Förbättring av skyddslogik och teknisk tillämpning av jordtransformatorer i spårvägsnätets elsystem

1. Systemkonfiguration och driftvillkor
Huvudtransformatorerna vid Zhengzhou Rail Transports huvudstationer Convention & Exhibition Center och Municipal Stadium använder en stjärn/delta vindningsanslutning med icke-ankrad neutralpunkt. På 35 kV busssidan används en Zigzag-jordande transformator, ansluten till jorden genom en låg resistans, och den levererar även stationära belastningar. Vid ett enfasjordfel på en linje bildas en strömledning genom jordandetransformatorn, jordresistorn och jordnätet, vilket genererar nollsekvensström.

Detta möjliggör högsensitiv, selektiv nollsekvensskydd inom det defekta avsnittet för att fungera pålitligt och omedelbart koppla ur motsvarande brytare, därigenom isolera felet och begränsa dess effekt. Om jordandetransformatorn kopplas ifrån blir systemet ett icke-ankrat system. I detta tillstånd skulle ett enfasjordfel allvarligt hota systemisoleringen och utrustningssäkerheten. Därför måste inte bara jordandetransformatorn kopplas ifrån utan också den associerade huvudtransformatorn vid operation av jordandetransformatorns skydd.

2. Begränsningar i befintliga skyddsprogram
I elnätssystemen vid huvudstationerna Convention & Exhibition Center och Municipal Stadium för Zhengzhou Rail Transit inkluderar det befintliga skyddet för jordande stationär transformator endast överströmskydd. När ett fel orsakar att jordandetransformatorn kopplas ifrån och tas ur drift, kopplas endast dess egen spänningsbrytare ifrån utan koppling till motsvarande inkommande elförsörjningsbrytare.

Detta resulterar i att det berörda busssnittet drifter utan ankarpunkt under en längre tid. Vid ett enfasjordfel under sådana förhållanden kan överspänning uppstå eller kan skyddssystemet misslyckas med att upptäcka nollsekvensström, vilket leder till att nollsekvensskyddet missköts eller inte fungerar—potentiellt ökar incidenten och skadar den totala elsystemets säkerhet.

Dessutom kopplas inte jordande stationär transformator på deenergiserat busssnitt under automatiska busstieöverföring (busstieautoswitch) operationer. Detta kan leda till att båda busssnitten blir sammanbundna via busstiebrytaren, vilket resulterar i ett tvåpunktsjordningstillstånd inom systemet. Ett sådant tvåpunktsjordningsscenario kan leda till två allvarliga problem: (1) felklassificering av nollsekvensström vid jordfel, vilket leder till att skyddet vägrar fungera eller falskt aktiveras; och (2) cirkulerande strömmar orsakade av nollsekvensström, vilket leder till utrustningsöverhettning och isoleringskada.

Den nuvarande skyddlogiken har betydande begränsningar. Konventionella skyddsenheter övervakar endast driftstatusen för jordandetransformatorn och etablerar ingen länklogik med inkommande elförsörjningsbrytare eller busstiebrytare—det saknas nödvändiga blockering/interlock-mekanismer.

3. Förslag för att förbättra begränsningar i befintliga skydd

3.1 Förslagna åtgärder för förbättring

Lägg till "Jordande Stationär Transformator Tripp Interlock" Soft Logic

• Utlösningstillstånd:Spänningsbrytaren för jordande stationär transformator öppnas. Om systemet använder lågresistansjordning kan försvinnandet av jordresistansström läggas till som ett ytterligare kriterium.

• Interlock Tripp Logik Design:Koppla ifrån inkommande elförsörjningsbrytare: Om jordande stationär transformator tas bort och det finns ingen annan jordpunkt på busssnittet, koppla ifrån inkommande elförsörjningsbrytare för att tvinga lastöverföring till en annan bus.Koppla ifrån busstiebrytare: Om båda busssnitten drivs parallellt via busstiebrytaren, koppla ifrån busstiebrytaren för att isolera det icke-ankrade busssnittet.

