Ανάλυση της Τεχνολογίας Προστασίας Σύνδεσης σε Χέρσο των Μετατροπέων σε Έργα Κατασκευής

Σήμερα, η Κίνα έχει επιτύχει συγκεκριμένα επιτεύγματα σε αυτό το πεδίο. Σχετική βιβλιογραφία έχει σχεδιάσει τυπικά σχήματα διάθεσης για την προστασία από σφάλματα συνδεδεμένης με το χαμηλότερο σύστημα κατανομής ενέργειας σε πυρηνικές εγκαταστάσεις. Με βάση την ανάλυση εσωτερικών και διεθνών περιπτώσεων, όπου τα σφάλματα συνδεδεμένης στα χαμηλότερα συστήματα κατανομής ενέργειας πυρηνικών εγκαταστάσεων προκάλεσαν λανθασμένη λειτουργία της προστασίας μηδενικής ακολουθίας του μετασχηματιστή, έχουν αναδειχθεί οι υποκείμενες αιτίες. Επιπλέον, έχουν προταθεί προτάσεις βελτίωσης για μέτρα προστασίας από σφάλματα συνδεδεμένης στα συστήματα βοηθητικής ενέργειας πυρηνικών εγκαταστάσεων, με βάση αυτά τα τυπικά σχήματα διάθεσης.

Η σχετική βιβλιογραφία έχει μελετήσει τους προσαρμοστικούς τύπους του διαφορικού ρεύματος και του ρεύματος περιορισμού, και μέσω του υπολογισμού του λόγου μεταξύ διαφορικού ρεύματος και ρεύματος περιορισμού, έχει διεξαχθεί ποσοτική ανάλυση της προσαρμοστικότητας της προστασίας αναλογικής διαφοράς του κύριου μετασχηματιστή υπό τέτοιες συνθήκες σφάλματος.

Ωστόσο, οι προαναφερόμενες μέθοδοι αντιμετωπίζουν ακόμη πολλά προβλήματα που χρειάζονται επείγουσα επίλυση. Για παράδειγμα, υπερβολική αντίσταση συνδεδεμένης, λανθασμένη επιλογή τρόπων σύνδεσης συνδεδεμένης, και ανεπαρκή μέτρα προστασίας από κεραυνούς - αυτά τα προβλήματα μπορούν να οδηγήσουν σε αποτυχίες του μετασχηματιστή και ακόμη και να προκαλέσουν ασφαλείς ατυχίες. Έτσι, είναι αναγκαίο να διεξαχθεί πιο εμβύθια έρευνα και ανάλυση των τεχνολογιών προστασίας συνδεδεμένης των μετασχηματιστών σε κατασκευαστικές θέσεις, συμπεριλαμβανομένων των πιο πρόσφατων ερευνητικών ευρημάτων και τεχνολογικών εξελίξεων.

Μέσω αυτής της έρευνας, μπορεί να ενισχυθεί όχι μόνο το θεωρητικό επίπεδο της τεχνολογίας προστασίας συνδεδεμένης των μετασχηματιστών, αλλά και να παρασχεθούν πρακτικά και εφικτά λύσεις και μέτρα για πραγματικά κατασκευαστικά έργα. Ελπίζεται ότι αυτή η έρευνα θα προσελκύσει περισσότερη προσοχή και έμφαση από τους ερευνητές στις τεχνολογίες προστασίας συνδεδεμένης των μετασχηματιστών σε κατασκευαστικές θέσεις, προωθώντας έτσι την ανάπτυξη αυτού του τομέα.

