Επεξεργασία Μονοφασικής Σφάλματος Εδάφους σε Γραμμή Κατανομής 35kV

Η Διανομή Ηλεκτρικών Γραμμών: Μία Κύρια Συστατική Ενός Συστήματος Ρεύματος

Οι γραμμές διανομής είναι μία βασική συστατική των συστημάτων ρεύματος. Στον ίδιο συνδυαστή τάσης, συνδέονται πολλές γραμμές διανομής (για εισαγωγή ή εξαγωγή), καθένα με πολλές αποκλίνουσες συνδέσεις που είναι διατεταγμένες ραδιαλά και συνδέονται με μετατροπείς διανομής. Μετά τη μείωση της τάσης σε χαμηλή από αυτούς τους μετατροπείς, το ηλεκτρικό ρεύμα παρέχεται σε μια ευρεία γκάμα χρηστών. Σε τέτοια δίκτυα διανομής, συχνά εμφανίζονται λάθη όπως σύνδεση φάση-φάση, υπερρεύμα (υπερφόρτιση) και μονοφάση-γη. Απ' αυτά, τα λάθη μονοφάση-γη είναι τα πιο συνηθισμένα, αντιπροσωπεύοντα πάνω από το 70% των συνολικών λαθών συστήματος. Επιπλέον, πολλά λάθη σύνδεσης φάση-φάση εξελίσσονται από λάθη μονοφάση-γη που εξελίσσονται σε πολυφάση λάθη γη.

Τα λάθη μονοφάση-γη αναφέρονται σε περιπτώσεις όπου οποιαδήποτε μία από τις τρεις φάσεις (A, B, ή C) σε μία γραμμή διανομής σπάει και πέφτει στο έδαφος, επικοινωνεί με δέντρα, κτίρια, στύλους ή πύργους, δημιουργώντας ένα συνδετικό μονοπάτι με το έδαφος. Μπορούν επίσης να προκύψουν από υπερτάσεις λόγω κεραυνών ή άλλων ατμοσφαιρικών συνθηκών, οι οποίες προκαλούν κατάρρευση της απομόνωσης των εξοπλισμών διανομής, προκαλώντας σημαντική μείωση της αντίστασης απομόνωσης προς το έδαφος.

Όταν συμβαίνει λάθος μονοφάση-γη σε σύστημα με χαμηλό ρεύμα γη, δεν δημιουργείται άμεσα ένα πλήρες κύκλωμα λαθών. Το κατακεραστικό ρεύμα γη είναι πολύ μικρότερο από το ρεύμα φορτίου, και οι τάσεις γραμμής του συστήματος παραμένουν συμμετρικές, οπότε η παροχή ρεύματος στους χρήστες δεν διακόπτεται άμεσα. Συνεπώς, οι κανονισμοί επιτρέπουν τη συνεχή λειτουργία με ένα λάθος γη για μέχρι 2 ώρες. Ωστόσο, η τάση των μη λανθασμένων φάσεων αυξάνεται σε σχέση με το έδαφος, παρουσιάζοντας απειλή για την απομόνωση. Έτσι, οι γραμμές με υπάρχον λάθος γη πρέπει να εντοπιστούν και να αντιμετωπιστούν γρήγορα.

I. Αναγνώριση Λαθών Μονοφάση-Γη σε Βοηθητικές Συνδυαστές 35kV

Όταν συμβαίνουν λάθη μονοφάση-γη, σίδερος, απώλεια φάσης ή σφήνιση υψηλής τάσης σε μετατροπείς τάσης (VTs), τα παρατηρούμενα φαινόμενα μπορεί να είναι παρόμοια, αλλά μια προσεκτική ανάλυση αποκαλύπτει διαφορετικές διαφορές.