• Teknisk Implementering Rekommendation:Lägg till nollsekvensströmskydd. Vid överström eller nollsekvensström aktivitet bör skyddenheten koppla ifrån sin lokala brytare och samtidigt skicka interlock-tripp-kommandon till motsvarande inkommande försörjningsbrytare och busstiebrytare. Tillverkare av skyddenheter bör modifiera interlock-logikdiagrammet och utföra mjukvaruuppdateringar baserat på denna logik.

3.2 Skyddsuppgradering baserad på nollsekvensspänning

• Nollsekvens Överspänning Blockering/Tripp Funktion:Lägg till nollsekvensöverspänningsskydd i bussskyddsschemat som reserv när jordande stationär transformator är utanför tjänst. Om nollsekvensspänningen överskrider inställd tröskel under förinställd tidsdelay, trippa automatiskt inkommande försörjnings- eller busstiebrytare.

• Samordning med Jordandetransformatorns Driftstatus:Anslut nollsekvensspänningsskyddsfunktionen till driftstatussignalen från jordande stationär transformator:När jordandetransformatorn fungerar normalt, fungerar nollsekvensspänningsskyddet i larmläge.När jordandetransformatorn är utanför tjänst, växlar nollsekvensspänningsskyddet till tripp-läge.

• Implementeringsnoteringar – Anti-falskt tripp-åtgärder:Lägg till tidsdelay för att undvika falskt tripp pga tillfällig störning.Använd "OCH" logikkriterier (t.ex., nollsekvensspänning + jordandetransformator utanför tjänst) för att öka tillförlitlighet.

3.3 Kontrollkretsmodifiering (Hårdvara Förbättring)

• Lägg till hårdvädrade interlockkretsar mellan skyddenheten för jordande stationär transformator och skyddenheten för inkommande elförsörjningsbrytare. När jordandetransformatorn trippar, trippsignalen från dess skyddenhetens utgångsterminal → aktiverar inkommande elförsörjnings-skyddenhetens utgångsterminal → trippar inkommande elförsörjningsbrytaren.

• 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 Implementation av ombyggnad på plats
Enligt tabell 1 kräver både alternativ 1 och alternativ 2 modifiering och uppgradering av skyddsutrustning. Emellertid är konvention- och mässcentrums huvudstation samt kommunal stadion huvudstation åldrade anläggningar vars utrustning ligger långt utanför garantisperioden. Att genomföra alternativ 1 eller alternativ 2 skulle kräva att den ursprungliga tillverkaren av skyddsutrustningen utför programvaruuppgraderingar, vilket innebär betydande mänskliga och ekonomiska resurser. Därför har driftpersonalen valt alternativ 3 – att implementera modifieringar på plats genom att lägga till hårdkörta kopplingskretsar.

När jordtransformatorn kopplas ur på grund av ett fel, krävs det att inkommande strömförsörjningsbrytaren kopplas ur i länk. Vid inspektion konstaterades att reserverade utgångar 1, 2 och 3 inte användes. Efter att tågtrafiken avslutats ansökte underhållspersonal till utrustningsdispatcher om arbetsmedgivande ("förfrågan om arbetsmedgivande"). Dispatcher utförde lastöverföring enligt driftsbehov och beviljade arbetsmedgivande när förhållandena var lämpliga för byggnadsarbete.

För länkkopplingsbrytarkretsen: reserverad utgång 2 (kontakter 517/518) på 5# signalmodulen i skyddseheten WCB-822C—normalt öppna kontakter—anslöt seriekoplat till en nyligen tillagd hårdtrådkrets. Denna krets ledde till normalt öppna kontakter vid utgång 5 (kontakter 13/14) på 4# utgångsmodulen i skyddseheten WBH-818A för inkommande strömförsörjningsbrytare. Efter utgångssignalen från terminalblocket trippade inkommande försörjningsbrytaren. Hårdtråden installerades mellan jordtransformatorns brytaravdelning och inkommande försörjningsbrytaravdelningen, och integrerades i den hårdtrådda blockeringssirkeln via en fysisk tryckplatta. Aktivering eller avaktivering av denna hårdtryckplatta bestämmer om blockeringss funktionen är aktiv.

