Forbedring av beskyttelseslogikk og ingeniørfaglig bruk av jordtransformatorer i strømforsyningsystemer for kollektivtransport

1. Systemkonfigurasjon og driftsforhold
Hovedtransformatorer ved Zhengzhou Rail Transports hovedunderstasjon for konferansesenteret og hovedunderstasjon for byens stadion bruker en stjerne/delta-vindingforbindelse med et ikke-jordet nøytralpunkt som driftsmodus. På 35 kV busssiden brukes en Zigzag-jordings-transformator, koblet til jord gjennom en lavverdi motstand, og den leverer også last til anlegget. Når det oppstår en enkelfase jordfeil på en linje, dannes en vei gjennom jordings-transformator, jordingsmotstand og jordnett, som genererer nullsekvensstrøm. 

Dette muliggjør høyfølsom, selektiv nullsekvensbeskyttelse i den feilende seksjonen, som fungerer pålitelig og umiddelbart utløser de tilhørende sirkuitsbryterne, dermed isolerer feilen og begrenser dens innvirkning. Hvis jordings-transformator er koblet fra, blir systemet et ujordet system. Under disse forhold kan en enkelfase jordfeil alvorlig truede systemisoleringen og utstyrsikkerheten. Derfor, når jordings-transformatorbeskyttelsen aktiveres, må ikke bare selve jordings-transformator utløses, men også den tilhørende hovedtransformator må kobles fra.

2. Begrensninger i eksisterende beskyttelsesskjemaer
I strømforsyningssystemene for hovedunderstasjonene for konferansesenteret og byens stadion ved Zhengzhou Rail Transport, inkluderer den eksisterende beskyttelsen for jordingsanleggs-transformator kun overstrømsbeskyttelse. Når en feil fører til at jordings-transformator utløses og fjernes fra tjeneste, utløser den bare sin egen skapning uten å kobles fra den tilhørende inngående strømforsyningsskapningen. 

Dette resulterer i at den berørte bussseksjonen opererer over lengre tid uten et jordepunkt. Ved en enkelfase jordfeil under slike forhold, kan overspenning oppstå eller beskyttelsessystemet kan mislykkes med å oppdage nullsekvensstrøm, noe som kan føre til at nullsekvensbeskyttelsen misfungerer eller ikke fungerer—potensielt øker hendelsen og svekker den totale strømforsyningssikkerheten.

I tillegg, under automatiske overføringer av busskopling (busskopling autoswitching), er ikke jordingsanleggs-transformator på den deenergerte bussen koblet fra. Dette kan føre til at begge bussseksjoner blir koblet sammen gjennom busskoplingsbryter, noe som resulterer i to-punktsjording i systemet. Slik to-punktsjordingsituasjon kan føre til to alvorlige problemer: (1) feil klassifisering av nullsekvensstrøm under jordfeil, noe som kan føre til at beskyttelsen mislykkes med å fungere eller feilaktig utløses; og (2) sirkulerende strømmer forårsaket av nullsekvensstrøm, noe som kan føre til utstyrsoveroppvarming og isoleringskader.

Den nåværende beskyttelseslogikken har betydelige begrensninger. Konvensjonelle beskyttelsesenheter overvåker bare driftsstatusen for jordings-transformator og oppretter ikke interlocking-logikk med inngående strømforsyningsskapninger eller busskoplingsbryter—uten nødvendige blokkering/interlock-mekanismer.

3. Anbefalinger for forbedring av eksisterende beskyttelsesbegrensninger

3.1 Forslag til forbedrings tiltak

Legg til "Jordingsanleggs-transformator utløsning interlock" Soft Logikk

• Utløsende betingelse: Bryteren til jordingsanleggs-transformator åpnes. Hvis systemet bruker lavresistans jording, kan forsvinning av jordingsmotstandsstrøm legges til som et ekstra kriterium.

• Interlock utløsningslogikk design: Utløs inngående strømforsyningsskapning: Hvis jordingsanleggs-transformator fjernes og ingen annet jordepunkt finnes på bussen, interlock-utløs inngående strømforsyningsskapning for å tvinge lastoverføring til en annen buss. Utløs busskoplingsbryter: Hvis begge bussseksjoner opererer parallelt gjennom busskoplingsbryter, interlock-utløs busskoplingsbryter for å isolate den ujordede bussen.

