Analyse van transformatorgeleidingsbeveiligingstechnologie op bouwplaatsen

Momenteel heeft China bepaalde prestaties in dit gebied geboekt. Relevante literatuur heeft typische configuratieschema's ontworpen voor aardingsfoutbescherming in lage-spanningsverdelingssystemen van kerncentrales. Op basis van de analyse van binnen- en buitenlandse gevallen waarbij aardingsfouten in lage-spanningsverdelingssystemen van kerncentrales hebben geleid tot onjuiste werking van transformatoren nulsequentiebescherming, zijn de onderliggende oorzaken geïdentificeerd. Daarnaast zijn verbeteringsvoorstellingen gedaan voor aardingsfoutbeschermingsmaatregelen in hulpkrachtstelsels van kerncentrales op basis van deze typische configuratieschema's.

Relevante literatuur heeft de variatie patronen van differentiële stroom en remmende stroom bestudeerd, en door het berekenen van de verhouding tussen differentiële stroom en remmende stroom, is er een kwantitatieve analyse uitgevoerd van de aanpassingsvermogen van hoofdtransformatoren verhoudingsdifferentiële bescherming onder dergelijke foutcondities.

Echter, de voorgestelde methoden staan nog steeds voor talrijke problemen die dringend opgelost moeten worden. Bijvoorbeeld, te hoge aardingweerstand, onjuiste keuze van aardingsmethoden, en ontoereikende bliksembeschermingsaardingsmaatregelen - deze kwesties kunnen allemaal leiden tot transformatorfouten en zelfs veiligheidsincidenten veroorzaken. Daarom is het nodig om meer gedetailleerde studies en analyses uit te voeren over transformatoraardingsbeschermingstechnologieën op bouwplaatsen, waarbij de meest recente onderzoeksresultaten en technologische ontwikkelingen worden ingecalculeerd.

Door dit onderzoek kan niet alleen het theoretisch niveau van transformatoraardingsbeschermingstechnologie worden verhoogd, maar ook praktische en haalbare oplossingen en maatregelen worden aangeboden voor daadwerkelijke bouwprojecten. Het is de hoop dat dit onderzoek meer aandacht en nadruk zal trekken van onderzoekers op transformatoraardingsbeschermingstechnologieën op bouwplaatsen, met als doel gezamenlijk de ontwikkeling van dit gebied te bevorderen.

1 Bepaling van Transformatoraardingsmethoden

De traditionele methode van directe aarding van het neutrale punt van de transformatie kan onder bepaalde omstandigheden te hoge kortsluitstroom veroorzaken, wat apparatuur kan beschadigen. Daarom wordt een neutraal punt laagohmige aardingmethode voorgesteld. Laagohmige aarding van het neutrale punt is een effectieve benadering voor transformatoraarding, die de transformatoraardingstroom effectief reguleert door een laagohmige weerstand tussen het neutrale punt van de transformatie en de aarde te verbinden. Deze aardingsmethode kan niet alleen de grootte van de aardingstroom reguleren en de invloed van bliksem en overspanning op transformatoren verminderen, waardoor de bedrijfsstabiliteit wordt verbeterd, maar kan ook kortsluitstromen beperken en het risico van apparatuurbeschadiging verminderen.

Specifiek, bij de implementatie van laagohmige aarding van het neutrale punt voor transformatoren op bouwplaatsen, is de eerste stap om de juiste aardingweerstandswaarde te bepalen. Volgens Ohm's wet is de aardingweerstandswaarde omgekeerd evenredig met de aardingstroom en de aardingsspanning. Dus bij het selecteren van de aardingweerstandswaarde voor de laagohmige aardingmethode moet de weerstandswaarde eerst worden bepaald, met de volgende formule:

In de formule vertegenwoordigt R₀ de weerstandswaarde van de aardingweerstand; U₀ staat voor de gemiddelde nominale spanning van het elektrische systeem op de bouwplaats; I₀ staat voor de stroom die door de neutrale puntweerstand loopt. Op basis van de berekening in formule (1) moet een passende aardingweerstandswaarde worden gekozen die kortsluitstroom effectief kan beperken terwijl het de transformatie niet te veel beïnvloedt.

Vervolgens komt de bepaling van parameters zoals de doorsnede en het materiaal van de aardingdraad. Het materiaal van de aardingdraad moet ook uitstekende geleidbaarheid en corrosiebestendigheid bezitten om de levensduur en betrouwbaarheid ervan te garanderen. Deze studie overweegt grondig de feitelijke toestand van transformatoraarding op bouwplaatsen en kiest tinnen koperdraad als aardinggeleider - een materiaal met goede geleidbaarheid, eenvoudige bedrading en sterke corrosiebestendigheid, wat volledig voldoet aan de eisen van de laagohmige aardingmethode van het neutrale punt.

