Analisis Teknologi Perlindungan Penyambungan ke Tanah Transformator di Tapak Pembinaan

Pada masa kini, China telah mencapai beberapa pencapaian dalam bidang ini. Literatur berkaitan telah merancang skema konfigurasi tipikal untuk perlindungan kesalahan tanah dalam sistem pengagihan voltan rendah loji kuasa nuklear. Berdasarkan analisis kes-kes domestik dan antarabangsa di mana kesalahan tanah dalam sistem pengagihan voltan rendah loji kuasa nuklear telah menyebabkan operasi tidak betul perlindungan siri nol transformer, penyebab bawahannya telah dikenal pasti. Selain itu, cadangan penambahbaikan bagi langkah-langkah perlindungan kesalahan tanah dalam sistem kuasa pembantu loji kuasa nuklear telah dicadangkan berdasarkan skema konfigurasi tipikal tersebut.

Literatur berkaitan telah mempelajari corak variasi arus pembezaan dan arus penguatkuasa, dan melalui pengiraan nisbah antara arus pembezaan dan arus penguatkuasa, analisis kuantitatif telah dilakukan terhadap adaptabiliti perlindungan pembezaan nisbah transformer utama dalam keadaan kesalahan tersebut.

Namun, kaedah-kaedah yang disebutkan masih menghadapi banyak masalah yang perlu diselesaikan dengan segera. Sebagai contoh, tahanan tanah berlebihan, pemilihan kaedah tanah yang tidak tepat, dan langkah-langkah perlindungan petir tanah yang tidak mencukupi—semua isu ini boleh menyebabkan kegagalan transformer dan bahkan memicu kemalangan keselamatan. Oleh itu, perlu dilakukan lebih banyak penyelidikan dan analisis mendalam tentang teknologi perlindungan tanah transformer di tapak pembinaan, dengan menggabungkan hasil penyelidikan dan perkembangan teknologi terkini.

Melalui penyelidikan ini, bukan sahaja tahap teori teknologi perlindungan tanah transformer dapat ditingkatkan, tetapi juga solusi dan langkah-langkah praktikal dan layak dapat dibekalkan untuk projek-projek pembinaan sebenar. Diharapkan penyelidikan ini dapat menarik lebih banyak perhatian dan penekanan dari para sarjana terhadap teknologi perlindungan tanah transformer di tapak pembinaan, secara bersama-sama mendorong perkembangan bidang ini.

1 Penentuan Kaedah Tanah Transformer

Kaedah tanah titik neutral transformer tradisional mungkin menyebabkan arus pendek berlebihan dalam keadaan tertentu, yang mungkin merosakkan peralatan. Oleh itu, kaedah tanah tahanan rendah titik neutral dicadangkan. Tanah tahanan rendah titik neutral adalah pendekatan tanah transformer yang efektif yang mencapai kawalan berkesan arus tanah transformer dengan menyambungkan tahanan rendah antara titik neutral transformer dan bumi. Kaedah tanah ini tidak hanya dapat mengatur magnitud arus tanah dan mengurangkan impak petir dan overvoltase pada transformer, sehingga meningkatkan kestabilan operasi, tetapi juga dapat membatasi arus pendek dan mengurangkan risiko kerosakan peralatan.

Secara spesifik, apabila melaksanakan tanah tahanan rendah titik neutral untuk transformer di tapak pembinaan, langkah pertama adalah menentukan nilai tahanan tanah yang sesuai. Mengikut hukum Ohm, nilai tahanan tanah berbanding songsang dengan arus tanah dan voltan tanah. Oleh itu, apabila memilih nilai tahanan tanah untuk kaedah tanah tahanan rendah titik neutral, nilai tahanan mesti ditentukan terlebih dahulu, dengan formula pengiraan seperti berikut:

Dalam formula, R₀ mewakili nilai tahanan resistor tanah; U₀ mewakili voltan rata-rata sistem elektrik di tapak pembinaan; I₀ mewakili arus yang mengalir melalui resistor titik neutral. Berdasarkan pengiraan dalam formula (1), nilai tahanan tanah yang sesuai harus dipilih yang dapat membatasi arus pendek secara efektif sambil mengelakkan impak berlebihan pada transformer.

