Подобрување на логиката за заштита и инженерска примената на трансформаторите за земја во системите за снабдување со електрична енергија во железопатските превозни системи

1. Конфигурација на системот и услови за работа
Главните трансформатори во главната подстанција на Конгресен центар и главната подстанција на Градски стадион на Железнички превоз во Чжунчоанг користат поврзување со звезда/делта са неповрзан нулт чвор. На страната на магистралата од 35 кВ се користи зиг-заг трансформатор за поврзување со земјата преку ниско-вредносен отпор, и истовремено доставува напон за станиски потреби. Кога се случи једнофазен кратки замок на линијата, формира се пат преку трансформаторот за поврзување со земјата, отпорот за поврзување со земјата и мрежата за поврзување со земјата, што генерира нулт редослед на строј.

Ова овозможува високо-сензитивна, селективна нулт-редоследна заштита во дефектниот дел да функционира надежно и моментално да прекине соодветните прекинувачи, со тоа да изолира дефектот и ограничи неговото влијание. Ако трансформаторот за поврзување со земјата е одлучен, системот станува не-поврзан систем. Во овој услов, једнофазен кратки замок би сериозно запризороил изолацијата на системот и безбедноста на опремата. Затоа, кога се активира заштитата на трансформаторот за поврзување со земјата, не само дека мора да се прекине самият трансформатор, туку и соодветниот главен трансформатор мора да се прекине преку интерлок.

2. Ограничувања на постојечките заштитни схеми
Во системите за снабдување на главната подстанција на Конгресен центар и главната подстанција на Градски стадион на Железнички превоз во Чжунчоанг, постојечката заштита за трансформаторот за поврзување со земјата вклучува само заштита против претерано ток. Кога дефектот предизвика прекинување на трансформаторот за поврзување со земјата и ќе биде изведен од употреба, само прекинува својот прерадник без интерлок за прекинување на соодветниот входен фидер прекинувач. 

Ова доведува до длабоко работен период на засегнатата магистрала без точка за поврзување со земјата. При једнофазен кратки замок во такви услови, може да се случи прекомерен напон или системот за заштита може да не детектира нулт-редоследен ток, што може да предизвика неправилно функционирање или нефункционирање на нулт-редоследната заштита - потенцијално ја ескалира инцидентата и компромитира целостната безбедност на системот за снабдување со електрична енергија.

Дополнително, при автоматско пренесување (автоматско пребарување) на магистралата, трансформаторот за поврзување со земјата на деенергизираната магистрала не се прекинува преку интерлок. Ова може да доведе до поврзување на двете магистрали преку прекинувачот за поврзување на магистралата, што резултира во двоточково поврзување со земјата во системот. Таков случај на двоточково поврзување со земјата може да доведе до две сериозни проблеми: (1) погрешна класификација на нулт-редоследниот ток при кратки замоци, што предизвика отказ на функционирање на заштитата или лажно прекинување; и (2) циркулантни токови индуцирани од нулт-редоследниот ток, што доведува до претопување на опремата и повреда на изолацијата.

Сегашната логика на заштита има значителни ограничувања. Конвенционалните заштитни уреди само ги мониторираат оперативната состојба на трансформаторот за поврзување со земјата и не ги установуваат интерлок логики со входните фидер прекинувачи или прекинувачот за поврзување на магистралата - недостасуваат потребни механизми за блокирање/интерлок.

3. Предлози за подобрување на постојечките ограничувања на заштитата

3.1 Предложени мерки за подобрување

Додадете „Мека логика за прекинување преку интерлок на трансформаторот за поврзување со земјата“

• Услов за активирање: Прекинувачот на трансформаторот за поврзување со земјата се отвара. Ако системот користи поврзување со ниски отпор, исчезнувањето на токот на отпорот за поврзување со земјата може да се додаде како дополнителен критериум.

• Дизајн на логика за прекинување преку интерлок: Прекинете входниот фидер прекинувач: Ако трансформаторот за поврзување со земјата е изведен и нема друга точка за поврзување со земјата на магистралата, прекинете преку интерлок входниот фидер прекинувач за да го пренесете опсегот на друга магистрала. Прекинете прекинувачот за поврзување на магистралата: Ако двете магистрали работат паралелно преку прекинувачот за поврзување на магистралата, прекинете преку интерлок прекинувачот за поврзување на магистралата за да изолирате магистралата без поврзување со земјата.