Ändringspunkterna för den andra bussholmen är identiska med ovanstående. Under moderniseringen av båda bussholmarna användes sektionerade inkommande försörjningar för att säkerställa oföravbruten strömförsörjning till de respektive driftsområdena, vilket minimerade påverkan på efterdriftsunderhåll.

Efter fullbordade ändringar genomfördes reläskyddstest för att verifiera länkkopplingsfunktionen. När detta verifierats som normalt placerades systemet direkt i drift.

Angående länkkoppling av jordstationstransformatorn på avstängd bussholme under bussholmlänkning (BATS): vid inspektion konstaterades att reserverade utgångar 3 till 7 inte användes. Efter avslutad tågtrafik ansökte underhållspersonal till utrustningsdispatcher om arbetsmedgivande. Dispatcher utförde lastöverföring enligt driftsbehov och beviljade medgivande när byggnadsförhållandena uppfylldes.

För platsmodernisering av jordstationstransformatorn för bussholme I: en ny hårdtrådkrets lades till. Reserverad utgång 3 (kontakter 519/520) på 5# signalmodulen i skyddseheten WBT-821C—normalt öppna kontakter—anslöt seriekoplat till den nya hårdtrådkretsen, som sedan ledde till normalt öppna kontakter vid reserverad utgång 1 (kontakter 514/515) på 5# utgångsmodulen i skyddseheten WCB-822C i jordstationstransformatorns brytaravdelning för bussholme I. Efter terminalutgången trippade jordtransformatorns brytare. Den nya hårdtrådkretsen installerades vid sekundära skåpdörrarna för både jordtransformatorns brytaravdelning och bussholmlänkningsbrytaravdelningen, och anslöts till den hårdtrådda blockeringssirkeln via en fysisk tryckplatta. Blockeringss funktionen kan aktiveras eller avaktiveras genom att engagera eller avengagera den hårda tryckplattan.

För platsmodernisering av jordstationstransformatorn för bussholme II: en ny hårdtrådkrets lades till. Reserverad utgång 4 (kontakter 311/312) på 3# expansionsmodulen i skyddseheten WBT-821C—normalt öppna kontakter—anslöt seriekoplat till den nya hårdtrådkretsen, som sedan ledde till normalt öppna kontakter vid reserverad utgång 1 (kontakter 514/515) på 5# utgångsmodulen i skyddseheten WCB-822C i jordstationstransformatorns brytaravdelning för bussholme II. Efter terminalutgången trippade jordtransformatorns brytare. Den nya hårdtrådkretsen installerades vid sekundära skåpdörrarna för både jordtransformatorns brytaravdelning och bussholmlänkningsbrytaravdelningen, och anslöts till den hårdtrådda blockeringssirkeln via en fysisk tryckplatta. Blockeringss funktionen kan aktiveras eller avaktiveras genom att engagera eller avengagera den hårda tryckplattan.

Modifikationen av länkkopplingsignalen för jordstationstransformatorn på avstängd bussholme under bussholmlänkning startades under den omtalade enskilda bussholmmoderniseringen för den motsvarande bussholmen.

4. Slutsats

Som en mänskligt introducerad neutralpunkt i elsystem med icke-jordade neutralkonfigurationer spelar jordtransformatorn en viktig roll för att säkerställa systemets säkerhet och stabil drift. De ovan beskrivna förbättringarna förbättrar betydligt systemets säkerhet när jordtransformatorn tas ur drift, effektivt undviker risker för överspänning och utrustningskador orsakade av drift utan jordpunkt. Innan faktisk implementering måste en detaljerad verifiering utföras baserat på specifika utrustningsmodeller och systemparametrar.