Analyse av jordingsvernsteknologi for transformatorer på byggeplasser

For øyeblikket har Kina oppnådd visse prestasjoner på dette feltet. Relevant litteratur har designet typiske konfigurasjonsløsninger for jordfeilbeskyttelse i lavspenningsforsyningsystemer i kjernekraftverk. Basert på analyse av innenlandske og internasjonale tilfeller der jordfeil i lavspenningsforsyningsystemer i kjernekraftverk har ført til feilaktig virksomhet av transformatorers nullsekvensbeskyttelse, er de underliggende årsakene identifisert. I tillegg er forbedringsforslag for jordfeilbeskyttelsesforanstaltninger i kjernekraftverks hjelpesystemer foreslått basert på disse typiske konfigurasjonsløsningene.

Relevant litteratur har studert variasjonsmønstrene for differensstrøm og begrensningsstrøm, og gjennom beregning av forholdet mellom differensstrøm og begrensningsstrøm, har det blitt gjort kvantitativ analyse av den hovedtransformatorers forholdsdifferensbeskyttelses tilpasning under slike feilsituasjoner.

Men de nevnte metodene står fremdeles overfor mange problemer som trenger akutt løsning. For eksempel, for høy jordmotstand, uaktuelt valg av jordmetoder, og utilstrekkelige lynbeskyttelses- og jordforanstaltninger—disse problemene kan alle føre til transformatorfeil og til og med utløse sikkerhetsuhell. Derfor er det nødvendig å foreta mer grunnleggende forskning og analyse av transformatorjordbeskyttelsesteknologier på byggesteder, med inkludering av de nyeste forskningsresultatene og teknologiske utviklinger.

Gjennom denne forskningen kan ikke bare teoretisk nivå av transformatorjordbeskyttelsesteknologi forbedres, men også praktiske og gjennomførbare løsninger og foranstaltninger kan tilbys for faktiske byggeprosjekter. Det håpes at denne forskningen kan trekke mer oppmerksomhet og vektlegging fra forskere på transformatorjordbeskyttelsesteknologier på byggesteder, og kollektivt fremme utviklingen av dette feltet.

1 Bestemmelse av transformatorjordmetoder

Den tradisjonelle metoden for direkte jording av transformatorens neutrale punkt kan føre til for høye kortslutningsstrømmer under visse forhold, potensielt skade utstyr. Derfor foreslås en metode for jording med lav motstand i neutralet. Jording med lav motstand i neutralet er en effektiv transformatorjordmetode som kontrollerer transformatorjordstrømmen effektivt ved å koble en lav motstand mellom transformatorens neutrale punkt og jorden. Denne jordmetoden kan ikke bare regulere størrelsen på jordstrømmen og redusere effekten av lyn og overvoltage på transformatorer, noe som fører til forbedret driftsstabilitet, men kan også begrense kortslutningsstrømmer og redusere risikoen for utstyrsbeskadigelse.

Spesifikt, når det gis lav motstand i neutralet for transformatorer på byggesteder, er det første steget å bestemme passende verdi for jordmotstand. Ifølge Ohms lov er verdien for jordmotstand invers proporsjonal til jordstrøm og jordspenning. Derfor, når man velger verdien for jordmotstand for metoden med lav motstand i neutralet, må motstandsverdien først bestemmes, med beregningsformelen som følger:

I formelen representerer R₀ motstandsverdien for jordmotstanden; U₀ representerer det gjennomsnittlige nominerte spenningen i elektriske systemer på byggested; I₀ representerer strømmen som flyter gjennom den neutrale motstanden. Ifølge beregningen i formel (1), bør en passende jordmotstandsverdi velges som kan effektivt begrense kortslutningsstrøm samtidig som unngås for høy påvirkning på transformator.