• Λάθος Μονοφάση-Γη:
  Το υποσταθμό και το σύστημα SCADA θα εκδώσουν σήματα όπως "γη συνδυαστή 35kV" ή "Ενεργοποίηση Καταστροφής Χτένας Αριθ. X." Το σύστημα προστασίας δεν διακόπτει, αλλά εκτελεί σήματα ειδοποίησης. Η τάση της λανθασμένης φάσης μειώνεται, ενώ οι τάσεις των άλλων δύο φάσεων αυξάνονται. Το φως δείκτη VT της λανθασμένης φάσης σκοτείνει, ενώ τα άλλα δύο φωτίζουν. Σε ένα στερεό (μεταλλικό) λάθος γη, η τάση της λανθασμένης φάσης μειώνεται σε μηδέν, και οι τάσεις φάση-γη των άλλων δύο αυξάνονται κατά √3 φορές, ενώ οι τάσεις γραμμής παραμένουν αναλλοίωτες. Η εξόδος 3V₀ του VT διαβάζεται περίπου 100V, και το φως καταστροφής υμνών φωτίζει. Ο καταστροφέας χτένας φέρει ρεύμα, ισοδύναμο με το ρεύμα αντιστάθμισης που αντιστοιχεί στην προεπιλογή του. Εάν είναι εγκατεστημένος επιλέκτης γραμμής μικρού ρεύματος, θα ενεργοποιηθεί και θα εντοπίσει τη λανθασμένη γραμμή. Εάν το λάθος είναι εντός του υποσταθμού, φυσικά σημάδια όπως ορατή αρκετή, καπνός και έντονος ηλεκτρικός θόρυβος καθιστούν ευκολότερη την τοποθέτηση του σημείου λάθους.

• Σίδερος:
  Δημιουργείται μια τάση μετατόπισης σημείου ουδετερότητας, αλλάζοντας τις τρεις φάσεις τάσεων. Συνήθως, η τάση μιας φάσης αυξάνεται, ενώ οι άλλες δύο μειώνονται, ή το αντίθετο, και οι τάσεις γραμμής αλλάζουν ανάλογα. Επειδή η τάση του σημείου ουδετερότητας δεν είναι μηδέν, ρεύμα ρέει μέσα από τον καταστροφέα χτένας, και σήματα "γη συνδυαστή" μπορεί να εμφανιστούν ανάλογα με τη μέγεθος της τάσης μετατόπισης.

• Απώλεια Φάσης:
  Η τάση στην προηγούμενη πλευρά της απολελειμμένης φάσης αυξάνεται σε 1,5 φορές την κανονική τάση, ενώ η τάση στην επόμενη πλευρά μειώνεται σε μηδέν. Το ρεύμα της λανθασμένης φάσης γίνεται μηδέν, και οι τάσεις των άλλων δύο φάσεων μειώνονται ελαφρώς. Οι τάσεις γραμμής παραμένουν αναλλοίωτες. Η 3V₀ διαβάζεται περίπου 50V, ο καταστροφέας χτένας φέρει ρεύμα, και εκδίδεται σήμα γη. Οι χρήστες είναι πιθανό να αναφέρουν διακοπή ρεύματος.

• Σφήνιση Υψηλής Τάσης VT:
  Η τάση της σφηνισμένης φάσης μειώνεται σημαντικά (συνήθως κάτω από το μισό της κανονικής τάσης φάσης), ενώ οι τάσεις των άλλων φάσεων δεν αυξάνονται. Οι τάσεις γραμμής γίνονται ανεξίσοι. Όλες οι εξερχόμενες γραμμές στον συνδυαστή εκτελούν σήμα "άνοιγμα κύκλου τάσης". Η 3V₀ διαβάζεται περίπου 33V, και εκδίδεται σήμα γη.

Παρόλο που αυτές οι τέσσερις καταστάσεις—λάθος μονοφάση-γη, σίδερος, απώλεια φάσης και σφήνιση VT—εμφανίζουν παρόμοια συμπτώματα, μια εξονυχιστική ανάλυση των τάσεων φάσης, τάσεων γραμμής, 3V₀, ρεύματος καταστροφέα χτένας, σημάτων αυτοματισμού SCADA και αναφορών από τους τεχνικούς της κεντρικής αίθουσας ελέγχου μπορεί να αναγνωρίσει ακριβώς ένα λάθος μονοφάση-γη.

