Anàlisi de la tecnologia de protecció de massissatge dels transformadors en obres de construcció

Actualment, la Xina ha aconseguit certs èxits en aquest camp. La literatura rellevant ha dissenyat esquemes de configuració típica per a la protecció contra errors de munta en sistemes de distribució de baixa tensió de centrals nuclears. Basant-se en l'anàlisi de casos nacionals i internacionals on els errors de munta en els sistemes de distribució de baixa tensió de les centrals nuclears han causat malfuncionaments de la protecció de seqüència zero dels transformadors, s'han identificat les causes subjacentes. A més, es han proposat suggeriments d'aprimorament per a les mesures de protecció contra errors de munta en els sistemes auxiliars de potència de les centrals nuclears basant-se en aquests esquemes de configuració típica.

La literatura rellevant ha estudiat els patrons de variació de la corrent diferencial i la corrent de restricció, i a través del càlcul de la raó entre la corrent diferencial i la corrent de restricció, s'ha realitzat una anàlisi quantitativa de l'adaptabilitat de la protecció diferencial de ràtio del transformador principal en aquestes condicions d'error.

No obstant això, els mètodes mencionats encara se'nfronten a nombrosos problemes que necessiten resolució urgente. Per exemple, una resistència de munta excessiva, una selecció inadequada dels mètodes de munta i mesures insuficients de protecció contra els impacts de llamp—aquests problemes poden provocar falles en els transformadors i fins i tot desencadenar accidents de seguretat. Per tant, és necessari realitzar una recerca i anàlisi més profund sobre les tecnologies de protecció de munta dels transformadors en els llocs de construcció, incorporant els últims resultats de recerca i desenvolupaments tecnològics.

A través d'aquesta recerca, no només es pot millorar el nivell teòric de la tecnologia de protecció de munta dels transformadors, sinó també proporcionar solucions i mesures pràctiques i factibles per als projectes de construcció reals. Es espera que aquesta recerca pugui atraure més atenció i èmfasi per part dels scholars en les tecnologies de protecció de munta dels transformadors en els llocs de construcció, promovint conjuntament el desenvolupament d'aquest camp.

1 Determinació dels mètodes de munta dels transformadors

El mètode tradicional de munta directa del punt neutre del transformador pot causar corrents de curtcircuït excessives en certes condicions, posant en risc l'equipament. Per tant, es proposa un mètode de munta de baixa resistència del punt neutre. La munta de baixa resistència del punt neutre és un mètode efectiu de munta del transformador que aconsegueix un control eficient de la corrent de munta del transformador connectant una baixa resistència entre el punt neutre del transformador i la terra. Aquest mètode de munta no només pot regular la magnitud de la corrent de munta i reduir l'impacte de la llamp i la sobretensió en els transformadors, millorant així l'estabilitat operativa, sinó que també pot limitar les corrents de curtcircuït i reduir el risc de danys en l'equipament.

Específicament, quan s'implementa la munta de baixa resistència del punt neutre per als transformadors en els llocs de construcció, el primer pas és determinar el valor de resistència de munta adequat. Segons la llei d'Ohm, el valor de la resistència de munta és inversament proporcional a la corrent de munta i la tensió de munta. Per tant, quan es selecciona el valor de la resistència de munta per al mètode de munta de baixa resistència del punt neutre, s'ha de determinar primer el valor de la resistència, amb la fórmula de càlcul següent:

En la fórmula, R₀ representa el valor de la resistència del resistor de munta; U₀ representa la tensió mitjana nominal del sistema elèctric en construcció; I₀ representa la corrent que flueix a través del resistor del punt neutre. Segons el càlcul de la fórmula (1), s'ha de seleccionar un valor de resistència de munta adequat que pugui limitar eficientment la corrent de curtcircuït mentre evita un impacte excessiu en el transformador.

El següent pas és la determinació de paràmetres com l'àrea de secció i el material del fil de munta. El material del fil de munta ha de tenir una excel·lent conductivitat i resistència a la corrosió per assegurar la seva vida útil i fiabilitat. Aquest estudi considera de manera comprehensiva les condicions reals de la munta dels transformadors en els llocs de construcció i selecciona el fil de cobre trefilat com a conductor de munta—un material amb bona conductivitat, facil connexió i fortes capacitats anticorrosives, que compleix plenament els requisits del mètode de munta de baixa resistència del punt neutre.