• Препорака за техничка имплементација: Додадете заштита против нулт-редоследен ток. При активирање на прекомерен ток или нулт-редоследен ток, уредот за заштита треба да прекине својот локален прекинувач и истовремено да испрати команди за прекинување преку интерлок на соодветниот входен фидер прекинувач и прекинувач за поврзување на магистралата. Производителите на уреди за заштита треба да модифицираат дијаграмот на интерлок логиката и да направат софтверски ажурирања според оваа логика.

3.2 Подобрување на заштитата базирано на нулт-редоследен напон

• Функција за блокирање/прекинување на нулт-редоследен прекомерен напон: Додадете заштита против нулт-редоследен прекомерен напон во схемата за заштита на магистралата како резервна кога трансформаторот за поврзување со земјата е изведен од употреба. Ако нулт-редоследниот напон надмине зададената граница за подолг период од предефинираното времетраење, автоматски прекинете входниот фидер или прекинувачот за поврзување на магистралата.

• Координација со состојбата на трансформаторот за поврзување со земјата: Врзметнете функцијата за заштита против нулт-редоследен напон со сигналот за оперативна состојба на трансформаторот за поврзување со земјата: Кога трансформаторот за поврзување со земјата работи нормално, заштитата против нулт-редоследен напон функционира во режим на аларма. Кога трансформаторот за поврзување со земјата е изведен, заштитата против нулт-редоследен напон се превклучува во режим на прекинување.

• Белешки за имплементација - Мерки за предизвикање на неправилно функционирање: Додадете времетраење за да се избегне лажно прекинување поради транзиторни пречања. Користете логика „И“ (напр. нулт-редоследен напон + изведен трансформатор за поврзување со земјата) за да ја подобрите надежноста.

3.3 Модификација на контролниот кружник (Подобрување на хардвер)

• Додадете хардверски интерлок кружници помеѓу уредот за заштита на трансформаторот за поврзување со земјата и уредот за заштита на входниот фидер прекинувач. Кога трансформаторот за поврзување со земјата прекине, сигналот за прекинување од излезната терминална на уредот за заштита → активира излезната терминална на уредот за заштита на входниот фидер прекинувач → прекинува входниот фидер прекинувач.

• Во време на автоматска преносна операција на врскање на магистралата, кога уредот за заштита на врската испраќа сигнал за прекинување на входниот прекидач, истовремено испраќа сигнал низ својот излезнок за поврзување → до излезнокот на уредот за заштита на преобразувачот за земјиште во станцијата → за прекинување на прекидачот на преобразувачот за земјиште.

3.4 Имплементација на модификациите на местото
Како што е прикажано во Табела 1, и Опција 1 и Опција 2 бараат модификација и надградба на уредите за заштита. Меѓутоа, главната подстанција на Конвентскиот и изложбени центар и главната подстанција на Градскиот стадион се стареечки објекти чие опрема е далеку надвор од гаранција. Имплементацијата на Опција 1 или Опција 2 би барала да производителот на оригинален уред за заштита ја изврши софтверската надградба, што би вклучувало значајна инвестиција во личен состав и финансии. Затоа, оперативниот персонал избрал Опција 3 - имплементација на модификациите на местото со додавање на жички системи за поврзување.

Кога земјината трансформаторска станција се искачува поради грешка, потребно е да се изврши межународно искачување на прекинувачот за входната електрична линија. При преглед, беше откриено дека резервните излези 1, 2 и 3 не се користат. По завршување на влакните операции, одржувачките лица поднесоа барање до диспечерот за опрема за работен дозвола ("баранье за дозвола за работа"). Диспечерот изврши пренос на оптеранието според оперативните потреби и одобри работниот дозвола кога условите биле прифатливи за изградба.