Seterusnya adalah penentuan parameter seperti luas keratan rentas dan bahan wayar tanah. Bahan wayar tanah mesti juga mempunyai kekonduksian dan ketahanan korosi yang baik untuk memastikan jangka hayat dan kebolehpercayaannya. Kajian ini mempertimbangkan keadaan sebenar tanah transformer di tapak pembinaan dan memilih wayar tembaga timbal sebagai konduktor tanah—bahan dengan kekonduksian yang baik, pengurusan wayar yang mudah, dan keupayaan anti-korosi yang kuat, yang sepenuhnya memenuhi keperluan kaedah tanah tahanan rendah titik neutral.

Luas keratan rentas wayar tanah secara langsung mempengaruhi nilai tahanannya, yang seterusnya mempengaruhi arus tanah. Oleh itu, luas keratan rentas wayar tanah yang sesuai dipilih berdasarkan formula berikut:

Dalam formula, S mewakili luas keratan rentas wayar tanah dalam kaedah tanah tahanan rendah titik neutral; η mewakili koefisien nisbah antara tahanan tanah titik neutral dan tahanan tanah transformer; T mewakili kenaikan suhu yang diperkenankan wayar tanah. Akhirnya, kedalaman pengebumian elektroda tanah mesti ditentukan. Untuk memastikan operasi stabil elektroda tanah dalam persekitaran yang keras, kedalaman pengebumiannya harus melebihi ketebalan lapisan tanah beku di tapak pembinaan, dengan demikian memberikan jaminan komprehensif terhadap kebolehpercayaan dan keselamatan sistem tanah.

Kesimpulannya, apabila melaksanakan tanah untuk transformer di tapak pembinaan, kaedah tanah tahanan rendah titik neutral digunakan, dengan penyetelan yang wajar untuk parameter tanah termasuk nilai tahanan, luas keratan rentas wayar tanah, pemilihan bahan, dan kedalaman pengebumian elektroda tanah, menyediakan asas yang kukuh untuk operasi transformer yang stabil semasa pembinaan.

2 Reka Bentuk Skema Perlindungan Tanah Transformer

Berdasarkan kandungan di atas, kaedah pengendalian bumi rintangan rendah digunakan dalam teknologi perlindungan pembumian transformator untuk tapak pembinaan. Kaedah pembumian ini utamanya mengawal arus pembumian transformator dengan berkesan melalui rintangan rendah. Berbagai jenis kegagalan mungkin berlaku semasa operasi transformator, dengan yang paling biasa adalah kegagalan pembumian satu fasa. Kegagalan pembumian satu fasa merujuk kepada hubungan pendek antara satu fasa gulungan transformator dan tanah, sementara dua fasa lain terus beroperasi secara normal. Kegagalan ini menyebabkan perubahan potensial titik neutral transformator, menyebabkan ketidakseimbangan dalam arus tiga fasa. Dengan menggunakan ciri ini, satu skema perlindungan berdasarkan ketidakseimbangan arus tiga fasa pada transformator dicadangkan:

Pertama adalah perlindungan bahagian I rangkaian nol, dengan formula pengiraan setingannya seperti berikut:

Dalam formula, I₁ mewakili nilai arus operasi perlindungan rangkaian nol bagi transformator di tapak pembinaan; γ₁ mewakili pekali kebolehpercayaan; γ₂ mewakili pekali cabang rangkaian nol; I₂ mewakili nilai arus operasi perlindungan rangkaian nol bagi komponen bersebelahan transformator di tapak pembinaan. Selepas mengira nilai arus bagi perlindungan bahagian I rangkaian nol mengikut formula (3), masa operasi bagi perlindungan bahagian I biasanya ditetapkan kira-kira 0.5 saat lebih panjang daripada masa operasi perlindungan rangkaian nol tahap seterusnya.