L'àrea de secció del fil de munta afecta directament el seu valor de resistència, que a la vegada influeix en la corrent de munta. Per tant, s'ha de seleccionar l'àrea de secció adequada del fil de munta basant-se en la següent fórmula:

En la fórmula, S representa l'àrea de secció del fil de munta en el mètode de munta de baixa resistència del punt neutre; η representa el coeficient de raó entre la resistència de munta del punt neutre i la resistència de munta del transformador; T representa l'augment de temperatura permès del fil de munta. Finalment, s'ha de determinar la profunditat d'enterrament de l'electrode de munta. Per assegurar una operació estable de l'electrode de munta en entorns adversos, la seva profunditat d'enterrament hauria de superar l'espessor de la capa de terra congelada al lloc de construcció, garantint així de manera integral la fiabilitat i seguretat del sistema de munta.

En resum, quan s'implementa la munta dels transformadors en els llocs de construcció, es fa servir un mètode de munta de baixa resistència del punt neutre, amb ajustos racionals dels paràmetres de munta, inclosos el valor de la resistència, l'àrea de secció del fil de munta, la selecció del material i la profunditat d'enterrament de l'electrode de munta, proporcionant una base sólida per a l'operació estable dels transformadors durant la construcció.

2 Disseny de l'esquema de protecció de munta del transformador

D'acord amb el contingut anterior, en la tecnologia de protecció de terra de transformadors per a llocs de treball s'utilitza el mètode de terra de baixa resistència al punt neutre. Aquest mètode de terra controla eficaçment la corrent de terra del transformador mitjançant una resistència baixa. Durant l'operació del transformador poden ocorrer diversos tipus d'avanies, sent la més comuna l'averia de terra unifàsica. Una averia de terra unifàsica es refereix a un curtcircuït entre una bobina de fàsica del transformador i la terra, mentre que les altres dues fàsiques continuen funcionant normalment. Aquesta averia provoca canvis en el potencial del punt neutre del transformador, causant un desequilibri en les corrents trifàsiques. Utilitzant aquesta característica, es proposa un esquema de protecció basat en el desequilibri de corrent trifàsic en els transformadors:

En primer lloc, hi ha la protecció de secció I de seqüència zero, amb la fórmula de càlcul de la configuració següent:

En la fórmula, I₁ representa el valor de corrent d'operació de protecció de seqüència zero en els transformadors de construcció; γ₁ representa el coeficient de fiabilitat; γ₂ representa el coeficient de branca de seqüència zero; I₂ representa el valor de corrent d'operació de protecció de seqüència zero dels components adjacents als transformadors en construcció. Després de calcular el valor de corrent per a la protecció de secció I de seqüència zero segons la fórmula (3), el temps d'operació de la protecció de secció I generalment es configura per ser aproximadament 0,5 segons més llarg que el temps d'operació de la protecció de seqüència zero del nivell següent.

A continuació, hi ha la protecció de secció II de seqüència zero. La fórmula de càlcul del seu valor de corrent de protecció és la mateixa que la de la protecció de secció I de seqüència zero, és a dir, la corrent de protecció també s'obté segons la fórmula (3), però el temps d'operació difereix, requerrint un increment aproximadament de 0,3 segons basat en el temps d'operació de la protecció de secció I de seqüència zero.

Finalment, hi ha la protecció de tensió de seqüència zero. Considerant de manera integral que durant les avanies de terra unifàsica en els transformadors de llocs de treball, el punt neutre pot perdеть свою власну чутливість, напруга роботи захисту нуль-послідовності має бути нижчою за максимальну напругу нуль-послідовності, яка з'являється в точці встановлення захисту під час аварії однофазного заземлення. Значення напруги захисту нуль-послідовності в основному визначається наступною формулою:

En la fórmula, U₁ representa la tensió d'operació de la protecció de tensió de seqüència zero; U₂ representa la tensió nominal de les tres bobines secundàries.

En resum, per formar un esquema complet de protecció de desequilibri de corrent trifàsic, són necessaris una sèrie de càlculs complexos, inclosos els càlculs de fórmules per a la protecció de secció I de seqüència zero, la protecció de secció II de seqüència zero i la protecció de tensió de seqüència zero. La derivació i aplicació d'aquestes fórmules ajudaran a determinar més precisament el tipus i la gravetat de les avanies de terra unifàsica en llocs de treball. Aquest esquema de protecció no només permet localitzar i aïllar ràpidament les avanies de terra, sinó que també reduirà la probabilitat d'incidents de tall d'energia causats per aquestes avanies. Alhora, combinada amb el mètode de terra de baixa resistència al punt neutre, es forma una estructura de protecció de terra completa per als transformadors en construcció, proporcionant una forta protecció per a l'operació segura dels transformadors.

