekšņa. Pārbaudot, tika atklāts, ka rezervētie izvadi 1, 2 un 3 netika izmantoti. Kad vilciena operācijas beidzās, uzturēšanas personāls pievērsās ierīču dispečerim, lai saņemtu darba atļauju ("darba veikšanas atļaujas pieprasījums"). Dispecieris veica slodzes pārnestošanu saskaņā ar operatīvajām prasībām un apstiprināja darba atļauju, kad apstākļi bija piemēroti konstrukcijas darbiem.

Savienojuma izslēgšanas shēmai: rezervētā izvade 2 (kontakti 517/518) 5. signālu modulī WCB-822C aizsardzības ierīcē—parasti atvērtie kontakti—tika savienoti seriāli jaunpievienotajā fiksētā savienojuma maršrutā. Šis maršruts tika novadīts uz parasti atvērtajiem kontaktiem izvades 5 (kontakti 13/14) 4. izvades modulī WBH-818A aizsardzības ierīcē ievedamā elektroenerģijas līdzinātāja sliekšņa. Pēc izvades signāla no kontaktbloka, ievedamais sliekšnis izslēdzās. Fiksētais savienojums tika ievietots starp zemes transformatora sliekšņa un ievedamā elektroenerģijas līdzinātāja sliekšņa, un integrēts fiksētajā bloķēšanas shēmā caur fizisku spiediena plāksnes saiti. Spiediena plāksnes pieslēgšana vai atslēgšana nosaka, vai bloķēšanas funkcija ir aktīva.

Modifikācijas punkti otrajai šķidruma daļai ir identiski minētajiem. Abu šķidrumu daļu modernizācijas laikā tika izmantoti daļēji sadalīti ievedamie sliekšņi, lai nodrošinātu nepārtrauktu elektroenerģijas piegādi attiecīgajām pakalpojumu zonām, samazinot ietekmi uz rīkojumiem pēc operāciju beigām.

Pēc modifikāciju pabeigšanas tika veikta aizsardzības releļu testēšana, lai pārbaudītu savienojuma izslēgšanas funkcionalitāti. Pēc tam, kad tika pārbaudīts, ka viss ir normāli, sistēma tika tieši ieviesta darbā.

Par zemes transformatora savienojuma izslēgšanu neieslaidzē šķidruma daļā, kad notiek šķidrumu savienošanas automātiskā pārslodze (BATS): pārbaudot, tika atklāts, ka rezervētās izvades 3 līdz 7 netika izmantotas. Kad vilciena operācijas beidzās, uzturēšanas personāls pievērsās ierīču dispečerim, lai saņemtu darba atļauju. Dispecieris veica slodzes pārnestošanu saskaņā ar operatīvajām prasībām un apstiprināja darba atļauju, kad apstākļi bija piemēroti konstrukcijas darbiem.

I. šķidruma daļas zemes transformatora vietas modernizācijai: tika pievienots jauns fiksētais maršruts. Rezervētā izvade 3 (kontakti 519/520) 5. signālu modulī WBT-821C aizsardzības ierīcē—parasti atvērtie kontakti—tika savienoti seriāli jaunajā fiksētajā maršrutā, kas tika novadīts uz parasti atvērtajiem kontaktiem rezervētajai izvadei 1 (kontakti 514/515) 5. izvades modulī WCB-822C aizsardzības ierīcē I. zemes transformatora sliekšņa. Pēc kontaktbloka izvades, zemes transformatora sliekšnis izslēdzās. Jaunais fiksētais maršruts tika ievietots abu zemes transformatora sliekšņa un šķidrumu savienošanas sliekšņa sekundārās kabinetu durvis, un savienots ar fiksēto bloķēšanas shēmu caur fizisko spiediena plāksnes saiti. Bloķēšanas funkciju var ieslēgt vai atslēgt, pieslēdzot vai atslēdzot fiksēto spiediena plāksni.

II. šķidruma daļas zemes transformatora vietas modernizācijai: tika pievienots jauns fiksētais maršruts. Rezervētā izvade 4 (kontakti 311/312) 3. paplašinājuma modulī WBT-821C aizsardzības ierīcē—parasti atvērtie kontakti—tika savienoti seriāli jaunajā fiksētajā maršrutā, kas tika novadīts uz parasti atvērtajiem kontaktiem rezervētajai izvadei 1 (kontakti 514/515) 5. izvades modulī WCB-822C aizsardzības ierīcē II. zemes transformatora sliekšņa. Pēc kontaktbloka izvades, zemes transformatora sliekšnis izslēdzās. Jaunais fiksētais maršruts tika ievietots abu zemes transformatora sliekšņa un šķidrumu savienošanas sliekšņa sekundārās kabinetu durvis, un savienots ar fiksēto bloķēšanas shēmu caur fizisko spiediena plāksnes saiti. Bloķēšanas funkciju var ieslēgt vai atslēgt, pieslēdzot vai atslēdzot fiksēto spiediena plāksni.

Zemes transformatora savienojuma izslēgšanas signāla modifikācija neieslaidzē šķidruma daļā tika pabeigta iepriekš minētajā vienvietīgā šķidruma modernizācijas procesā attiecīgajai šķidruma daļai.

4. Sekas

Kā ārēji ievestais neitrālais punkts elektrosistēmās ar neatkopotu neitrālo konfigurāciju, zemes transformators spēlē būtisku lomu, lai nodrošinātu sistēmas drošumu un stabila darbību. Minētās labošanas būtiski palielina sistēmas drošumu, kad zemes transformators tiek izņemts no darbības, efektīvi izvairoties no pārvoltāžas un ierīču bojājumiem, ko izraisītu darbība bez zemes punkta. Pirms faktiskās realizācijas, jāveic detaļa pārbaude, pamatojoties uz konkrētajām ierīču modeļiem un sistēmas parametriem.