Analyse af jordingsbeskyttelsesteknologi for transformatorer på byggesteder

I Kina er der opnået bestemte resultater på dette område. Relevant litteratur har designet typiske konfigurationsforanstaltninger for jordfejlbeskyttelse i nukleare kraftværks lavspændingsforsyningsnet. Baseret på analyse af indenlandske og internationale tilfælde, hvor jordfejl i nukleare kraftværks lavspændingsforsyningsnet har forårsaget fejlagtig aktivering af transformatorers nulsekvensbeskyttelse, er de underliggende årsager identificeret. Desuden er forbedringsforslag for jordfejlbeskyttelsesforanstaltninger i nukleare kraftværks hjælpeskabers elektricitetsforsyning fremsat baseret på disse typiske konfigurationsforanstaltninger.

Relevant litteratur har undersøgt variationerne i differensstrøm og bremsestrøm, og ved at beregne forholdet mellem differensstrøm og bremsestrøm, er der foretaget en kvantitativ analyse af den hovedtransformators forholdsdifferensbeskyttelses evne til at tilpasse sig under sådanne fejltilstande.

De ovennævnte metoder står dog over for mange problemer, som trængende skal løses. For eksempel kan for høj jordmodstand, udeliggende valg af jordmetoder, og utilstrækkelige beskyttelsesforanstaltninger mod lyn og overspænding alle føre til transformatorfejl og endda udløse sikkerhedsulykker. Derfor er det nødvendigt at foretage mere grundig forskning og analyse af transformatorernes jordbeskyttelsesteknologier på byggepladser, med indarbejdelse af de seneste forskningsresultater og teknologiske udviklinger.

Gennem denne forskning kan ikke blot det teoretiske niveau af transformatorernes jordbeskyttelsesteknologi forbedres, men også praktiske og gennemførlige løsninger og foranstaltninger tilbydes for reelle byggeprojekter. Det håbes, at denne forskning kan drage mere opmærksomhed og fokus fra forskere på transformatorernes jordbeskyttelsesteknologier på byggepladser, og samlet set fremme udviklingen af dette felt.

1 Bestemmelse af transformatorernes jordmetoder

Den traditionelle metode med direkte jordforbindelse af transformatorens neutralpunkt kan under visse forhold føre til for høje kortslutningsstrømme, hvilket potentielt kan skade udstyr. Derfor foreslås en metode med lav resistans forbindelse af neutralpunktet. Lav resistans forbindelse af neutralpunktet er en effektiv transformator jordmetode, der opnår effektiv kontrol af transformatorernes jordstrøm ved at forbinde en lav resistans mellem transformatorens neutralpunkt og jorden. Denne jordmetode kan ikke kun regulere størrelsen af jordstrømmen og reducere indvirkningen af lyn og overspændinger på transformatorer, hvilket forbedrer driftsstabiliteten, men kan også begrænse kortslutningsstrømme og reducere risikoen for udstyrsskader.

Konkret, når der implementeres lav resistans forbindelse af neutralpunktet for transformatorer på byggepladser, er det første trin at fastlægge den passende jordmodstands værdi. Ifølge Ohms lov er jordmodstands værdien omvendt proportional med jordstrøm og jordspænding. Derfor, når man vælger jordmodstands værdien for metoden med lav resistans forbindelse af neutralpunktet, skal resistansværdien først fastlægges, og beregningsformlen er som følger:

I formel repræsenterer R₀ jordmodstands værdi; U₀ repræsenterer den gennemsnitlige nominale spænding i elektricitetssystemet på byggepladsen; I₀ repræsenterer strømmen, der går igennem den neutrale punktsresistans. Efter beregningen i formel (1) skal en passende jordmodstands værdi vælges, der effektivt kan begrænse kortslutningsstrømme, mens den undgår for høj indvirkning på transformatorerne.

Dernæst er det fastlæggelsen af parametre som tværsnitsareal og materiale for jordledningen. Materiale for jordledningen skal også have fremragende ledringe og korrosionsbestandighed for at sikre dens levetid og pålidelighed. Dette studie overvejer komplet de faktiske forhold for transformatorernes jordforbindelse på byggepladser og vælger tinplated koppered som jordledning – et materiale med god ledringe, nem ledning og stærk korrosionsbestandighed, der fuldt ud opfylder kravene til metoden med lav resistans forbindelse af neutralpunktet.