1 Απόφαση για τους τρόπους σύνδεσης συνδεδεμένης των μετασχηματιστών

Ο παραδοσιακός τρόπος άμεσης σύνδεσης συνδεδεμένης του μετασχηματιστή μπορεί να προκαλέσει υπερβολικά ρεύματα σύνδεσης σε κάποιες συνθήκες, με δυνητική ζημία της εξοπλισμού. Συνεπώς, προτείνεται ένας τρόπος σύνδεσης συνδεδεμένης με χαμηλή αντίσταση. Η σύνδεση συνδεδεμένης με χαμηλή αντίσταση είναι ένα αποτελεσματικός τρόπος σύνδεσης συνδεδεμένης των μετασχηματιστών, που επιτυγχάνει τον αποτελεσματικό έλεγχο του ρεύματος συνδεδεμένης του μετασχηματιστή, συνδέοντας μια χαμηλή αντίσταση μεταξύ του μετασχηματιστή και της γης. Αυτός ο τρόπος σύνδεσης μπορεί όχι μόνο να ρυθμίζει τη μέγεθος του ρεύματος συνδεδεμένης και να μειώνει την επίδραση των κεραυνών και της υπερτάσης στους μετασχηματιστές, βελτιώνοντας έτσι τη σταθερότητα λειτουργίας, αλλά και να περιορίζει τα ρεύματα σύνδεσης και να μειώνει τον κίνδυνο ζημίας της εξοπλισμού.

Ειδικότερα, όταν εφαρμόζεται η σύνδεση συνδεδεμένης με χαμηλή αντίσταση για μετασχηματιστές σε κατασκευαστικές θέσεις, ο πρώτος βήμας είναι να καθοριστεί η κατάλληλη τιμή της αντίστασης συνδεδεμένης. Σύμφωνα με τον Νόμο του Ωμ, η τιμή της αντίστασης συνδεδεμένης είναι αντιστρόφως ανάλογη με το ρεύμα συνδεδεμένης και την τάση συνδεδεμένης. Συνεπώς, όταν επιλέγεται η τιμή της αντίστασης συνδεδεμένης για τον τρόπο σύνδεσης συνδεδεμένης με χαμηλή αντίσταση, πρέπει πρώτα να καθοριστεί η τιμή της αντίστασης, με τον υπολογιστικό τύπο ως εξής:

Στον τύπο, R₀ αντιπροσωπεύει την τιμή της αντίστασης συνδεδεμένης; U₀ αντιπροσωπεύει τη μέση τυπική τάση του ηλεκτρικού συστήματος στην κατασκευή; I₀ αντιπροσωπεύει το ρεύμα που διαρρέει την αντίσταση συνδεδεμένης. Σύμφωνα με τον υπολογισμό του τύπου (1), πρέπει να επιλεγεί μια κατάλληλη τιμή αντίστασης συνδεδεμένης που μπορεί να περιορίσει αποτελεσματικά το ρεύμα σύνδεσης, ενώ αποφεύγει την υπερβολική επίδραση στον μετασχηματιστή.

Επόμενο είναι η καθορίστηκη των παραμέτρων, όπως το εμβαδόν και το υλικό του καλωδίου συνδεδεμένης. Το υλικό του καλωδίου συνδεδεμένης πρέπει επίσης να διαθέτει εξαιρετική συγκεντρωτικότητα και αντιοξειδωτική αντοχή για να εξασφαλίσει τη διάρκεια ζωής και την αξιοπιστία του. Αυτή η μελέτη λαμβάνει υπόψη τις πραγματικές συνθήκες της σύνδεσης συνδεδεμένης των μετασχηματιστών στις κατασκευαστικές θέσεις και επιλέγει το εντετινωμένο χάλυβα ως καλωδίο συνδεδεμένης - ένα υλικό με καλή συγκεντρωτικότητα, εύκολη σύνδεση και ισχυρή αντιοξειδωτική ικανότητα, που εκπληρώνει πλήρως τις απαιτήσεις του τρόπου σύνδεσης συνδεδεμένης με χαμηλή αντίσταση.