Berikutnya adalah perlindungan bahagian II rangkaian nol. Formula pengiraan nilai arus perlindungannya sama dengan perlindungan bahagian I rangkaian nol, bermaksud arus perlindungan juga diperoleh mengikut formula (3), tetapi masa operasinya berbeza, memerlukan peningkatan kira-kira 0.3 saat berdasarkan masa operasi perlindungan bahagian I rangkaian nol.

Akhirnya, terdapat perlindungan voltan rangkaian nol. Mengambil kira secara menyeluruh bahawa semasa kegagalan pembumian satu fasa pada transformator di tapak pembinaan, titik neutral mungkin kehilangan sensitiviti semula jadi, voltan operasi perlindungan voltan rangkaian nol mesti berada di bawah voltan rangkaian nol maksimum yang muncul di titik pemasangan perlindungan semasa kegagalan pembumian satu fasa. Nilai voltan perlindungan voltan rangkaian nol utamanya ditentukan mengikut formula berikut:

Dalam formula, U₁ mewakili voltan operasi perlindungan voltan rangkaian nol; U₂ mewakili voltan tertentu tiga gulungan sekunder.

Kesimpulannya, untuk membentuk satu skema perlindungan ketidakseimbangan arus tiga fasa yang lengkap, diperlukan serangkaian pengiraan yang rumit, termasuk formula pengiraan untuk perlindungan bahagian I rangkaian nol, perlindungan bahagian II rangkaian nol, dan perlindungan voltan rangkaian nol. Penurunan dan aplikasi formula-formula ini akan membantu menentukan jenis dan tahap keparahan kegagalan pembumian satu fasa di tapak pembinaan dengan lebih tepat. Skema perlindungan ini tidak hanya dapat mengenal pasti dan mengasingkan kegagalan pembumian dengan cepat, tetapi juga mengurangkan kebarangkalian insiden gangguan elektrik yang disebabkan oleh kegagalan pembumian. Sementara itu, apabila dikombinasikan dengan kaedah pembumian rintangan rendah pada titik neutral, struktur perlindungan pembumian yang komprehensif bagi transformator di tapak pembinaan dibentuk, memberikan perlindungan yang kuat untuk operasi selamat transformator.

3 Analisis Eksperimen

Untuk mengesahkan keberkesanan teknologi perlindungan pembumian transformator yang disebutkan di tapak pembinaan, bab ini akan menggunakan perisian simulasi sistem kuasa PowerFactory untuk melakukan eksperimen simulasi perlindungan pembumian transformator. Pertama, model sistem elektrik bangunan dibentuk dalam perisian simulasi, yang terutamanya merangkumi transformator, laluan tegangan tinggi dan rendah, beban, dan peralatan lain. Jadual 1 menunjukkan model dan spesifikasi parameter transformator eksperimen.

Struktur khusus transformator ditunjukkan dalam Rajah 1.

Kemudian, eksperimen simulasi perlindungan penghujung transformator dijalankan menggunakan tiga kaedah penghujung yang berbeza: penghujung titik neutral dengan rintangan rendah, penghujung titik neutral dengan rintangan tinggi, dan penghujung titik neutral dengan kumparan pemadam lengkung. Semasa menetapkan kaedah-kaedah penghujung, untuk kaedah penghujung titik neutral dengan rintangan rendah, penahan dengan nilai rintangan kecil dipilih, secara khusus ditetapkan pada 0.5 Ω, untuk mensimulasikan kesan penghujung rintangan rendah; untuk kaedah penghujung titik neutral dengan rintangan tinggi, penahan dengan nilai rintangan yang lebih besar dipilih, ditetapkan pada 10 Ω, untuk mensimulasikan ciri-ciri penghujung rintangan tinggi.