De doorsnede van de aardingdraad beïnvloedt rechtstreeks de weerstandswaarde ervan, wat vervolgens de aardingstroom beïnvloedt. Daarom wordt de passende doorsnede van de aardingdraad gekozen op basis van de volgende formule:

In de formule vertegenwoordigt S de doorsnede van de aardingdraad in de laagohmige aardingmethode van het neutrale punt; η staat voor de verhoudingscoëfficiënt tussen de neutrale puntaardingweerstand en de transformatoraardingweerstand; T staat voor de toegestane temperatuurstijging van de aardingdraad. Ten slotte moet de begraafdiepte van de aardingelektrode worden bepaald. Om stabiele werking van de aardingelektrode in extreme omstandigheden te garanderen, moet de begraafdiepte de dikte van de bevroren bodemlaag op de bouwplaats overschrijden, waardoor de betrouwbaarheid en veiligheid van het aardingsysteem alomvattend wordt gegarandeerd.

Samenvattend, bij de implementatie van aarding voor transformatoren op bouwplaatsen wordt een laagohmige aardingmethode voor het neutrale punt toegepast, met redelijke instellingen voor aardingparameters zoals weerstandswaarde, doorsnede van de aardingdraad, materiaalkieze en begraafdiepte van de aardingelektrode, biedt dit een solide basis voor stabiele transformatiewerking tijdens de constructie.

2 Ontwerp van Transformatoraardingsbeschermingschema

Volgens de bovenstaande inhoud wordt in de transformatoraardingbeschermingstechnologie voor bouwplaatsen de methode van lage-impedantie-aarding van het neutrale punt toegepast. Deze aardingsmethode regelt voornamelijk de aardingstroom van de transformator effectief door middel van lage weerstand. Tijdens het bedrijf van de transformator kunnen verschillende storingen optreden, waarbij de meest voorkomende een eenfasige aardingsstoring is. Een eenfasige aardingsstoring betekent een kortsluiting tussen één fase van de transformator en de aarde, terwijl de andere twee fasen normaal blijven functioneren. Deze storing veroorzaakt veranderingen in het potentiaal van het neutrale punt van de transformator, wat leidt tot onbalans in de driefase stromen. Op basis van dit kenmerk wordt een beschermingschema voorgesteld dat gebaseerd is op de driefase stroomonbalans in transformators:

Allereerst is er de nulsequentie sectie I bescherming, met de instelling berekeningsformule als volgt:

In de formule staat I₁ voor de nulsequentie beschermingswerkingstroomwaarde van transformators op bouwplaatsen; γ₁ staat voor de betrouwbaarheidscoëfficiënt; γ₂ staat voor de nulsequentie takcoëfficiënt; I₂ staat voor de nulsequentie beschermingswerkingstroomwaarde van naburige componenten van transformators op bouwplaatsen. Na het berekenen van de stroomwaarde voor de nulsequentie sectie I bescherming volgens formule (3), wordt de werkingstijd voor de sectie I bescherming doorgaans ingesteld op ongeveer 0,5 seconden langer dan de werkingstijd van de volgende nulsequentie bescherming.

Daarna volgt de nulsequentie sectie II bescherming. De berekeningsformule voor de beschermingsstroomwaarde is dezelfde als die voor de nulsequentie sectie I bescherming, wat betekent dat de beschermingsstroom ook wordt verkregen volgens formule (3), maar de werkingstijd verschilt, waardoor een toename van ongeveer 0,3 seconden vereist is op basis van de werkingstijd van de nulsequentie sectie I bescherming.

Tot slot is er de nulsequentiespanningsbescherming. Met inachtneming van het feit dat tijdens eenfasige aardingsstoringen in transformators op bouwplaatsen het neutrale punt mogelijk zijn inherente gevoeligheid kan verliezen, moet de werkingsspanning van de nulsequentiespanningsbescherming lager zijn dan de maximale nulsequentiespanning die op het installatiepunt van de bescherming optreedt tijdens eenfasige aardingsstoringen. De waarde voor de nulsequentiespanningsbeschermingsspanning wordt voornamelijk bepaald volgens de volgende formule:

In de formule staat U₁ voor de werkingsspanning van de nulsequentiespanningsbescherming; U₂ staat voor de nominale spanning van de drie secundaire windingen.

Samenvattend, om een compleet schema voor driefase stroomonbalansbescherming te vormen, zijn een reeks complexe berekeningen nodig, inclusief berekeningsformules voor nulsequentie sectie I, nulsequentie sectie II en nulsequentiespanningsbescherming. Het afleiden en toepassen van deze formules zal helpen om het type en de ernst van eenfasige aardingsstoringen op bouwplaatsen nauwkeuriger te bepalen. Dit beschermingschema kan niet alleen aardingsstoringen snel lokaliseren en isoleren, maar ook de kans op stroomonderbrekingen veroorzaakt door aardingsstoringen verminderen. Tevens, in combinatie met de methode van lage-impedantie-aarding van het neutrale punt, wordt een omvattende aardingbeschermingsstructuur voor transformators op bouwplaatsen gevormd, wat sterke bescherming biedt voor de veilige werking van transformators.

