Odganjanje enofazne zemeljske napake na distribucijski stiki 35 kV

Distribucijske črte: Ključna sestavina elektroenergetskega sistema

Distribucijske črte so pomembna sestavina elektroenergetskega sistema. Na enakem napetostnem nivoju busbarja so povezane več distribucijskih črt (za vhod ali izhod), ki imajo številne vejice, razporejene radijalno in povezane z distribucijskimi transformatorji. Po snižanju napetosti na nizko napetost s temi transformatorji je električna energija oskrbovana za širok spekter končnih uporabnikov. V takšnih distribucijskih omrežjih pogosto nastopajo napake, kot so faza-do-faze krajšanje, pretok (preobremenitev) in enofazni prevozi v zemljo. Med njimi so enofazni prevozi v zemljo najpogostejši, ki predstavljajo več kot 70 % vseh sistemskih napak. Poleg tega mnoge kratkoporo napake izvirajo iz enofaznih prevojev v zemljo, ki se posledično razvijejo v večfazne prevoje v zemljo.

Enofazni prevoz v zemljo se nanaša na situacijo, ko se katera koli od treh faz (A, B ali C) na distribucijski crti prekine in pada na tla, stika z drevesi, zgradbo, stolpi ali torni, kar ustvari prevodno pot s zemljo. Lahko pa nastane tudi zaradi pretokovanja, ki ga povzroči nevihto ali drugi atmosferske pogoji, ki poškodujejo izolacijo distribucijske opreme, kar povzroči značilno zmanjšanje izolacijske upornosti do zemlje.

Ko se enofazni prevoz v zemljo zgodi v sistemu z nizkim strujnim zazemljenjem, se popoln krug napake neposredno ne oblikuje. Kapacitivni strujni tok do zemlje je veliko manjši od optovne struje, in napetosti med fazami ostanejo simetrične, zato oskrba uporabnikom ni takoj prekinjena. Zato pravila dopuščajo nadaljnje delovanje z enim prevozom v zemljo do 2 ur. Vendar pa se napetost na nezazemljenih fazah zviša glede na zemljo, kar predstavlja grožnjo za izolacijo. Zato je treba hitro identificirati in rešiti črte z obstoječim prevozom v zemljo.

I. Identifikacija enofaznih prevojev v zemljo na 35kV pomožnem busbarju

Ko se zgodi enofazni prevoz v zemljo, feromrezonanca, izguba faze ali preplavljanje visokonapetostnih varil v napetostnih transformatorjih (VT), opazljivi pojavi lahko podobni, vendar pa analiza razkriva jasne razlike.

• Enofazni prevoz v zemljo:
  Podstanica in SCADA sistem bosta izdala signale, kot so "Zazemljenje 35kV busbara" ali "Aktiviran dezintegracijski boben št. X." Relativna zaščita ne prekine, ampak aktivira alarmne signale. Napetost zazemljene faze pada, medtem ko se napetosti ostalih dveh faz zvišata. Indikator VT za zazemljeno fazo utemeljava, medtem ko se ostali dva poudarjata. Pri trdnem (metalnem) prevozu v zemljo napetost zazemljene faze pada na nič, medtem ko se ostali dve fazno-zemlinski napetosti zvišata za √3-krat, medtem ko ostanejo fazonapetosti nespremenjene. Izlaz 3V₀ VT je okoli 100V, in svetlo harmonično zadrževanje se vključi. Dezintegracijski boben nosi tok, ki je enak kompenzaciji toka, ki ustreza njegovemu postavitvenemu položaju. Če je nameščen selektor malih tokov, bo aktiviran in identificiral napako. Če je napaka znotraj podstanice, fizikalni znaki, kot so vidni luknji, dim in hlasni električni zvoki, omogočajo lažje identificiranje kraja napake.

• Feromrezonanca:
  Nastane premaknjenje napetosti neutralne točke, kar spremeni tri fazonapetosti. Običajno se ena fazonapetost zviša, medtem ko se druge dve zmanjšata, ali obratno, in fazonapetosti se tudi spremenijo. Ker je napetost pri neutralni točki nenegativna, teče tok skozi dezintegracijski boben, in lahko nastanejo signali "zazemljenje busbara", odvisno od velikosti premaknjenja napetosti.