Το εμβαδόν του καλωδίου συνδεδεμένης επηρεάζει άμεσα την τιμή της αντίστασης, η οποία, σε σειρά, επηρεάζει το ρεύμα συνδεδεμένης. Συνεπώς, το κατάλληλο εμβαδόν του καλωδίου συνδεδεμένης επιλέγεται με βάση τον ακόλουθο τύπο:

Στον τύπο, S αντιπροσωπεύει το εμβαδόν του καλωδίου συνδεδεμένης στον τρόπο σύνδεσης συνδεδεμένης με χαμηλή αντίσταση; η αντιστοιχία μεταξύ της αντίστασης συνδεδεμένης και της αντίστασης συνδεδεμένης του μετασχηματιστή; T αντιπροσωπεύει την επιτρεπτή θερμική αύξηση του καλωδίου συνδεδεμένης. Τελικά, πρέπει να καθοριστεί η βάθος θάψης του ηλεκτρόδου συνδεδεμένης. Για να εξασφαλίσει τη σταθερή λειτουργία του ηλεκτρόδου συνδεδεμένης σε αυστηρές συνθήκες, η βάθος θάψης του πρέπει να υπερβαίνει το πάχος του παγωμένου εδάφους στην κατασκευαστική θέση, προσφέροντας έτσι ολοκληρωμένη εγγύηση για την αξιοπιστία και την ασφάλεια του συστήματος συνδεδεμένης.

Συνοψίζοντας, όταν εφαρμόζεται η σύνδεση συνδεδεμένης για μετασχηματιστές σε κατασκευαστικές θέσεις, επιλέγεται ο τρόπος σύνδεσης συνδεδεμένης με χαμηλή αντίσταση, με λογικές ρυθμίσεις για τις παραμέτρους συνδεδεμένης, συμπεριλαμβανομένων της τιμής της αντίστασης, του εμβαδού του καλωδίου συνδεδεμένης, της επιλογής υλικού και της βάθος θάψης του ηλεκτρόδου συνδεδεμένης, παρέχοντας έτσι μια σταθερή βάση για τη σταθερή λειτουργία των μετασχηματιστών κατά τη διάρκεια της κατασκευής.

2 Σχεδιασμός του σχεδίου προστασίας συνδεδεμένης των μετασχηματιστών

Σύμφωνα με το παραπάνω περιεχόμενο, στην τεχνολογία προστασίας εδάφωσης των μετατροπέας για χώρους κατασκευών, χρησιμοποιείται η μέθοδος εδάφωσης με χαμηλή αντίσταση. Αυτή η μέθοδος εδάφωσης ελέγχει αποτελεσματικά το ρεύμα εδάφωσης του μετατροπέα μέσω χαμηλής αντίστασης. Κατά τη λειτουργία του μετατροπέα, μπορεί να παρουσιαστούν διάφορες παρανομαλίες, με την πιο συνηθισμένη να είναι οι παρανομαλίες εδάφωσης μιας φάσης. Μια παρανομαλία εδάφωσης μιας φάσης αναφέρεται σε μια σύνδεση μεταξύ μιας φάσης του μετατροπέα και του εδάφους, ενώ οι δύο άλλες φάσεις συνεχίζουν να λειτουργούν κανονικά. Αυτή η παρανομαλία προκαλεί αλλαγές στην τάση του ουδέτερου σημείου του μετατροπέα, οδηγώντας σε ανισορροπία των τριφασικών ρευμάτων. Εκμεταλλευόμενοι αυτή την ιδιότητα, προτείνεται ένα σχέδιο προστασίας βασισμένο στην ανισορροπία των τριφασικών ρευμάτων στους μετατροπείς:

Πρώτον, η προστασία του μηδενικού ακολουθίου I, με το υπολογιστικό της σχήμα να είναι όπως εξής:

