Анализ на технологията за защита при заземяване на трансформаторите в строителни площадки

В момента Китай е постигнал определени успехи в тази област. Съответната литература е разработила типични конфигурационни схеми за защита при заземяване на аварии в нисковолтовите системи за разпределение на електроенергията в атомни електроцентрали. На основата на анализ на вътрешни и международни случаи, когато аварии при заземяване в нисковолтовите системи за разпределение на електроенергията в атомни електроцентрали са причинили неправилно действие на нулевата последователност на защитата на трансформаторите, са идентифицирани основните причини. Освен това са предложени препоръки за подобряване на мерките за защита при заземяване в помагалните системи за електроенергия на атомните електроцентрали, базирани на тези типични конфигурационни схеми.

Съответната литература е изучавала моделите на промяната на диференциалния ток и тока на ограничаване, и чрез изчисляване на отношенията между диференциалния ток и тока на ограничаване, е проведена количествена анализа на адаптивността на диференциалната защита на главния трансформатор при такива аварийни условия.

Но, упоменатите методи все още срещат множество проблеми, които настоятелно трябва да бъдат решени. Например, прекомерно голямо съпротивление на заземяване, неправилно избиране на методи за заземяване и недостатъчни мерки за защита от мълнии и заземяване - всички тези проблеми могат да доведат до отказ на трансформаторите и дори да спровокират безопасностни инциденти. Следователно, е необходимо да се проведе по-задълбочено проучване и анализ на технологиите за защита при заземяване на трансформаторите на строителните площадки, като се включват най-новите научни открития и технически разработки.

Чрез това проучване не само теоретичното ниво на технологиите за защита при заземяване на трансформаторите може да бъде повишило, но и могат да бъдат предоставени практически и изпълними решения и мерки за реални строителни проекти. Надяваме се, че това проучване ще привлече повече внимание и акцент от страна на учени на технологиите за защита при заземяване на трансформаторите на строителните площадки, заедно насърчавайки развитието на тази област.

1 Определяне на методите за заземяване на трансформаторите

Традиционният метод за пряко заземяване на нейтралната точка на трансформаторите може да причини прекомерно голям короткозамкът ток при определени условия, което може да повреди оборудването. Затова се предлага метод с нискосъпротивително заземяване на нейтралната точка. Нискосъпротивителното заземяване на нейтралната точка е ефективен подход за заземяване на трансформаторите, който постига ефективен контрол върху тока на заземяване на трансформаторите, като свързва ниско съпротивление между нейтралната точка на трансформатора и земята. Този метод за заземяване не само регулира размера на тока на заземяване и намалява въздействието на мълниите и прекомерните напрежения върху трансформаторите, като подобрява оперативната стабилност, но и ограничава короткозамкът ток и намалява риска от повреда на оборудването.

По-конкретно, когато се прилага нискосъпротивително заземяване на нейтралната точка на трансформаторите на строителните площадки, първата стъпка е да се определи подходящата стойност на съпротивлението на заземяване. Според законите на Ом, стойността на съпротивлението на заземяване е обратнопропорционална на тока на заземяване и напрежението на заземяване. Следователно, когато се избира стойността на съпротивлението на заземяване за метода с нискосъпротивително заземяване на нейтралната точка, първо трябва да се определи стойността на съпротивлението, с формулата както следва:

В формулата R₀ представлява стойността на съпротивлението на заземителния резистор; U₀ представлява средната номинална напрегнатост на електрическата система на строителната площ; I₀ представлява токът, протичащ през резистора на нейтралната точка. Според изчисленията в формула (1), трябва да се избере подходяща стойност на съпротивлението на заземяване, която ефективно ограничава короткозамкът ток, избягвайки прекомерно въздействие върху трансформатора.

Следва определянето на параметри като сечение и материал на заземителния проводник. Материалът на заземителния проводник трябва да притежава отлична проводимост и корозионна устойчивост, за да се гарантира неговият срок на ползване и надеждност. Това изследване обобщава реалните условия на заземяване на трансформаторите на строителните площи и избира меден проводник с оловен покритие като заземителен проводник - материал с добра проводимост, удобен за монтаж и силни антикорозионни свойства, които изцяло отговарят на изискванията на метода с нискосъпротивително заземяване на нейтралната точка.

Сечението на заземителния проводник直接影响接地电流。因此，根据以下公式选择合适的接地线截面积： ```plaintext S = η * (R₀ / T) ``` 在公式中，`S` 表示中性点低电阻接地方法中接地线的截面积；`η` 表示中性点接地电阻与变压器接地电阻之间的比例系数；`T` 表示接地线的允许温升。最后，必须确定接地电极的埋设深度。为了确保接地电极在恶劣环境中的稳定运行，其埋设深度应超过施工现场的冻土层厚度，从而全面保证接地系统的可靠性和安全性。 总之，在施工现场实施变压器接地时，采用中性点低电阻接地方法，并合理设置包括电阻值、接地线截面积、材料选择以及接地电极的埋设深度等接地参数，为施工期间变压器的稳定运行提供了坚实的基础。 **2 变压器接地保护方案设计** ``` 请继续翻译剩余部分。 ```plaintext