• Teknisk implementeringsanbefaling: Legg til nullsekvensstrømbeskyttelse. Ved overstrøm eller nullsekvensstrøm virksomhet, skal beskyttelsesenheten utløse sin lokale bryter og samtidig sende interlock-utløsningskommandoer til den tilhørende inngående strømforsyningsskapningen og busskoplingsbryter. Beskyttelsesenhetprodusenter bør endre interlock-logikkdiagrammet og utføre programvareoppgraderinger basert på denne logikken.

3.2 Beskyttelsesoppgradering basert på nullsekvensspenning

• Nullsekvens overvoltage blokkering/utløsning funksjon: Legg til nullsekvens overvoltage beskyttelse i bussbeskyttelseskjemaet som backup når jordingsanleggs-transformator er ute av tjeneste. Hvis nullsekvensspenning overstiger angitt terskel i mer enn forhåndsinnstilt tidsforsinkelse, utløses automatisk inngående strømforsyning eller busskoplingsbryter.

• Koordinering med jordings-transformator status: Kopler nullsekvensspenning beskyttelsesfunksjonen til driftsstatussignalet for jordingsanleggs-transformator: Når jordings-transformator fungerer normalt, opererer nullsekvensspenning beskyttelse i alarmmodus. Når jordings-transformator er ute av tjeneste, skifter nullsekvensspenning beskyttelse til utløsningsmodus.

• Implementeringsnotater – Anti-misoperasjons tiltak: Legg til tidsforsinkelse for å unngå feilaktig utløsning på grunn av midlertidige forstyrrelser. Bruk "OG" logikk-kriterier (f.eks. nullsekvensspenning + jordings-transformator av-status) for å øke påliteligheten.

3.3 Kontrollkretsmodifikasjon (Maskinvarestyrking)

• Legg til hard-wired interlockkretser mellom jordingsanleggs-transformatorbeskyttelsen og inngående strømforsyningsskapningsbeskyttelsen. Når jordings-transformator utløses, utløsesignal fra dens beskyttelsesenhets utgangsterminal → utløser inngående strømforsyningsskapningsbeskyttelses enhets utgangsterminal → utløser inngående strømforsyningsskapning.

• Under bus tie auto-transfer operation, when the bus tie protection device sends a signal to trip the incoming feeder breaker, it simultaneously sends a signal via its interlock output terminal → to the grounding station service transformer switch protection device’s output terminal → to trip the grounding transformer breaker.

3.4 Implementering av ombygging på stedet
Som vist i tabell 1, krever både alternativ 1 og alternativ 2 endringer og oppgraderinger av beskyttelsesenheter. Imidlertid er konsesjon- og messehovedtransformatorstasjonen samt kommunale stadion hovedtransformatorstasjon eldre transformatorstasjoner der utstyret langt overstiger garantiens varighet. Å implementere alternativ 1 eller 2 ville kreve at den opprinnelige beskyttelsesenhetsprodusenten utfører programvareoppgraderinger, noe som involverer betydelig arbeidskraft og finansielle investeringer. Derfor har driftspersonalet valgt alternativ 3 – å implementere modifikasjoner på stedet ved å legge til hardkoblede sperre-sirkuits.

Når jordtransformator blir avslått på grunn av en feil, kreves det at inngangsforsyningssikkerhetsbryteren kobles sammen og avslås. Ved inspeksjon ble det funnet at reservelutgangene 1, 2 og 3 ikke var i bruk. Etter at togdriften var avsluttet, søkte vedlikeholdsansatte hos utstyrsdistributøren om arbeidsstillatelse ("anmodning om arbeidstillatelse"). Distributøren overførte belastningen i henhold til driftsbehov og godkjente arbeidsstillatelsen når forholdene var egnet for konstruksjon.