II. Διαδικασία Χειρισμού Λαθών Μονοφάση-Γη σε Βοηθητικές Γραμμές 35kV

Όταν συμβαίνει λάθος γη σε γραμμή 35kV, ο συνδυαστής 35kV του υποσταθμού Wan’an εκδίδει σήμα γη. Πρέπει να ενημερωθούν άμεσα οι εργαζόμενοι στην κεντρική αίθουσα ελέγχου για να ελέγξουν την εξοπλισμό και την κατάσταση προστασίας (συμπεριλαμβανομένης της τάσης 3V₀, της κατάστασης επιλέκτης γραμμής μικρού ρεύματος, της θερμοκρασίας/ρεύματος καταστροφέα χτένας κλπ.), και πρέπει να αποσταλεί ομάδα επιθεώρησης γραμμών. Μετά τη λήψη ανατροφοδότησης από την κεντρική αίθουσα που επιβεβαιώνει το λάθος γη, πρέπει να γίνει δοκιμαστική αλλαγή (δοκιμαστική αποσύνδεση) γραμμών. Πριν τη δοκιμαστική αλλαγή, πρέπει να ενημερωθούν οι κρίσιμοι χρήστες.

Για συστήματα χωρίς διαστημικά συστήματα, είναι δυνατή η αποσύνδεση από μακριά μέσω SCADA, αλλά πρώτα πρέπει να μεταφερθούν τα φορτία στους υποσταθμούς παρακάτω. Σε συστήματα με εσωτερικές γέφυρες, πρέπει να απενεργοποιηθούν οι αυτόματες μετατροπείς (ATS) για να αποτραπεί η μεταφορά του λάθους σε υγιείς τμήματα.Μόλις εντοπιστεί μια συγκεκριμένη γραμμή ως λανθασμένη, πρέπει να δοθεί προτεραιότητα στη μεταφορά του φορτίου πριν αποσυνδεθεί η λανθασμένη γραμμή. Θα πρέπει να ενημερωθούν η ομάδα επιθεώρησης γραμμών και οι εργαζόμενοι στην κεντρική αίθουσα για να επιθεωρήσουν τη γραμμή 35kV και να ελέγξουν την εξοπλισμό 35kV στον συναφή υποσταθμό 35kV.

Για να αποτραπεί η εξέλιξη της βλάβης σε μεταξύ φάσεων μικρή συνδεδεμένη—η οποία θα μπορούσε να προκαλέσει απότομες διακοπές—το βλαμμένο εξοπλισμό πρέπει να εντοπιστεί και να απομονωθεί γρήγορα. Επιπλέον, για να αποτραπεί η υπερθέρμανση και η βλάβη του κανονικού κύκλου, ο βλαμμένος εξοπλισμός πρέπει συνήθως να απομονωθεί εντός 2 ωρών. Η αύξηση της θερμοκρασίας του κύκλου πρέπει να ελέγχεται και να διατηρείται κάτω από 55°C. Αν υπερβεθεί, η λειτουργία με μία φάση-σε-γη πρέπει να σταματήσει αμέσως και ο βλαμμένος εξοπλισμός πρέπει να αποσυνδεθεί. Αν η συνθήκη σύνδεσης στη γη συνεχίζεται πέρα από 2 ώρες, η κατάσταση πρέπει να αναφερθεί στην επιτροπή διοίκησης.

III. Συμπέρασμα

Όταν συμβαίνει μια βλάβη μίας φάσης-σε-γη σε μια γραμμή κατανομής, το μέγεθος και η φάση της τάσης της γραμμής παραμένουν αναλλοίωτα, επιτρέποντας τη συνέχιση της λειτουργίας για μικρή περίοδο χωρίς να αποσυνδέεται ο βλαμμένος εξοπλισμός. Αν και αυτό βελτιώνει την αξιοπιστία της παροχής, η τάση στις δύο υγιείς φάσεις αυξάνεται σε επίπεδα τάσης μεταξύ φάσεων, αυξάνοντας τον κίνδυνο κατάρρευσης της απομόνωσης και την επόμενη μεταξύ δύο φάσεων-σε-γη μικρή συνδεδεμένη. Αυτό συνιστά σημαντικούς κινδύνους για την ασφάλεια και την οικονομική λειτουργία του εξοπλισμού της υποσταθμίδας και του δικτύου κατανομής. Συνεπώς, τέτοιες βλάβεις πρέπει να προλαμβάνονται όπου είναι δυνατό, και όταν συμβούν, το σημείο βλάβης πρέπει να εντοπιστεί και να εξαλειφθεί γρήγορα για τη βελτίωση της συνολικής αξιοπιστίας της παροχής ρεύματος.