Tværsnitsarealet af jordledningen påvirker direkte dens resistansværdi, hvilket yderligere påvirker jordstrømmen. Derfor vælges det passende tværsnitsareal for jordledningen baseret på følgende formel:

I formel repræsenterer S tværsnitsarealet af jordledningen i metoden med lav resistans forbindelse af neutralpunktet; η repræsenterer forholdskoefficienten mellem den neutrale punkts jordmodstand og transformatorernes jordmodstand; T repræsenterer tilladt temperaturstigning for jordledningen. Til sidst skal dybden for begravelsen af jordelektroden fastlægges. For at sikre stabil drift af jordelektroden i hårde miljøer, skal dets begravelsedybde overstige frostjordlagets tykkelse på byggepladsen, hvilket almindeligvis garanterer jordsystemets pålidelighed og sikkerhed.

Samlet set, når der implementeres jordforbindelse for transformatorer på byggepladser, anvendes metoden med lav resistans forbindelse af neutralpunktet, med rimelige indstillinger for jordparametre, herunder resistansværdi, jordledningens tværsnitsareal, valg af materiale, og begravelsedybde for jordelektroden, hvilket giver et solidt grundlag for stabil drift af transformatorerne under byggeriet.

2 Design af transformatorernes jordbeskyttelseskoncept

Ifølge det ovenstående indhold anvendes metoden med lavt modstandsfældet jordforbindelse i transformerbeskyttelsesteknologi på byggesteder. Denne jordforbindelsesmetode kontrollerer effektivt transformatorjordstrømmen gennem lav modstand. Der kan opstå forskellige fejl under transformatoroperation, hvor den mest almindelige er enfase jordfejl. En enfase jordfejl refererer til en kortslutning mellem en fasevinding af transformator og jorden, mens de to andre faser fortsætter at fungere normalt. Dette fejl forårsager ændringer i transformatorens neutralpunkts potentiale, hvilket fører til ubalance i tre-fase strømme. Ud fra denne karakteristik foreslås et beskyttelsesskema baseret på tre-fase strømubalance i transformatorer:

Første er nul-sekvens sektion I-beskyttelsen, med dens indstillingsberegning formel som følger:

I formelen repræsenterer I₁ den nul-sekvens beskyttelsesvirkningsstrøm værdi for konstruktionstransformatorer; γ₁ repræsenterer pålidelighedskoefficienten; γ₂ repræsenterer nul-sekvens grenkoefficienten; I₂ repræsenterer nul-sekvens beskyttelsesvirkningsstrøm værdi for nabokomponenter til konstruktionstransformatorer. Efter beregning af strømværdien for nul-sekvens sektion I-beskyttelsen ifølge formel (3), sættes virknings tiden for sektion I-beskyttelsen generelt til ca. 0,5 sekunder længere end virknings tiden for næste niveau nul-sekvens beskyttelse.

Næste er nul-sekvens sektion II-beskyttelsen. Beregningsformlen for dens beskyttelsesstrøm værdi er den samme som for nul-sekvens sektion I-beskyttelsen, dvs. at beskyttelsesstrømmen også fås ifølge formel (3), men virknings tiden er anderledes, der kræves en øgning på ca. 0,3 sekunder baseret på virknings tiden for nul-sekvens sektion I-beskyttelsen.

Til sidst er der nul-sekvens spændingsbeskyttelsen. Med hensyn til overvejelser om, at under enfase jordfejl i konstruktionstransformatorer, kan neutralpunktet miste sin inbyggede følsomhed, skal virknings spændingen for nul-sekvens spændingsbeskyttelsen være lavere end den maksimale nul-sekvens spænding, der optræder ved beskyttelsesinstallationspunktet under enfase jordfejl. Værdien for nul-sekvens spændingsbeskyttelsesspænding fastsættes primært ifølge følgende formel:

I formelen repræsenterer U₁ virknings spændingen for nul-sekvens spændingsbeskyttelsen; U₂ repræsenterer den nominelle spænding for de tre sekundære vindinger.

Samlet set, for at danne et komplet tre-fase strømubalance beskyttelsesskema, er en række komplekse beregninger nødvendige, herunder beregningsformler for nul-sekvens sektion I, nul-sekvens sektion II og nul-sekvens spændingsbeskyttelse. Afledningen og anvendelsen af disse formler vil hjælpe med at bestemme type og alvorlighed af enfase jordfejl på byggesteder mere præcist. Dette beskyttelsesskema kan ikke kun hurtigt lokalisere og isolere jordfejl, men også reducere sandsynligheden for strømafbrydelseshændelser forårsaget af jordfejl. Samtidig dannes sammen med metoden med lavt modstandsfældet jordforbindelse, en komplet jordbeskyttelsesstruktur for konstruktionstransformatorer, der giver stærk beskyttelse for sikker drift af transformatorer.

