Unapređenje logike zaštite i inženjerska primena zemljajućih transformatora u sistemima snabdevanja električnom energijom za železnički promet

1. Konfiguracija sistema i uslovi rada
Glavni transformatori u glavnoj podstanici za konferencije i izložbe i glavnoj podstanici gradskog stadiona Žengzhou Rail Transit koriste vezu zvezda/delta sa operativnim režimom neterašenog neutralnog tačke. Na strani autobusa od 35 kV koristi se zigzag transformator sa priključkom na tlo preko otpornika niske vrednosti, koji takođe snabdeva opterećenje stanice. Kada dođe do jednofaznog kratkospojne greške na liniji, formira se put preko transformatora za priključak na tlo, otpornika za priključak na tlo i mreže za priključak na tlo, generišući nulto-strujnu struju.

Ovo omogućava visokoosetljivu, selektivnu nulto-strujnu zaštitu unutar oštećenog segmenta da radi pouzdano i odmah isključi odgovarajuće prekidače, time izoluje grešku i ograničava njeno uticaj. Ako je transformator za priključak na tlo isključen, sistem postaje neterašeni sistem. U ovom stanju, jednofazna greška na tlu bi ozbiljno prijetila izolaciji sistema i sigurnosti opreme. Stoga, kada se aktivira zaštita transformatora za priključak na tlo, ne samo da se mora isključiti sam transformator, već mora biti i povezan s isključivanjem odgovarajućeg glavnog transformatora.

2. Ograničenja postojećih shema zaštite
U sistemu snabdijevanja električnom energijom glavne podstanice za konferencije i izložbe i glavne podstanice gradskog stadiona Žengzhou Rail Transit, postojeća zaštita za transformator stanice za priključak na tlo uključuje samo zaštitu od prekomjerne struje. Kada greška dovede do isključivanja transformatora za priključak na tlo i njegovog uklanjanja iz rada, isključuje samo svoju sopstvenu opremu bez povezane akcije na isključivanje odgovarajućeg prekidača za ulaznu struju.

To dovodi do toga da se oštećeni segment autobusa duže vreme funkcioniše bez tačke priključka na tlo. U slučaju jednofazne greške na tlu u takvim uslovima, može doći do prekomernog napona ili zaštitni sistem može propustiti u detektovanju nulto-strujne struje, što dovodi do nepravilnog funkcionisanja ili neaktiviranja nulto-strujne zaštite – potencijalno eskalirajući incident i kompromitirajući opštu sigurnost sistema snabdijevanja električnom energijom.

Dodatno, tokom automatskog prebacivanja među autobusima (automatsko prebacivanje autobusa), transformator stanice za priključak na tlo na deenergiziranom segmentu autobusa nije povezan sa isključivanjem. To može dovesti do toga da se oba segmenta autobusa povežu preko prekidača autobusa, rezultujući dvotačnim priključkom na tlo unutar sistema. Takva situacija sa dvotačnim priključkom na tlo može dovesti do dve ozbiljne probleme: (1) pogrešna klasifikacija nulto-strujne struje tokom grešaka na tlu, dovodeći do odbijanja radnje zaštite ili lažnog isključivanja; i (2) cirkulacione struje indukovane nulto-strujnom strujom, dovodeći do pregrejavanja opreme i oštećenja izolacije.

Trenutna logika zaštite ima značajna ograničenja. Konvencionalni uređaji za zaštitu samo nadgledaju status rada transformatora za priključak na tlo i ne postavljaju logiku interlokiranja sa prekidačima za ulaznu struju ili prekidačem autobusa – nedostaju potrebni mehanizmi blokade/interlokiranja.

3. Preporuke za poboljšanje postojećih ograničenja zaštite

3.1 Predložene mere za poboljšanje

Dodati „Mešovitu logiku za interlokiranje isključivanja transformatora stanice za priključak na tlo”

• Uslov aktivacije:Otvaranje prekidača transformatora stanice za priključak na tlo. Ako se koristi priključak na tlo sa niskim otporom, nestanak struje otpornika za priključak na tlo može biti dodat kao dodatni kriterijum.

• Dizajn logike interlokiranog isključivanja:Isključivanje prekidača za ulaznu struju: Ako je transformator stanice za priključak na tlo uklonjen i ne postoji druga tačka priključka na tlo na segmentu autobusa, interlokirano isključivanje prekidača za ulaznu struju da prisili prebacivanje opterećenja na drugi segment autobusa.Isključivanje prekidača autobusa: Ako oba segmenta autobusa rade paralelno preko prekidača autobusa, interlokirano isključivanje prekidača autobusa da izoluje segment autobusa bez priključka na tlo.

