Ray Sistemlerinde Toplanma Traforlarının Koruma Mantığı İyileştirmesi ve Mühendislik Uygulaması

1. Sistem Yapılandırması ve İşletme Koşulları
Zhengzhou Raylı Ulaşımın Kongre ve Sergi Merkezi Ana Tesis ve Belediye Stadyumu Ana Tesisindeki ana transformatorlar, yıldız/delta sarım bağlantısı ve yerleştirilmemiş nötr nokta işletme modu kullanılarak kurulmuştur. 35 kV otobüs tarafında, zigzag yerleştirme transformatoru kullanılır, düşük değerli bir direnç aracılığıyla toprağa bağlanır ve aynı zamanda istasyon yüklerine güç sağlar. Hat üzerinde tek fazlı toprak kısa devre arızası oluştuğunda, yerleştirme transformatoru, toprak direnci ve toprak ağı aracılığıyla bir yol oluşur, sıfır dizi akımı üretir.

Bu, hata bölgesi içinde yüksek hassasiyetli, seçici sıfır dizi korumasının güvenilir ve hemen çalışmasını sağlayarak, ilgili anahtarlara triptir ve hatayı izole eder, etkisini sınırlar. Eğer yerleştirme transformatoru devredışı bırakılırsa, sistem bir yerleştirilmemiş sistem haline gelir. Bu durumda, tek fazlı toprak hatası, sistemin yalıtımını ve ekipman güvenliğini ciddi şekilde tehdit edecektir. Bu nedenle, yerleştirme transformatoru koruması çalıştığında, sadece yerleştirme transformatorunun kendisi değil, aynı zamanda ilgili ana transformatör de zincirlenmiş olarak triplenecektir.

2. Mevcut Koruma Şemalarının Sınırlamaları
Zhengzhou Raylı Ulaşımın Kongre ve Sergi Merkezi Ana Tesis ve Belediye Stadyumu Ana Tesisindeki güç sağlama sistemlerinde, mevcut yerleştirme istasyon servis transformatoru koruması sadece aşırı akım korumasını içerir. Bir hata, yerleştirme transformatorunu triplettirip hizmetten çıkarırken, sadece kendi anahtar takımını tripler, gelen enerji besleme kesicisi ile zincirlenmiş triplere neden olmaz.

Bu, etkilenen otobüs bölümünün uzun bir süre boyunca bir toprak noktası olmadan işlemesine neden olur. Bu koşullar altında tek fazlı toprak hatası olması durumunda, aşırı gerilme oluşabilir veya koruma sistemi sıfır dizi akımını tespit edemez, bu da sıfır dizi korumasının yanlış çalışmasına veya çalışmamasına neden olur—bu durum olayı daha da büyütür ve genel güç sistemi güvenliğini tehlikeye atar.

Ayrıca, otobus bağlantı otomatik aktarma (otobus bağlantı otomatik geçiş) işlemlerinde, de-enerjize edilmiş otobüs bölümündeki yerleştirme istasyon servis transformatoru zincirlenmiş triplere neden olmaz. Bu, her iki otobüs bölümüne de otobus bağlantı kesicisi aracılığıyla birbirine bağlanmasına neden olabilir, bu da sistem içinde iki noktalı topraklamanın oluşmasına neden olur. Bu iki noktalı topraklama senaryosu, iki ciddi soruna yol açabilir: (1) toprak hatası sırasında sıfır dizi akımının yanlış sınıflandırılması, korumanın çalışmayı reddetmesine veya yanlış triplere neden olmasına; ve (2) sıfır dizi akımı tarafından induksiyon edilen dolaşım akımları, ekipmanların ısınmasına ve yalıtım hasarına neden olabilir.

Mevcut koruma mantığı önemli sınırlamalara sahiptir. Geleneksel koruma cihazları sadece yerleştirme transformatorunun işletim durumunu izler ve gelen enerji besleme kesicileri veya otobus bağlantı kesicisi ile zincirlenmiş mantık oluşturmadıklarından, gerekli engelleme/zincirleme mekanizmalarına sahip değildir.

3. Mevcut Koruma Sınırlamalarının İyileştirilmesi İçin Öneriler

3.1 Önerilen İyileştirme Tedbirleri

"Yerleştirme İstasyon Servis Transformatoru Trip Zinciri" Yumuşak Mantığını Ekle

• Tetikleme Koşulu:Yerleştirme istasyon servis transformatorunun devre kesicisi açılır. Eğer sistem düşük dirençli topraklamayı kullanıyorsa, toprak direnç akımının kaybolması ek bir kriter olarak eklenebilir.

• Zincirleme Trip Mantığı Tasarımı:Gelen enerji besleme kesicisini triple: Eğer yerleştirme istasyon servis transformatoru kaldırıldı ve otobüs bölümünde başka bir toprak noktası yoksa, gelen enerji besleme kesicisini zincirleme tripleyerek yükü başka bir otobüse transfer etmeye zorla.Tie otobüsü kesicisini triple: Her iki otobüs bölümü de tie otobüsü kesicisi aracılığıyla paralel olarak çalışıyor ise, tie otobüsü kesicisini zincirleme tripleyerek topraklanmamış otobüs bölümünü izole et.