3 Experimentele Analyse

Om de effectiviteit van de genoemde transformatoraardingbeschermingstechnologie op bouwplaatsen te verifiëren, zal dit hoofdstuk gebruik maken van de elektriciteitsnetwerk simulatiesoftware PowerFactory om simulatie-experimenten voor transformatoraardingbescherming uit te voeren. Eerst wordt er een model van een elektrisch systeem in het simulatiesoftware opgesteld, dat voornamelijk bestaat uit transformators, hoog- en laagspanningslijnen, belastingen en andere apparatuur. Tabel 1 geeft de model- en parameter specificaties van de experimentele transformator weer.

De specifieke structuur van de transformatie is weergegeven in figuur 1.

Vervolgens werden simulatie-experimenten voor de grondingbescherming van de transformatie uitgevoerd met behulp van drie verschillende grondingsmethoden: lage-impedantie gronding op het neutraal punt, hoge-impedantie gronding op het neutraal punt en gronding op het neutraal punt met een boogdempende spoel. Bij het instellen van de grondingsmethoden werd voor de lage-impedantie gronding op het neutraal punt een weerstand met een kleine weerstandswaarde gekozen, specifiek ingesteld op 0,5 Ω, om het effect van lage-impedantie gronding te simuleren; voor de hoge-impedantie gronding op het neutraal punt werd een weerstand met een grotere weerstandswaarde gekozen, ingesteld op 10 Ω, om de kenmerken van hoge-impedantie gronding te simuleren.

Tijdens het experiment werden de grondingsstroomniveaus van de transformatie bij eenfase grondingsfouten gesimuleerd. De specifieke locatie van de fout werd ingesteld op het midden van één faseleider aan de laagspanningskant van de transformatie, met de foutweerstand ingesteld op 100 Ω om de grondingsweerstand tijdens een grondingsfout te simuleren. Tijdens de foutsimulatie werd een gegevensverzamelingssysteem met een hoge samplingfrequentie gebruikt om grondingsstroomgegevens op te nemen, met de samplingfrequentie ingesteld op 1000 keer per seconde om subtiele veranderingen in de grondingsstroom te kunnen vastleggen.

Naast het noteren van de grondingsstroomwaarde op het moment van het optreden van de fout, werden meerdere tijdpunten ingesteld, waaronder 0,1 s, 0,5 s, 1 s, 5 s en 10 s na het optreden van de fout, om de veranderingen in de grondingsstroom op verschillende tijdpunten te observeren. Om willekeurigheid in de experimentresultaten te voorkomen, werden de grondingsstroomgegevens 10 keer geregistreerd, waarbij de gemiddelde waarde als eindresultaat van het experiment werd genomen. Figuur 2 biedt een vergelijking van de effecten van de grondingbescherming van de transformatie onder verschillende grondingsmethoden.

Zoals in figuur 2 wordt getoond, vergelijkte de simulatieanalyse de grondingsstroomkenmerken van transformatoren bij eenfase fouten voor de methoden van lage-impedantie gronding op het neutraal punt, hoge-impedantie gronding op het neutraal punt en gronding met een boogdempende spoel. De resultaten tonen aan dat, tijdens een eenfase grondingsfout in transformatoren, de grondingsstroom bij de lage-impedantie gronding op het neutraal punt significant hoger is dan bij de hoge-impedantie gronding op het neutraal punt en de gronding met een boogdempende spoel.

Bij de ontworpen grondingbeschermingstechnologie bedroeg de gemiddelde grondingsstroom van de transformatie 70,11 A, wat een toename is van respectievelijk 43,44 A en 21,62 A vergeleken met de controlegroepstechnologieën. Dit helpt de boogintensiteit op het foutpunt te verminderen en versnelt de zelfherstelcapaciteit van de fout. Daarom is de ontworpen grondingbeschermingstechnologie haalbaar en betrouwbaar, geschikt voor praktische toepassing bij eenfase grondingsfouten in transformatoren, en beschermt effectief de operationele veiligheid van transformatoren op bouwplaatsen.

4.Slotconclusie

De grondingbeschermingstechnologie voor transformatoren op bouwplaatsen stelt een beschermingsschema voor op basis van overstromingen nulrij voor de lage-impedantie gronding op het neutraal punt. Door middel van vergelijkende experimenten is de superioriteit van de ontworpen grondingbeschermingstechnologie in de hoofdbescherming voor eenfase fouten in transformatoren bevestigd. Hoewel er enkele onderzoeksresultaten zijn behaald, zijn er nog bepaalde beperkingen. Bijvoorbeeld, de experimentele omstandigheden en gegevensmonsters kunnen niet voldoende omvattend zijn, waardoor verdere validatie van de algemeenheid van de conclusies nodig is.

Toekomstig onderzoek zou zich kunnen richten op de volgende gebieden: ten eerste, de omvang van de experimenten uitbreiden en het aantal gegevensmonsters verhogen om de nauwkeurigheid en algemeenheid van de conclusies te verbeteren; ten tweede, diepgaande studies uitvoeren naar andere beschermingsschemas en -technologieën om efficiëntere en betrouwbaardere grondingbeschermingstechnieken voor transformatoren te verkennen; ten derde, hoger presterende beschermingsapparatuur en -systemen ontwikkelen in combinatie met praktische ingenieursprojecten.