• Preporuka za tehničku implementaciju:Dodati zaštitu nulto-strujne struje. Kada dođe do prekomerne struje ili nulto-strujne struje, uređaj za zaštitu treba isključiti svoj lokalni prekidač i istovremeno poslati naredbe za interlokirano isključivanje odgovarajućem prekidaču za ulaznu struju i prekidaču autobusa. Proizvođači uređaja za zaštitu trebaju modifikovati dijagram interlokirane logike i izvršiti softverske nadogradnje na osnovu ove logike.

3.2 Nadogradnja zaštite bazirana na nulto-strujnom naponu

• Funkcija blokade/isključivanja prekomernog nulto-strujnog napona:Dodati zaštitu prekomernog nulto-strujnog napona u shemu zaštite autobusa kao rezervnu kada je transformator stanice za priključak na tlo van rada. Ako prekomerni nulto-strujni napon premaši postavljeni prag duže od predpostavljenog vremenskog kašnjenja, automatski isključiti prekidač za ulaznu struju ili prekidač autobusa.

• Koordincija sa statusom transformatora za priključak na tlo:Povezati funkciju zaštite prekomernog nulto-strujnog napona sa signalom statusa rada transformatora stanice za priključak na tlo:Kada transformator za priključak na tlo normalno radi, zaštita prekomernog nulto-strujnog napona radi u režimu alarmiranja.Kada je transformator za priključak na tlo van rada, zaštita prekomernog nulto-strujnog napona prelazi u režim isključivanja.

• Napomene o implementaciji – Mere protiv pogrešnog funkcionisanja:Dodati vremensko kašnjenje kako bi se izbegao lažni pokret zbog privremenih smetnji.Koristiti logiku „I” (npr., nulto-strujni napon + status isključenog transformatora za priključak na tlo) kako bi se pojačala pouzdanost.

3.3 Modifikacija kontrolne šeme (pojačanje hardvera)

• Dodati hardverske interlokirane kružnica između uređaja za zaštitu transformatora stanice za priključak na tlo i uređaja za zaštitu prekidača za ulaznu struju. Kada transformator za priključak na tlo isključi, signal isključivanja sa izlaznog terminala njegovog uređaja za zaštitu → aktivira izlazni terminal uređaja za zaštitu prekidača za ulaznu struju → isključuje prekidač za ulaznu struju.

• Tokom automatskog prebacivanja preko spojne šine, kada uređaj za zaštitu spojne šine šalje signal za isključivanje ulaznog prekidnika, istovremeno šalje signal preko svog izlaza za vezu → na izlazni terminal uređaja za zaštitu transformatora niskog napona → kako bi se isključio prekidnik transformatora niskog napona.

3.4 Implementacija nadogradnje na mestu
Kao što je prikazano u Tabeli 1, i Opcija 1 i Opcija 2 zahtevaju modifikaciju i unapređenje uređaja za zaštitu. Međutim, glavna podstanica Konvencijskog i izložbenog centra i glavna podstanica Gradskog stadiona su zastarele podstancice čiji opremi je garantna doba daleko iza. Implementacija Opcije 1 ili Opcije 2 zahtevala bi da originalni proizvođač uređaja za zaštitu obavi softverska nadogradnja, što bi uključivalo značajan ulog ljudskih resursa i finansijskih sredstava. Stoga su operativni radnici izabrali Opciju 3 - implementaciju modifikacija na mestu dodavanjem hardvera vezanih krugova.

Kada se transformator za zemljenje isključi zbog greške, potrebno je da se automatski isključi prekidnik za ulaznu struju. Nakon pregleda utvrđeno je da su rezervne izlaze 1, 2 i 3 bile neiskorišćene. Nakon završetka rada vozova, održavajući osoblje je podnijelo zahtev za dozvolu za rad ("zahtev za autorizaciju rada") upravljajućem dispečeru. Dispečer je izvršio prebacivanje opterećenja prema operativnim zahtevima i odobrio dozvolu za rad kada su bili ispunjeni uslovi za izvođenje radova.

Za vezu interlokiranog isključivanja: rezervni izlaz 2 (kontakti 517/518) na 5# signalačkoj ugrađenoj ploči uređaja za zaštitu WCB-822C—normalno otvoreni kontakti—bili su serijalno povezani u novu hardverovsku vezu interlokiranog isključivanja. Ova veza je onda proširena na normalno otvorene kontakte izlaza 5 (kontakti 13/14) na 4# izlaznoj ugrađenoj ploči uređaja za zaštitu WBH-818A za sklopnu opremu ulazne struje. Nakon izlaza signala sa terminalne ploče, prekidnik za ulaznu struju se isključio. Hardverovska veza je instalirana između sklopne opreme transformatora za zemljenje i sklopne opreme ulazne struje, i integrirana u hardverovsku blokiranu vezu putem fizičkog spajanja pritiskom. Uključivanjem ili isključivanjem ovog čvrstog pritiska određuje se da li je funkcija blokiranja aktivna.