• Teknik Uygulama Önerisi:Sıfır dizi akımı koruması ekle. Aşırı akım veya sıfır dizi akımı çalıştırıldığında, koruma cihazı yerel kesicisini tripler ve aynı zamanda gelen besleme kesicisine ve tie otobüsü kesicisine zincirleme trip komutları gönderir. Koruma cihazı üreticileri, bu mantığa göre zincirleme mantığı diyagramını değiştirmeli ve yazılım güncellemeleri yapmalıdır.

3.2 Sıfır Dizi Gerilime Dayalı Koruma Güncellemesi

• Sıfır Dizi Aşırı Gerilim Engelleme/Trip Fonksiyonu:Otobus koruma şemasına, yerleştirme istasyon servis transformatoru hizmet dışı olduğunda yedek olarak sıfır dizi aşırı gerilim koruması ekle. Eğer sıfır dizi gerilimi belirlenen eşiğin üzerinde kalırsa, önceden belirlenmiş zaman gecikmesinden sonra, gelen besleme veya tie otobüsü kesicisini otomatik olarak triple.

• Yerleştirme Transformator Durumuyla Koordinasyon:Sıfır dizi gerilim koruma fonksiyonunu, yerleştirme istasyon servis transformatorunun işletim durum sinyaliyle ilişkilendir:Yerleştirme transformatoru normal çalışıyorsa, sıfır dizi gerilim koruması alarm modunda çalışır.Yerleştirme transformatoru hizmet dışıysa, sıfır dizi gerilim koruması triplenecek moda geçer.

• Uygulama Notları - Yanlış Çalışma Önleyici Tedbirler:Geçici pertürbasyonlardan dolayı yanlış triplere neden olmamak için zaman gecikmesi ekle."VE" mantığı kriterlerini (örneğin, sıfır dizi gerilim + yerleştirme transformatoru kapalı durumu) kullanarak güvenliği artır.

3.3 Kontrol Devresi Değişikliği (Donanım Geliştirme)

• Yerleştirme istasyon servis transformatoru koruma cihazı ile gelen besleme kesicisi koruma cihazı arasında donanımsal zincirleme devreleri ekle. Yerleştirme transformatoru triplendiğinde, koruma cihazının çıkış terminalinden gelen trip sinyali → gelen besleme koruma cihazının çıkış terminalini tetikler → gelen besleme kesicisini tripler.

• Otobus bağlama otomatik aktarma işlemi sırasında, otobus bağlama koruma cihazı gelen besleme kesicisini devre dışı bırakmak için sinyal gönderdiğinde, aynı zamanda kilitli çıkış terminali üzerinden → yerdeşme istasyon servis transformatörü anahtarı koruma cihazının çıkış terminaline → yerdeşme transformatörü kesicisini devre dışı bırakmak için sinyal gönderir.

3.4 Yerinde Modernizasyon Uygulaması
Tablo 1'de gösterildiği gibi, Seçenek 1 ve Seçenek 2'nin her ikisi de koruma cihazlarının değiştirilmesi ve güncellenmesini gerektirir. Ancak Kongre ve Sergi Merkezi Ana Trafo İstasyonu ve Belediye Stadyumu Ana Trafo İstasyonu yaşlı trafiyo istasyonlardır ve ekipmanları garanti süresinin çok ötesindedir. Seçenek 1 veya Seçenek 2'nin uygulanması, orijinal koruma cihazı üreticisinin yazılım güncellemeleri yapmasını gerektirir, bu da önemli miktarda iş gücü ve finansal yatırım gerektirir. Bu nedenle, operasyonel personel, kilitli devreler ekleyerek yerinde değişiklikleri gerçekleştirmeyi seçen Seçenek 3'ü tercih etmiştir.

Arıza nedeniyle yerleştirme transformatörü triplendiğinde, gelen enerji besleme kırıcıyı zincirlemeli triplenmesi gerekmektedir. İnceleme sonucunda, yedek çıkışların 1, 2 ve 3'ün hepsinin kullanılmadığı tespit edildi. Tren operasyonları bittikten sonra, bakım personeli ekipman dispatçisine çalışma izni ("iş yetkilendirme talebi") başvurusunda bulundu. Dispatçi operasyonel gerekliliklere göre yük aktarımını gerçekleştirdi ve inşaat için uygun koşullar sağlandığında çalışma iznini onayladı.

Zincirlemeli triplenme devresi için: WCB-822C koruma cihazının 5# sinyal takma kartındaki yedek çıkış 2 (bağlantı noktaları 517/518) - normal açık kontaklar - yeni eklenen fiziksel zincirlemeli devreye seri bağlandı. Bu devre, gelen enerji besleme anahtar kabininin WBH-818A koruma cihazının 4# çıkış takma kartındaki yedek çıkış 5'in (bağlantı noktaları 13/14) normal açık terminaline yönlendirildi. Terminal bloktan çıkış sinyali sonrasında, gelen besleme kırıcı triplendi. Yerleştirme transformatörü anahtar kabin ile gelen besleme anahtar kabin arasında fiziksel bir kablo bağlantısı yapıldı ve bu bağlantı, fiziksel basınç plakası bağlantısıyla fiziksel engelleme devresine entegre edildi. Bu fiziksel basınç plakasının etkinleştirilip etkinleştirilmemesi, engelleme işlevinin etkin olup olmayacağına karar verir.