3 Eksperimentel Analyse

For at verificere effektiviteten af den omtalte transformatorjordbeskyttelsesteknologi på byggesteder, vil dette kapitel bruge strømsystemsimuleringssoftwaren PowerFactory til at foretage transformatorjordbeskyttelsessimuleringsforsøg. Først oprettes et byggeelektrisk systemmodel i simuleringssoftwaren, der hovedsagelig inkluderer transformatorer, høje og lave spændingslinjer, belastninger og anden udstyr. Tabel 1 præsenterer model og parametrespecifikationer for forsøgs-transformatorerne.

Den specifikke struktur af transformator vises i figur 1.

Derefter blev simuleringsforsøg for jordbeskyttelse af transformator udført ved hjælp af tre forskellige jordmetoder henholdsvis: neutralpunkt med lav resistansjord, neutralpunkt med høj resistansjord og neutralpunkt med bueudslukningsbobin. Når jordmetoderne blev indstillet, blev for metoden med neutralpunkt med lav resistansjord, en resistor med lille resistansværdi valgt, specifikt indstillet til 0,5 Ω, for at simulere effekten af lav resistansjord; for metoden med neutralpunkt med høj resistansjord blev en resistor med større resistansværdi valgt, indstillet til 10 Ω, for at simulere kendetegnene ved høj resistansjord.

Under forsøget blev jordstrømniveauerne for transformator under enfasjordfejl simuleret. Den specifikke placering af fejlen blev sat på midtpunktet af en faseledning på den lavspændings side af transformator, med fejlresistancen indstillet til 100 Ω for at simulere jordresistancen under en jordfejl. I fejsimuleringsprocessen blev et dataindsamlingsystem med høj prøvefrekvens brugt til at registrere jordstrømdata, med prøvefrekvensen indstillet til 1000 gange per sekund for at sikre, at de subtile ændringer i jordstrømmen blev fanget.

Ud over at registrere jordstrømværdien i det øjeblik, hvor fejlen opstod, blev flere tidspunkter sat, herunder 0,1 s, 0,5 s, 1 s, 5 s og 10 s efter, at fejlen opstod, for at observere ændringer i jordstrøm på forskellige tidspunkter. For at undgå tilfældigheder i forsøgsresultaterne blev jordstrømdata registreret 10 gange, med gennemsnitlig værdi taget som det endelige forsøgsresultat. Figur 2 giver en sammenligning af effekterne af transformatorjordbeskyttelse under forskellige jordmetoder.

Som vist i figur 2, sammenlignede simulationsanalyse jordstrømkendetegnene for transformatorer under enfasfejl for metoderne med neutralpunkt med lav resistansjord, høj resistansjord og bueudslukningsbobin. Resultaterne viser, at under enfasjordfejl i transformatorer er jordstrømmen under metoden med neutralpunkt med lav resistansjord betydeligt højere end under metoderne med neutralpunkt med høj resistansjord og neutralpunkt med bueudslukningsbobin.

Under den designede jordbeskyttelsesteknologi var den gennemsnitlige jordstrøm for transformator 70,11 A, hvilket er en stigning på 43,44 A og 21,62 A henholdsvis sammenlignet med kontrolgruppens teknologier. Dette hjælper med at reducere buens intensitet ved fejlpunktet og accelererer selvfjerningskapaciteten for fejlen. Derfor er den designede jordbeskyttelsesteknologi gennemførlig og pålidelig, velegnet til praktisk anvendelse i enfasjordfejl for transformatorer, der effektivt beskytter driftssikkerheden for transformatorer på byggesteder.

4. Konklusion

Jordbeskyttelsesteknologien for transformatorer i byggeri foreslår et nulsekvens-overstrømningssikringssystem baseret på metoden med neutralpunkt med lav resistansjord. Gennem sammenlignende forsøg er overlegenheten af den designede jordbeskyttelsesteknologi i hovedbeskyttelsen for enfasfejl for transformatorer blevet bekræftet. Selvom nogle forskningsresultater er opnået, findes der stadig visse begrænsninger. For eksempel kan forsøgsbetingelserne og datasamplene ikke være omfattende nok, hvilket kræver yderligere validering af konklusionernes universalitet.

Fremtidige forskning kunne fokusere på følgende områder: for det første, udvide omfanget af forsøg og øge datasamplene for at forbedre præcisionen og universaliteten af konklusionerne; for det andet, foretage dybere studier af andre beskyttelsessystemer og teknologier for at udforske mere effektive og pålidelige jordbeskyttelsesmetoder for transformatorer; endelig, udvikle beskyttelsesenheder og systemer med højere ydeevne i kombination med praktiske ingeniørprojekter.