Στο σχήμα, το I₁ αντιπροσωπεύει την τιμή του ρεύματος λειτουργίας προστασίας μηδενικού ακολουθίου των μετατροπέων σε χώρους κατασκευών; το γ₁ αντιπροσωπεύει τον συντελεστή αξιοπιστίας; το γ₂ αντιπροσωπεύει τον συντελεστή μηδενικού ακολουθίου; το I₂ αντιπροσωπεύει την τιμή του ρεύματος λειτουργίας προστασίας μηδενικού ακολουθίου των γειτονικών συστατικών των μετατροπέων σε χώρους κατασκευών. Μετά τον υπολογισμό της τιμής του ρεύματος για την προστασία του μηδενικού ακολουθίου I, σύμφωνα με το σχήμα (3), η χρονική διάρκεια λειτουργίας της προστασίας του μηδενικού ακολουθίου I είναι συνήθως περίπου 0,5 δευτερόλεπτα μεγαλύτερη από τη χρονική διάρκεια λειτουργίας της επόμενης επιπέδου προστασίας μηδενικού ακολουθίου.

Επόμενο είναι το μηδενικό ακολουθίου II. Το υπολογιστικό της τιμής του ρεύματος προστασίας είναι το ίδιο με αυτό της προστασίας του μηδενικού ακολουθίου I, δηλαδή το ρεύμα προστασίας προκύπτει επίσης σύμφωνα με το σχήμα (3), αλλά η χρονική διάρκεια λειτουργίας διαφέρει, απαιτούμενη αύξηση περίπου 0,3 δευτερόλεπτα με βάση τη χρονική διάρκεια λειτουργίας της προστασίας του μηδενικού ακολουθίου I.

Τέλος, υπάρχει η προστασία της τάσης μηδενικού ακολουθίου. Λαμβάνοντας υπόψη ότι κατά τη διάρκεια παρανομαλιών εδάφωσης μιας φάσης σε μετατροπείς σε χώρους κατασκευών, το ουδέτερο σημείο μπορεί να χάσει την αναλογική ευαισθησία, η τάση λειτουργίας της προστασίας της τάσης μηδενικού ακολουθίου πρέπει να είναι κάτω από τη μέγιστη τάση μηδενικού ακολουθίου που εμφανίζεται σημείο εγκατάστασης προστασίας κατά τη διάρκεια παρανομαλιών εδάφωσης μιας φάσης. Η τιμή της τάσης προστασίας της τάσης μηδενικού ακολουθίου καθορίζεται κυρίως σύμφωνα με το εξής σχήμα:

Στο σχήμα, το U₁ αντιπροσωπεύει την τάση λειτουργίας της προστασίας της τάσης μηδενικού ακολουθίου; το U₂ αντιπροσωπεύει την ορθή τάση των τριών δευτερευούσων στροφών.

Συνοψίζοντας, για τη δημιουργία ενός ολοκληρωμένου σχεδίου προστασίας ανισορροπίας τριφασικών ρευμάτων, απαιτούνται μια σειρά περίπλοκων υπολογισμών, συμπεριλαμβανομένων των υπολογιστικών σχημάτων για το μηδενικό ακολουθίου I, το μηδενικό ακολουθίου II και την προστασία της τάσης μηδενικού ακολουθίου. Η παραγωγή και η εφαρμογή αυτών των σχημάτων θα βοηθήσει στην πιο ακριβή καθορισμό του τύπου και της σοβαρότητας των παρανομαλιών εδάφωσης μιας φάσης σε χώρους κατασκευών. Αυτό το σχέδιο προστασίας μπορεί όχι μόνο να εντοπίσει και να απομονώσει γρήγορα παρανομαλίες εδάφωσης, αλλά και να μειώσει την πιθανότητα απορρυθμίσεων που προκαλούνται από παρανομαλίες εδάφωσης. Παράλληλα, σε συνδυασμό με τη μέθοδο εδάφωσης με χαμηλή αντίσταση, σχηματίζεται μια ολοκληρωμένη δομή προστασίας εδάφωσης για τους μετατροπείς σε χώρους κατασκευών, παρέχοντας ισχυρή προστασία για την ασφαλή λειτουργία των μετατροπέων.