Diğer otobüs bölmesi için yapılan değişiklikler yukarıdakiyle aynıdır. Her iki otobüs bölmesi üzerindeki yeniden donatma sırasında, kesimli gelen beslemeler kullanıldı, böylece ilgili hizmet alanlarına kesintisiz enerji sağlanması sağlanarak, işletmeden sonraki ekipman bakımı üzerindeki etkiler en aza indirildi.

Değişikliklerin tamamlanmasından sonra, koruma rölesi testleri gerçekleştirildi ve zincirlemeli triplenme işlevinin doğrulandığı tespit edildi. Doğrulanınca sistem doğrudan hizmete alındı.

Otobüs bağlantı otomatik transferi (BATS) işlemi sırasında de-enerjize edilen otobüste yerleştirme istasyon servis transformatörünün zincirlemeli triplenmesi ile ilgili olarak: inceleme sonucunda, yedek çıkışların 3 ile 7 arasındaki unused olduğunu tespit edildi. Tren operasyonları bittikten sonra, bakım personeli ekipman dispatçisine çalışma izni başvurusunda bulundu. Dispatçi operasyonel gerekliliklere göre yük geçişini gerçekleştirdi ve inşaat koşulları sağlandığında onay verdi.

Bölüm I otobüsü yerleştirme istasyon servis transformatörünün saha yeniden donatması için: yeni bir fiziksel devre eklendi. WBT-821C koruma cihazının 5# sinyal takma kartındaki yedek çıkış 3 (bağlantı noktaları 519/520) - normal açık kontaklar - yeni eklenen fiziksel devreye seri bağlandı, bu da Bölüm I yerleştirme istasyon servis transformatör anahtar kabininin WCB-822C koruma cihazının 5# çıkış takma kartındaki yedek çıkış 1'in (bağlantı noktaları 514/515) normal açık terminaline yönlendirildi. Terminal çıkışından sonra, yerleştirme transformatörü kırıcı triplendi. Yeni fiziksel devre, yerleştirme transformatör anahtar kabin ve otobüs bağlantı anahtar kabinin ikinci kabinet kapısına monte edildi ve fiziksel bir basınç plakası bağlantısıyla fiziksel engelleme devresine bağlandı. Engelleme işlevi, fiziksel basınç plakasının etkinleştirilmesi veya devre dışı bırakılması ile etkinleştirilebilir veya devre dışı bırakılabilir.

Bölüm II otobüsü yerleştirme istasyon servis transformatörünün saha yeniden donatması için: yeni bir fiziksel devre eklendi. WBT-821C koruma cihazının 3# genişletme takma kartındaki yedek çıkış 4 (bağlantı noktaları 311/312) - normal açık kontaklar - yeni eklenen fiziksel devreye seri bağlandı, bu da Bölüm II yerleştirme istasyon servis transformatör anahtar kabininin WCB-822C koruma cihazının 5# çıkış takma kartındaki yedek çıkış 1'in (bağlantı noktaları 514/515) normal açık terminaline yönlendirildi. Terminal çıkışından sonra, yerleştirme transformatörü kırıcı triplendi. Yeni fiziksel devre, yerleştirme transformatör anahtar kabin ve otobüs bağlantı anahtar kabinin ikinci kabinet kapısına monte edildi ve fiziksel bir basınç plakası bağlantısıyla fiziksel engelleme devresine bağlandı. Engelleme işlevi, fiziksel basınç plakasının etkinleştirilmesi veya devre dışı bırakılması ile etkinleştirilebilir veya devre dışı bırakılabilir.

Otobüs bağlantı otomatik transferi başlangıcı sırasında de-enerjize edilen otobüsteki yerleştirme istasyon servis transformatörünün zincirlemeli triplenme sinyalinin değiştirilmesi, yukarıda belirtilen tek otobüs yeniden donatma süreci sırasında ilgili otobüs bölümü için tamamlandı.

4. Sonuç

Yerleştirilmiş nötr noktasının olmadığı güç sistemlerinde insan yapımı nötr nokta olarak yerleştirme transformatörü, sistemin güvenliğini ve istikrarlı çalışmasını sağlamakta kritik rol oynar. Yukarıda açıklanan iyileştirmeler, yerleştirme transformatörünün hizmetten çıkarıldığında sistemin güvenliğini önemli ölçüde artırır ve nötr nokta olmadan çalışmanın getirdiği aşırı voltaj ve ekipman hasar risklerinden kaçınır. Gerçek uygulamadan önce, detaylı doğrulama işlemleri, belirli ekipman modelleri ve sistem parametrelerine dayanarak yapılmalıdır.