Сечението на заземителния проводник直接影响接地电流。因此，根据以下公式选择合适的接地线截面积： ```plaintext S = η * (R₀ / T) ``` 在公式中，`S` 表示中性点低电阻接地方法中接地线的截面积；`η` 表示中性点接地电阻与变压器接地电阻之间的比例系数；`T` 表示接地线的允许温升。最后，必须确定接地电极的埋设深度。为了确保接地电极在恶劣环境中的稳定运行，其埋设深度应超过施工现场的冻土层厚度，从而全面保证接地系统的可靠性和安全性。 总之，在施工现场实施变压器接地时，采用中性点低电阻接地方法，并合理设置包括电阻值、接地线截面积、材料选择以及接地电极的埋设深度等接地参数，为施工期间变压器的稳定运行提供了坚实的基础。 **2 变压器接地保护方案设计** ``` 请继续翻译剩余部分。 ```plaintext

Сечението на заземителния проводник директно влияе на неговата стойност на съпротивление, което по-нататък влияе на тока на заземяване. Следователно, се избира подходящо сечение на заземителния проводник на основата на следната формула:

В формулата, S представлява сечението на заземителния проводник в метода с нискосъпротивително заземяване на нейтралната точка; η представлява коефициента на отношение между съпротивлението на заземяване на нейтралната точка и съпротивлението на заземяване на трансформатора; T представлява допустимото температурно увеличение на заземителния проводник. Накрая, трябва да се определи дълбочината на зариване на заземителния електрод. За да се осигури стабилна работа на заземителния електрод в сурови условия, дълбочината му на зариване трябва да надвишава дебелината на замръзналата почва на строителната площ, като се гарантира комплексно надеждността и безопасността на заземителната система.

Обобщавайки, при изпълнение на заземяване на трансформаторите на строителните площи, се прилага метод с нискосъпротивително заземяване на нейтралната точка, с разумни установки на параметрите на заземяване, включително стойността на съпротивлението, сечението на заземителния проводник, избор на материал и дълбочина на зариване на заземителния електрод, предоставяйки здрава основа за стабилна работа на трансформаторите по време на строителството.

2 Проектиране на схема за защита при заземяване на трансформаторите

Според горното съдържание, в техниката за защита на трансформаторите при строителни обекти се използва методът на нискостойностно резистивно заземяване. Този метод за заземяване предимно контролира ефективно тока на заземяване на трансформатора чрез ниска резистенция. По време на работата на трансформатора могат да се появят различни повреди, най-често от които е повредата при единична фазова земна връзка. Повредата при единична фазова земна връзка означава кратко замыкание между една фазова обмотка на трансформатора и земята, докато другите две фази продължават да функционират нормално. Тази повреда причинява промяна в потенциала на нейтралната точка на трансформатора, водейки до несъответствие в трите фазови тока. Използвайки тази характеристика, се предлага защитна система, основана на несъответствието в трите фазови тока на трансформаторите:

Първо е защитата I на нулевата последователност, с формулата за изчисление, както следва:

В формулата I₁ представлява стойността на оперативния ток на защитата на нулевата последователност на трансформаторите при строителни обекти; γ₁ представлява коефициент на надеждност; γ₂ представлява коефициент на нулевата последователност; I₂ представлява стойността на оперативния ток на защитата на нулевата последователност на съседните компоненти на трансформаторите при строителни обекти. След изчисляването на стойността на тока за защитата I на нулевата последователност според формула (3), времето за действие на защитата I обикновено се задава да бъде приблизително 0.5 секунди по-дълго от времето за действие на следващата нива на защитата на нулевата последователност.

След това е защитата II на нулевата последователност. Формулата за изчисление на стойността на защитния ток е същата като за защитата I на нулевата последователност, т.е. защитният ток се получава също според формула (3), но времето за действие е различно, изисква се увеличение с приблизително 0.3 секунди спрямо времето за действие на защитата I на нулевата последователност.

Накрая има защита на нулевия напрежение. При вземане под внимание, че по време на повреди при единична фазова земна връзка на трансформаторите при строителни обекти, нейтралната точка може да загуби своята вродена чувствителност, оперативното напрежение на защитата на нулевия напрежение трябва да бъде под максималното нулево напрежение, появяващо се в точката на инсталиране на защитата по време на повреди при единична фазова земна връзка. Стойността на напрежението за защитата на нулевия напрежение се определя главно според следната формула:

В формулата U₁ представлява оперативното напрежение на защитата на нулевия напрежение; U₂ представлява номиналното напрежение на три вторични обмотки.

За да се състави пълна защитна система за несъответствие в трите фазови тока, са необходими серия комплексни изчисления, включително формули за изчисление на защитата I на нулевата последователност, защитата II на нулевата последователност и защитата на нулевия напрежение. Изведението и приложението на тези формули ще помогнат за по-точно определяне типа и степента на повредите при единична фазова земна връзка при строителни обекти. Тази защитна система не само може бързо да локализира и изолира повредите при земна връзка, но и да намали вероятността за прекъсване на електричеството, причинено от повреди при земна връзка. Едновременно с това, в комбинация с метода на нискостойностното резистивно заземяване, се образува комплексна структура за защита при заземяване на трансформаторите при строителни обекти, предоставяща силна защита за безопасната работа на трансформаторите.