For koblet avslagssirkelen: Reservelutgang 2 (kontakter 517/518) på 5# signalkortet i beskyttelsesenheten WCB-822C—vanligvis åpne kontakter—ble koblet i serie inn i en ny lagt hardtrådslinje for kobling. Denne sirkelen ble deretter ledet til vanligvis åpne kontakter for lutgang 5 (kontakter 13/14) på 4# utgående kortet i beskyttelsesenheten WBH-818A for inngangsforsyningssikkerhetsbryterkabinetet. Etter at signalet fra terminalblokkene ble sendt, slo inngangsforsyningssikkerhetsbryteren. Hardtrådsforbindelsen ble installert mellom jordtransformatorkabinetet og inngangsforsyningssikkerhetsbryterkabinetet, og integrert i den hardtrådlagde blokkeringskretsen via en fysisk trykkplaterelasjon. Aktivering eller deaktivering av denne hardtrykkplaten bestemmer om blokkeringsfunksjonen er aktiv.

Endringspunktene for den andre busseksjonen er identiske med de ovennevnte. Under moderniseringen av begge busseksjoner ble sektionerte inngangsforsyninger brukt for å sikre ubrudt strømforsyning til de respektive tjenesteeområdene, noe som minimerer virkningen på postoperativt utstyrsvedlikehold.

Etter fullført modernisering, ble beskyttelsesrelétesting utført for å verifisere koblet avslagsfunksjonen. Når dette var bekreftet som normalt, ble systemet direkte tatt i bruk.

Angående koblet avslag av jordstationstransformator på deenerget buss under busskobling automatisk overføring (BATS) operasjon: ved inspeksjon ble det funnet at reservelutgangene 3 til 7 ikke var i bruk. Etter at togdriften var avsluttet, søkte vedlikeholdsansatte hos utstyrsdistributøren om arbeidsstillatelse. Distributøren utførte belastningsveksling i henhold til driftsbehov og gav tillatelse når byggeforhold var oppfylt.

For lokal modernisering av seksjon I buss jordstationstransformator: ble en ny hardtrådslinje lagt til. Reservelutgang 3 (kontakter 519/520) på 5# signalkortet i beskyttelsesenheten WBT-821C—vanligvis åpne kontakter—ble koblet i serie inn i den nye hardtrådslinjen, som deretter ble ledet til vanligvis åpne kontakter for reservelutgang 1 (kontakter 514/515) på 5# utgående kortet i beskyttelsesenheten WCB-822C i seksjon I jordstationstransformator kabinet. Etter terminalutdata, slo jordtransformatorbryteren. Den nye hardtrådslinjen ble installert ved sekundære kabinettdører for både jordtransformatorkabinetet og busskoblingskabinetet, og koblet inn i den hardtrådlagde blokkeringskretsen via en fysisk trykkplaterelasjon. Blokkeringsfunksjonen kan aktiveres eller deaktiveres ved å engasjere eller frigjøre hardtrykkplaten.

For lokal modernisering av seksjon II buss jordstationstransformator: ble en ny hardtrådslinje lagt til. Reservelutgang 4 (kontakter 311/312) på 3# ekspansjonskortet i beskyttelsesenheten WBT-821C—vanligvis åpne kontakter—ble koblet i serie inn i den nye hardtrådslinjen, som deretter ble ledet til vanligvis åpne kontakter for reservelutgang 1 (kontakter 514/515) på 5# utgående kortet i beskyttelsesenheten WCB-822C i seksjon II jordstationstransformator kabinet. Etter terminalutdata, slo jordtransformatorbryteren. Den nye hardtrådslinjen ble installert ved sekundære kabinettdører for både jordtransformatorkabinetet og busskoblingskabinetet, og koblet inn i den hardtrådlagde blokkeringskretsen via en fysisk trykkplaterelasjon. Blokkeringsfunksjonen kan aktiveres eller deaktiveres ved å engasjere eller frigjøre hardtrykkplaten.

Modifisering av koblet avslagssignal for jordstationstransformator på deenerget buss under busskobling automatisk overføring start ble fullført under nevnte enebusmoderniseringsprosess for den tilsvarende busseksjonen.

4. Konklusjon

Som et kunstig innført nøytralpunkt i strømsystemer med ikke-jordet nøytralkonfigurasjon, spiller jordtransformator en viktig rolle for å sikre systemets sikkerhet og stabil drift. De beskrevne forbedringene øker betydelig systemets sikkerhet når jordtransformator fjernes fra tjeneste, og unngår effektivt risiko for overstrømning og utstyrsskade som følge av drift uten jordpunkt. Før faktisk implementering, må detaljert verifisering utføres basert på spesifikke utstyrmodeller og systemparametre.