Semasa eksperimen, tahap arus penghujung transformator di bawah kesalahan penghujung fasa tunggal disimulasikan. Lokasi spesifik kesalahan ditetapkan pada titik tengah satu garis fasa pada sisi rendah transformator, dengan rintangan kesalahan ditetapkan pada 100 Ω untuk mensimulasikan rintangan penghujung semasa kesalahan penghujung. Dalam proses simulasi kesalahan, sistem pengambilan data dengan kadar sampel tinggi digunakan untuk merakam data arus penghujung, dengan frekuensi sampel ditetapkan pada 1000 kali per saat untuk memastikan perubahan halus dalam arus penghujung direkod.

Selain merakam nilai arus penghujung pada masa kesalahan berlaku, beberapa titik masa ditetapkan, termasuk 0.1 s, 0.5 s, 1 s, 5 s, dan 10 s selepas kesalahan berlaku, untuk mengamati perubahan arus penghujung pada titik masa yang berbeza. Untuk mengelakkan rawak dalam hasil eksperimen, data arus penghujung direkod sebanyak 10 kali, dengan nilai purata diambil sebagai hasil eksperimen akhir. Rajah 2 memberikan perbandingan kesan perlindungan penghujung transformator di bawah kaedah-kaedah penghujung yang berbeza.

Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2, analisis simulasi membandingkan ciri-ciri arus penghujung transformator di bawah kesalahan fasa tunggal untuk kaedah penghujung titik neutral dengan rintangan rendah, rintangan tinggi, dan kumparan pemadam lengkung. Hasilnya menunjukkan bahawa, semasa kesalahan penghujung fasa tunggal pada transformator, arus penghujung di bawah kaedah penghujung titik neutral dengan rintangan rendah jauh lebih tinggi daripada kaedah penghujung titik neutral dengan rintangan tinggi dan kaedah penghujung titik neutral dengan kumparan pemadam lengkung.

Di bawah teknologi perlindungan penghujung yang direka, arus penghujung transformator purata adalah 70.11 A, yang merupakan peningkatan sebanyak 43.44 A dan 21.62 A masing-masing berbanding teknologi kumpulan kawalan. Ini membantu mengurangkan intensiti lengkung di titik kesalahan dan mempercepat kemampuan membersihkan diri kesalahan. Oleh itu, teknologi perlindungan penghujung yang direka adalah boleh dilaksanakan dan boleh dipercayai, sesuai untuk aplikasi praktikal dalam kesalahan penghujung fasa tunggal transformator, melindungi keselamatan operasi transformator di tapak pembinaan dengan efektif.

4. Kesimpulan

Teknologi perlindungan penghujung untuk transformator di tapak pembinaan mencadangkan skema perlindungan arus nol urutan berdasarkan kaedah penghujung titik neutral dengan rintangan rendah. Melalui eksperimen perbandingan, kelebihan teknologi perlindungan penghujung yang direka dalam perlindungan utama untuk kesalahan fasa tunggal transformator telah diverifikasi. Walaupun beberapa pencapaian penyelidikan telah dicapai, masih terdapat batasan tertentu. Sebagai contoh, keadaan eksperimen dan sampel data mungkin tidak cukup komprehensif, memerlukan pengesahan lanjut tentang universalitas kesimpulan.

Penyelidikan masa depan boleh difokuskan pada bidang-bidang berikut: pertama, memperluas lingkup eksperimen dan meningkatkan sampel data untuk meningkatkan ketepatan dan universalitas kesimpulan; kedua, melakukan kajian mendalam tentang skema perlindungan dan teknologi lain untuk mengeksplorasi kaedah perlindungan penghujung transformator yang lebih efisien dan boleh dipercayai; akhirnya, mengembangkan peranti dan sistem perlindungan prestasi tinggi dalam kombinasi dengan aplikasi enjinering praktikal.