3 Експериментален анализ

За да се провери ефективността на описаната технология за защита при заземяване на трансформаторите при строителни обекти, в тази глава ще се използва софтуер за моделиране на електроенергийни системи PowerFactory, за да се проведат експерименти за моделиране на защитата при заземяване на трансформаторите. Първо, в софтуера за моделиране се създава модел на електрическа система на сграда, който включва главно трансформатори, високо и ниско напрежение линии, товари и друго оборудване. Таблица 1 представя модела и спецификациите на параметрите на експерименталния трансформатор.

Специфичната структура на трансформатора е показана на фигура 1.

След това бяха проведени симулационни експерименти за защита при заземяване на трансформатора, използвайки три различни метода на заземяване: заземяване на нейтрална точка с ниско съпротивление, заземяване на нейтрална точка с високо съпротивление и заземяване на нейтрална точка с катушка за подаване на дъга. При задаването на методите на заземяване, за метода на заземяване на нейтрална точка с ниско съпротивление, беше избран резистор с малка стойност на съпротивлението, конкретно зададен до 0,5 Ω, за да се симулира ефектът от заземяване с ниско съпротивление; за метода на заземяване на нейтрална точка с високо съпротивление, беше избран резистор с по-голяма стойност на съпротивлението, зададен до 10 Ω, за да се симулират характеристиките на заземяване с високо съпротивление.

По време на експеримента, бяха симулирани нива на заземяващия ток на трансформатора при однофазни дефекти на заземяване. Конкретното местоположение на дефекта беше зададено в средата на един фазов проводник на нисконапрегованата страна на трансформатора, със съпротивление на дефекта, зададено до 100 Ω, за да се симулира съпротивлението при дефект на заземяване. В процеса на симулацията на дефекта, беше използвана система за придобиване на данни с висока честота на пробиране, за да се записват данни за заземяващия ток, с честота на пробиране, зададена до 1000 пъти в секунда, за да се гарантира улавянето на微妙ни промени в заземяващия ток.

Освен записването на стойността на заземяващия ток в момента на настъпване на дефект, бяха зададени няколко моменти на време, включително 0,1 с, 0,5 с, 1 с, 5 с и 10 с след настъпването на дефекта, за да се наблюдават промените в заземяващия ток в различни моменти на време. За да се избегне случайността в резултатите от експеримента, данни за заземяващия ток бяха записвани 10 пъти, с приемане на средната стойност като окончателен експериментален резултат. Фигура 2 предоставя сравнение на ефектите от защитата при заземяване на трансформатора при различни методи на заземяване.

Както е показано на фигура 2, симулационния анализ сравнява характеристики на заземяващия ток на трансформаторите при однофазни дефекти за методите на заземяване на нейтрална точка с ниско съпротивление, високо съпротивление и катушка за подаване на дъга. Резултатите показват, че при однофазен дефект на заземяване на трансформаторите, заземяващият ток при метода на заземяване на нейтрална точка с ниско съпротивление е значително по-висок от този при методите на заземяване на нейтрална точка с високо съпротивление и катушка за подаване на дъга.

При дизайнерския технология за защита при заземяване, средният заземяващ ток на трансформатора беше 70,11 А, което представлява увеличение с 43,44 А и 21,62 А съответно в сравнение с контролните групи технологии. Това помага за намаляване на интензитета на дъгата в точката на дефекта и ускорява способността за самоизчистване на дефекта. Следователно, дизайнерската технология за защита при заземяване е осъществима и надеждна, подходяща за практически приложение при однофазни дефекти на заземяване на трансформатори, като ефективно защитава безопасността на операциите на трансформаторите в строителни площадки.

4. Заключение

Технологията за защита при заземяване на трансформатори в строителството предлага схема за защита с ненулево последователно прекомерно напрежение, основана на метода на заземяване на нейтрална точка с ниско съпротивление. Чрез сравнителни експерименти, е верифицирана превъзходността на дизайнерската технология за защита при заземяване в основната защита при однофазни дефекти на трансформаторите. Въпреки, че са постигнати някои научни постижения, все още има определени ограничения. Например, експерименталните условия и проби от данни може да не са достатъчно обхватни, изискващи допълнително потвърждение на универсалността на заключенията.

Бъдещите изследвания могат да се съсредоточат върху следните области: първо, разширяване на обхвата на експериментите и увеличаване на пробите от данни, за да се подобри точността и универсалността на заключенията; второ, провеждане на детайлни изследвания на други схеми и технологии за защита, за да се изследват по-ефективни и надеждни методи за защита при заземяване на трансформатори; накрая, разработване на защитни устройства и системи с по-висока производителност в комбинация с практическите инженерни приложения.