3 Anàlisi Experimental

Per verificar l'eficàcia de la tecnologia de protecció de terra de transformadors en llocs de treball mencionada anteriorment, aquest capítol utilitzarà el programari de simulació de sistemes elèctrics PowerFactory per realitzar experiments de simulació de protecció de terra de transformadors. Primer, es crea un model de sistema elèctric de edifici en el programari de simulació, que principalment inclou transformadors, línies d'alta i baixa tensió, càrregues i altres equips. La Taula 1 presenta el model i les especificacions dels paràmetres del transformador experimental.

La estructura específica del transformador es mostrada en la Figura 1.

A continuación, se llevaron a cabo experimentos de simulación de protección de tierra del transformador utilizando tres métodos de tierra diferentes: tierra de bajo resistencia en el punto neutro, tierra de alta resistencia en el punto neutro y tierra con bobina de supresión de arco en el punto neutro. Al establecer los métodos de tierra, para el método de tierra de baja resistencia en el punto neutro, se seleccionó un resistor con un valor de resistencia pequeño, específicamente ajustado a 0,5 Ω, para simular el efecto de la tierra de baja resistencia; para el método de tierra de alta resistencia en el punto neutro, se seleccionó un resistor con un valor de resistencia mayor, ajustado a 10 Ω, para simular las características de la tierra de alta resistencia.

Durante el experimento, se simuló el nivel de corriente de tierra del transformador bajo fallos de tierra monofásicos. La ubicación específica del fallo se estableció en el punto medio de una línea de fase en el lado de baja tensión del transformador, con la resistencia de fallo ajustada a 100 Ω para simular la resistencia de tierra durante un fallo de tierra. En el proceso de simulación del fallo, se utilizó un sistema de adquisición de datos de alta tasa de muestreo para registrar los datos de corriente de tierra, con una frecuencia de muestreo ajustada a 1000 veces por segundo para asegurar la captura de cambios sutiles en la corriente de tierra.

Además de registrar el valor de la corriente de tierra en el momento de la ocurrencia del fallo, se establecieron varios puntos de tiempo, incluyendo 0,1 s, 0,5 s, 1 s, 5 s y 10 s después de la ocurrencia del fallo, para observar los cambios en la corriente de tierra en diferentes momentos. Para evitar la aleatoriedad en los resultados del experimento, los datos de corriente de tierra se registraron 10 veces, tomando el valor promedio como el resultado final del experimento. La Figura 2 proporciona una comparación de los efectos de la protección de tierra del transformador bajo diferentes métodos de tierra.

Como se muestra en la Figura 2, el análisis de simulación comparó las características de la corriente de tierra de los transformadores bajo fallos monofásicos para los métodos de tierra de bajo resistencia en el punto neutro, de alta resistencia en el punto neutro y con bobina de supresión de arco. Los resultados indican que, durante un fallo de tierra monofásico en los transformadores, la corriente de tierra bajo el método de tierra de baja resistencia en el punto neutro es significativamente mayor que bajo los métodos de tierra de alta resistencia en el punto neutro y con bobina de supresión de arco.

Bajo la tecnología de protección de tierra diseñada, la corriente de tierra promedio del transformador fue de 70,11 A, lo que representa un aumento de 43,44 A y 21,62 A, respectivamente, en comparación con las tecnologías del grupo de control. Esto ayuda a reducir la intensidad del arco en el punto de fallo y acelera la capacidad de autoeliminación del fallo. Por lo tanto, la tecnología de protección de tierra diseñada es factible y confiable, adecuada para la aplicación práctica en fallos de tierra monofásicos de transformadores, protegiendo eficazmente la seguridad operativa de los transformadores en los sitios de construcción.

4.Conclusió

La tecnología de protección de tierra para transformadores en construcción propone un esquema de protección de sobrecorriente cero secuencial basado en el método de tierra de baja resistencia en el punto neutro. A través de experimentos comparativos, se ha verificado la superioridad de la tecnología de protección de tierra diseñada en la protección principal para fallos monofásicos de transformadores. Aunque se han logrado algunos avances en la investigación, todavía existen ciertas limitaciones. Por ejemplo, las condiciones experimentales y las muestras de datos pueden no ser lo suficientemente completas, requiriendo una validación adicional de la universalidad de las conclusiones.

Las investigaciones futuras podrían centrarse en las siguientes áreas: en primer lugar, ampliar el alcance de los experimentos e incrementar las muestras de datos para mejorar la precisión y la universalidad de las conclusiones; en segundo lugar, realizar estudios más profundos sobre otros esquemas y tecnologías de protección para explorar métodos de protección de tierra de transformadores más eficientes y confiables; finalmente, desarrollar dispositivos y sistemas de protección de alto rendimiento en combinación con aplicaciones prácticas de ingeniería.