• Izguba faze:
  Napetost na virski strani izgubljene faze zviša na 1,5-krat normalno napetost, medtem ko se napetost na oddaljeni strani zniža na nič. Tok v zazemljeno fazo postane nič, in ostali dve fazonapetosti rahlo zmanjšata. Fazonapetosti ostanejo nespremenjene. 3V₀ je okoli 50V, dezintegracijski boben nosi tok, in je izdan signal o zazemljenju. Uporabniki verjetno poročajo o prekinitvi oskrbe.

• Preplavljanje visokonapetostnih varil VT:
  Napetost preplavljenih faz značilno pada (običajno pod polovico normalne fazne napetosti), medtem ko se druge fazne napetosti ne zvišajo. Fazonapetosti postanejo neravnovesne. Vsi izhodi na busbaru aktivirajo alarm "odprt napetostni krug". 3V₀ je približno 33V, in je izdan signal o zazemljenju.

Čeprav ti štiri stanja - enofazni prevoz v zemljo, feromrezonanca, izguba faze in preplavljanje visokonapetostnih varil VT - kažejo podobne simptome, temeljit analiza faznih napetosti, fazonapetosti, 3V₀, toka dezintegracijskega bobna, automatizacijskih signalov SCADA in poročil operaterjev v kontrolni sobi lahko natančno razlikuje enofazni prevoz v zemljo.

II. Postopek reševanja enofaznih prevojev v zemljo na 35kV pomožnem busbaru

Ko se zgodi zazemljenje 35kV črte, podstanica Wan’an 35kV busbar izda alarm o zazemljenju. Osebje v centralni kontrolni postaji mora biti takoj obveščeno, da pregleda opremo in stanje zaščite v podstanici (vključno z 3V₀ napetostjo, statusom selektorja malih tokov, temperaturo in tok dezintegracijskega bobna itd.), in mora biti poslana ekipa za nadzor črte. Po prejemu povratnih informacij iz centralne postaje, ki potrjujejo zazemljenje, bi morali izvesti poskusno preklop (poskusno preklop). Pred poskusnim preklopom morajo biti obveščeni ključni uporabniki. 

V sistemih brez naprav za poskusno preklop je mogoč udaljeni preklop preko SCADA, vendar morajo biti najprej preneseni optovi v nadaljnjih podstanicah. V sistemih z notranjimi mostnimi povezavami morajo biti onemogočeni avtomatski preklopi (ATS), da se prepreči prenos napake na zdrave dele.Ko je identificirana specifična črta z napako, bi moralo biti prednostno prenesen njen opt, preden je napakna črta izvedena iz službe. Ekipa za nadzor črte in osebje v centralni postaji morata biti obveščeni, da pregledata 35kV črto in opremo 35kV v povezanem 35kV podstanici. 

Za preprečevanje, da se napaka ne razvije v fazno-do-faze krajšanje, ki bi lahko povzročilo nenadne preklope, mora biti hitro identificirana in izolirana napakna oprema. Poleg tega, da se prepreči preseganje temperature in poškodba dezintegracijskega bobna, mora biti napakna oprema običajno izolirana v 2 urah. Temperatura bobna mora biti spremljana in ohranjena pod 55°C. Če je presežena, mora biti enofazno delovanje z zazemljenjem takoj ustavljeno in napakna oprema izklopljena. Če zazemljenje trajajoči dlje od 2 ur, mora biti situacija poročena višjemu vodstvu.

III. Zaključek

Ko se zgodi enofazni prevoz v zemljo na distribucijski crti, velikost in fazna napetost crte ostane nespremenjena, kar omogoča kratkoročno nadaljnje delovanje brez prekinitve napakne opreme. To izboljša zanesljivost oskrbe, vendar se napetost na dveh zdravih fazah zviša na raven međufazne napetosti, kar poveča tveganje za pokvaro izolacije in kasnejše dvefazne prevoze v zemljo. To predstavlja značilen tveganje za varno in gospodarsko delovanje opreme v podstanci in distribucijskega omrežja. Zato bi morale take napake, kadar je to mogoče, preprečiti, in ko se zgodi, mora biti hitro identificiran in odstranjen mesto napake, da se izboljša splošna zanesljivost oskrbe z električno energijo.