Tocke promene za drugu bus sekciju su identične sa gorenavedenim. Tijekom nadogradnje obe bus sekcije, koristile su se sekcionalne ulazne struje kako bi se osiguralo neprekidno snabdijevanje električnom energijom odgovarajućih servisnih zona, s tim što je minimiziran uticaj na održavanje opreme nakon operacija.

Nakon završetka promena, testirana je funkcija reléa za zaštitu kako bi se verifikovala funkcija interlokiranog isključivanja. Nakon potvrđenja da je sve u redu, sistem je direktno postavljen u eksploataciju.

U vezi s interlokiranim isključivanjem stanice transformatora za zemljenje na deenergiziranom bus-u tijekom auto-prebacivanja među busovima (BATS): pri pregledu utvrđeno je da su rezervni izlazi 3 do 7 bili neiskorišćeni. Nakon završetka rada vozova, održavajuće osoblje je podnijelo zahtev za dozvolu za rad. Dispečer je izvršio prebacivanje opterećenja prema operativnim potrebama i odobrio dozvolu za rad kada su bili ispunjeni uslovi za izvođenje radova.

Za lokalnu nadogradnju transformatora za zemljenje na Bus I: dodat je novi hardverovski kolo. Rezervni izlaz 3 (kontakti 519/520) na 5# signalačkoj ugrađenoj ploči uređaja za zaštitu WBT-821C—normalno otvoreni kontakti—bili su serijalno povezani u novo hardverovsko kolo, koje je onda prošireno na normalno otvorene kontakte rezervnog izlaza 1 (kontakti 514/515) na 5# izlaznoj ugrađenoj ploči uređaja za zaštitu WCB-822C u sklopnoj opremi transformatora za zemljenje Bus I. Nakon izlaza signala sa terminalne ploče, prekidnik transformatora za zemljenje se isključio. Novo hardverovsko kolo je instalirano na sekundarnim vrataima sklopne opreme transformatora za zemljenje i sklopne opreme međubusnog prekidnika, i spojeno u hardverovsku blokirajuću vezu putem fizičkog spajanja pritiskom. Funkcija blokiranja može se omogućiti ili onemogućiti uključivanjem ili isključivanjem čvrstog pritiska.

Za lokalnu nadogradnju transformatora za zemljenje na Bus II: dodat je novi hardverovski kolo. Rezervni izlaz 4 (kontakti 311/312) na 3# ekspanzijskoj ugrađenoj ploči uređaja za zaštitu WBT-821C—normalno otvoreni kontakti—bili su serijalno povezani u novo hardverovsko kolo, koje je onda prošireno na normalno otvorene kontakte rezervnog izlaza 1 (kontakti 514/515) na 5# izlaznoj ugrađenoj ploči uređaja za zaštitu WCB-822C u sklopnoj opremi transformatora za zemljenje Bus II. Nakon izlaza signala sa terminalne ploče, prekidnik transformatora za zemljenje se isključio. Novo hardverovsko kolo je instalirano na sekundarnim vrataima sklopne opreme transformatora za zemljenje i sklopne opreme međubusnog prekidnika, i spojeno u hardverovsku blokirajuću vezu putem fizičkog spajanja pritiskom. Funkcija blokiranja može se omogućiti ili onemogućiti uključivanjem ili isključivanjem čvrstog pritiska.

Izmjena signala interlokiranog isključivanja transformatora za zemljenje na deenergiziranom bus-u tijekom pokretanja auto-prebacivanja među busovima (BATS) završena je tokom gorenavedene procesure nadogradnje jednog busa za odgovarajuću bus sekciju.

4. Zaključak

Kao umjetno uvedena neutralna tačka u elektroenergetskim sistemima sa nenegativnim neutralnim konfiguracijama, transformator za zemljenje ima ključnu ulogu u osiguranju sigurnosti i stabilnosti sistema. Opisane poboljšane mere značajno unapređuju sigurnost sistema kada se transformator za zemljenje isključi iz servisa, efektivno izbegavajući rizike od preopterećenja i oštećenja opreme zbog rada bez tačke zemljenja. Pre stvarnog implementiranja, potrebno je izvršiti detaljnu verifikaciju temeljenu na specifičnim modelima opreme i parametrima sistema.