3 Πειραματική Ανάλυση

Για την επαλήθευση της αποτελεσματικότητας της προστασίας εδάφωσης των μετατροπέων σε χώρους κατασκευών, αυτό το κεφάλαιο θα χρησιμοποιήσει το λογισμικό προσομοίωσης ηλεκτρικών συστημάτων PowerFactory για τη διεξαγωγή πειραματικών προσομοιώσεων προστασίας εδάφωσης μετατροπέων. Πρώτα, θα δημιουργηθεί ένα μοντέλο ηλεκτρικού συστήματος κτιρίων στο λογισμικό προσομοίωσης, το οποίο περιλαμβάνει κυρίως μετατροπείς, γραμμές υψηλής και χαμηλής τάσης, φορτία και άλλες εξοπλισμού. Ο πίνακας 1 παρουσιάζει το μοντέλο και τις παραμέτρους του πειραματικού μετατροπέα.

Η συγκεκριμένη δομή του μετατροπέα είναι απεικονισμένη στο Σχήμα 1.

Στη συνέχεια, διεξήχθησαν πειράματα προσομοίωσης προστασίας γείωσης μετατροπέα χρησιμοποιώντας τρεις διαφορετικές μεθόδους γείωσης: γείωση με χαμηλή αντίσταση στο ουδέτερο σημείο, γείωση με υψηλή αντίσταση στο ουδέτερο σημείο και γείωση με κατασταλτικό κύκλωμα. Κατά την επιλογή των μεθόδων γείωσης, για τη μέθοδο γείωσης με χαμηλή αντίσταση στο ουδέτερο σημείο, επιλέχθηκε ένας αντιστατής με μικρή αντίσταση, συγκεκριμένα 0,5 Ω, για να προσομοιώσει την επίδραση της γείωσης με χαμηλή αντίσταση· για τη μέθοδο γείωσης με υψηλή αντίσταση στο ουδέτερο σημείο, επιλέχθηκε ένας αντιστατής με μεγαλύτερη αντίσταση, συγκεκριμένα 10 Ω, για να προσομοιώσει τα χαρακτηριστικά της γείωσης με υψηλή αντίσταση.

Κατά τη διάρκεια του πειράματος, προσομοιώθηκαν τα επίπεδα ρεύματος γείωσης του μετατροπέα κατά την εμφάνιση λάθους με μονοφασική γείωση. Η συγκεκριμένη τοποθεσία του λάθους ήταν στο μέσο μιας φάσης στην πλευρά χαμηλής τάσης του μετατροπέα, με την αντίσταση του λάθους να έχει οριστεί σε 100 Ω για να προσομοιώσει την αντίσταση γείωσης κατά την εμφάνιση λάθους. Κατά τη διάρκεια της προσομοίωσης του λάθους, χρησιμοποιήθηκε ένα σύστημα συλλογής δεδομένων με υψηλή συχνότητα δειγματοληψίας για την καταγραφή δεδομένων ρεύματος γείωσης, με τη συχνότητα δειγματοληψίας να έχει οριστεί σε 1000 φορές ανά δευτερόλεπτο, ώστε να εξασφαλίζεται η καταγραφή λεπτών αλλαγών στο ρεύμα γείωσης.

Εκτός από την καταγραφή της τιμής του ρεύματος γείωσης στη στιγμή εμφάνισης του λάθους, ορίστηκαν πολλαπλά σημεία χρόνου, συμπεριλαμβανομένων των 0,1 s, 0,5 s, 1 s, 5 s και 10 s μετά την εμφάνιση του λάθους, για την παρατήρηση των αλλαγών στο ρεύμα γείωσης σε διαφορετικά σημεία χρόνου. Για να αποφευχθεί η τυχαιότητα στα αποτελέσματα του πειράματος, τα δεδομένα ρεύματος γείωσης καταγράφηκαν 10 φορές, με την μέση τιμή να θεωρείται ως το τελικό αποτέλεσμα του πειράματος. Το Σχήμα 2 παρέχει μια σύγκριση των αποτελεσμάτων προστασίας γείωσης του μετατροπέα υπό διαφορετικές μεθόδους γείωσης.