За межународната искачувања на колана: резервниот излез 2 (терминали 517/518) на плочата за сигнални 5# на заштитниот уред WCB-822C - нормално отворени контакти - беше поврзан во серија со новододадена жична межународна искачувања. Овој колан потоа беше поврзан со нормално отворените терминали на излез 5 (терминали 13/14) на плочата за излез 4# на заштитниот уред WBH-818A за прекинувачот за входната електрична линија. После излезниот сигнал од јазелот, прекинувачот за входната електрична линија се искачува. Жичната врска беше инсталирана помеѓу јазелот за земјина трансформаторска станција и јазелот за входната електрична линија, и интегрирана во жичната блокирачка колана преку физичка врска со притисна плочка. Активирањето или деактивирањето на оваа тешка притисна плочка одреѓа дали функцијата на блокирање е активна.

Точките за модификација за другата секција на шината се идентични со горепоменатите. Токму по време на рефанзирањето на двете секции на шината, се користеле секционирани входни линии за осигурување на непрекинато електроснабдување на соодветните области на услуга, со цел да се намали влијанието на поддржавањето на опремата по операцијата.

После завршување на модификациите, беше извршен тест на релето за заштита за проверка на функционалноста на межународната искачувања. Кога беше верифицирано како нормално, системот беше директно ставен во употреба.

Во однос на межународната искачувања на земјината трансформаторска станција на исклучената шина во време на автоматски пренос на шина (BATS): при преглед, беше откриено дека резервните излези 3 до 7 не се користат. По завршување на влакните операции, одржувачките лица поднесоа барање до диспечерот за опрема за работен дозвола. Диспечерот изврши пренос на оптеранието според оперативните потреби и одобри дозволата за работа кога условите за изградба беа исполнети.

За местната модификација на земјината трансформаторска станција на Секција I: беше додадена нова жична колана. Резервниот излез 3 (терминали 519/520) на плочата за сигнални 5# на заштитниот уред WBT-821C - нормално отворени контакти - беше поврзан во серија со новододадената жична колана, која потоа беше поврзана со нормално отворените терминали на резервниот излез 1 (терминали 514/515) на плочата за излез 5# на заштитниот уред WCB-822C во јазелот за земјината трансформаторска станција на Секција I. После излезниот сигнал од јазелот, прекинувачот за земјината трансформаторска станција се искачува. Новата жична колана беше инсталирана на второстепените врати на јазелот за земјината трансформаторска станција и јазелот за поврзување на шината, и поврзана во жичната блокирачка колана преку физичка врска со притисна плочка. Функцијата на блокирање може да се активира или деактивира со ангажување или разангажување на тешката притисна плочка.

За местната модификација на земјината трансформаторска станција на Секција II: беше додадена нова жична колана. Резервниот излез 4 (терминали 311/312) на плочата за проширнување 3# на заштитниот уред WBT-821C - нормално отворени контакти - беше поврзан во серија со новододадената жична колана, која потоа беше поврзана со нормално отворените терминали на резервниот излез 1 (терминали 514/515) на плочата за излез 5# на заштитниот уред WCB-822C во јазелот за земјината трансформаторска станција на Секција II. После излезниот сигнал од јазелот, прекинувачот за земјината трансформаторска станција се искачува. Новата жична колана беше инсталирана на второстепените врати на јазелот за земјината трансформаторска станција и јазелот за поврзување на шината, и поврзана во жичната блокирачка колана преку физичка врска со притисна плочка. Функцијата на блокирање може да се активира или деактивира со ангажување или разангажување на тешката притисна плочка.

Модификацијата на сигналот за межународна искачувања на земјината трансформаторска станција на исклучената шина во време на започнување на автоматски пренос на шина беше завршена во текот на предходниот процес на модификација на една шина за соодветната секција на шината.

4. Заклучок

Како уметно воведена нейтрална точка во електроенергетски системи со негрунтовани нейтрални конфигурации, земјината трансформаторска станција игра критична улога во осигурувањето на безопасноста и стабилната работа на системот. Горепоменатите подобрувања значително го подобруваат безбедноста на системот кога земјината трансформаторска станција е исклучена од служба, ефективно избегнувајќи ризик од надвольта и штета на опремата причинета од работа без точка за земја. Пред факултативната имплементација, треба да се изврши детална верификација врз основа на конкретни модели на опрема и системски параметри.