Όπως φαίνεται στο Σχήμα 2, η ανάλυση προσομοίωσης συγκρίνει τα χαρακτηριστικά ρεύματος γείωσης του μετατροπέα κατά την εμφάνιση μονοφασικών λαθών για τις μεθόδους γείωσης με χαμηλή αντίσταση στο ουδέτερο σημείο, υψηλή αντίσταση στο ουδέτερο σημείο και κατασταλτικό κύκλωμα. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι, κατά την εμφάνιση μονοφασικού λάθους γείωσης στους μετατροπείς, το ρεύμα γείωσης υπό τη μέθοδο γείωσης με χαμηλή αντίσταση στο ουδέτερο σημείο είναι σημαντικά υψηλότερο από το ρεύμα γείωσης υπό τις μεθόδους γείωσης με υψηλή αντίσταση στο ουδέτερο σημείο και κατασταλτικό κύκλωμα.

Υπό την επιλεγμένη τεχνολογία προστασίας γείωσης, το μέσο ρεύμα γείωσης του μετατροπέα ήταν 70,11 A, που αντιπροσωπεύει αύξηση 43,44 A και 21,62 A αντίστοιχα σε σύγκριση με τις τεχνολογίες της ομάδας ελέγχου. Αυτό βοηθά στη μείωση του έντασης του φωτιστήρα στο σημείο του λάθους και επιταχύνει την αυτόματη αποκατάσταση του λάθους. Επομένως, η επιλεγμένη τεχνολογία προστασίας γείωσης είναι εφικτή και αξιόπιστη, κατάλληλη για πρακτική εφαρμογή σε μονοφασικά λάθη γείωσης των μετατροπέων, επιτρέποντας την αποτελεσματική προστασία της λειτουργικής ασφάλειας των μετατροπέων σε εργοτάξια.

4.Συμπέρασμα

Η τεχνολογία προστασίας γείωσης για μετατροπείς σε εργοτάξια προτείνει ένα σχέδιο προστασίας υπερβολικού ρεύματος μηδενικής ακολουθίας με βάση τη μέθοδο γείωσης με χαμηλή αντίσταση στο ουδέτερο σημείο. Μέσω συγκριτικών πειραμάτων, επιβεβαιώθηκε η υπεροχή της επιλεγμένης τεχνολογίας προστασίας γείωσης στην κύρια προστασία για μονοφασικά λάθη των μετατροπέων. Παρόλο που έχουν επιτευχθεί κάποια ερευνητικά επιτεύγματα, υπάρχουν ακόμη κάποιες περιορισμοί. Για παράδειγμα, οι περιβάλλουσες συνθήκες και τα δείγματα δεδομένων μπορεί να μην είναι αρκετά ολοκληρωμένα, απαιτούμενη επίσης περαιτέρω επιβεβαίωση της γενικότητας των συμπερασμάτων.

Μελλοντικές έρευνες μπορούν να εστιάσουν στους ακόλουθους τομείς: πρώτον, επέκταση του πεδίου των πειραμάτων και αύξηση των δειγμάτων δεδομένων για τη βελτίωση της ακρίβειας και της γενικότητας των συμπερασμάτων· δεύτερον, εξελικτική μελέτη άλλων σχεδίων και τεχνολογιών προστασίας για την εξερεύνηση πιο αποτελεσματικών και αξιόπιστων μεθόδων προστασίας γείωσης των μετατροπέων· τέλος, ανάπτυξη υψηλότερης απόδοσης συσκευών και συστημάτων προστασίας σε συνδυασμό με πρακτικές εφαρμογές μηχανικών έργων.