Neste er bestemmelsen av parametre som tverrsnittsareal og materiale for jordledningen. Materiale for jordledningen må også ha gode ledningsegenskaper og korrosjonsbestandighet for å sikre dens levetid og pålitelighet. Dette studiet vurderer grundig de faktiske forholdene for transformatorjord på byggesteder og velger tinnet kobbertråd som jordledning—et materiale med gode ledningsegenskaper, enkel montering og sterke korrosjonsbestandigheter, som fullt ut tilfredsstiller kravene til metoden med lav motstand i neutralet.

Tverrsnittsarealet for jordledningen påvirker direkte dens motstandsverdi, som igjen påvirker jordstrømmen. Derfor velges passende tverrsnittsareal for jordledningen basert på følgende formel:

I formelen representerer S tverrsnittsarealet for jordledningen i metoden med lav motstand i neutralet; η representerer forholdskoeffisienten mellom jordmotstand i neutralet og transformatorjordmotstand; T representerer tillatt temperaturstigning for jordledningen. Til slutt må begravelsedyptet for jordelektroden bestemmes. For å sikre stabil drift av jordelektroden i tøffe miljøer, bør dets begravelsedybde overstige tykkelsen av fryste jordlag på byggestedet, dermed fullstendig garantere påliteligheten og sikkerheten i jordsystemet.

Samlet sett, når det gjelder jording av transformatorer på byggesteder, benyttes metoden med lav motstand i neutralet, med rimelige innstillinger for jordparametre inkludert motstandsverdi, tverrsnittsareal for jordledningen, materiavalg og begravelsedyptet for jordelektroden, gir et solid grunnlag for stabil transformatordrift under bygging.

2 Design av transformatorjordbeskyttelsesløsning

Ifølge det ovenfor nevnte innholdet, blir metoden med lavt motstandspunkt til jordbruk anvendt i transformatorer for jordbeskyttelsesteknologi på byggesteder. Denne jordmetoden kontrollerer hovedsakelig transformatorjordstrømmen effektivt gjennom lav motstand. Under transformator drift kan ulike feil oppstå, der den mest vanlige er enfasjordfeil. En enfasjordfeil refererer til en kortslutning mellom en fasevinding av transformator og jord, mens de to andre fasene fortsetter å fungere normalt. Denne feilen fører til endringer i det neutrale punktet for transformatorpotensialet, som fører til ubalans i tre-fase strømmer. Ved å utnytte denne egenskapen, foreslås et beskyttelsesprogram basert på tre-fase strømubalans i transformatorer:

Første er nullsekvens seksjon I-beskyttelsen, med dens innstillingsberegning formel som følger:

I formelen representerer I₁ nullsekvensbeskyttelsesoperasjonstrømmen for transformatorer på byggesteder; γ₁ representerer pålitelighetskoeffisienten; γ₂ representerer nullsekvens grenkoeffisienten; I₂ representerer nullsekvensbeskyttelsesoperasjonstrømmen for nabo-komponenter av transformatorer på byggesteder. Etter at strømmverdien for nullsekvens seksjon I-beskyttelsen er beregnet ifølge formel (3), settes operasjonstiden for seksjon I-beskyttelsen generelt til omtrent 0,5 sekunder lenger enn operasjonstiden for neste nivås nullsekvensbeskyttelse.

Neste er nullsekvens seksjon II-beskyttelsen. Beregningsformelen for dens beskyttelsesstrømverdi er den samme som for nullsekvens seksjon I-beskyttelsen, betyr at beskyttelsesstrømmen også er funnet ifølge formel (3), men operasjonstiden er annerledes, krever en økning på omtrent 0,3 sekunder basert på operasjonstiden for nullsekvens seksjon I-beskyttelsen.

Til slutt er det nullsekvens spenningssikring. Med tanke på at under enfasjordfeil i transformatorer på byggesteder, kan det neutrale punktet miste sin innebygde sensitivitet, må operasjonsspenningen for nullsekvens spenningssikring være under den maksimale nullsekvens spenningen som opptrer ved sikringsinstallasjonspunktet under enfasjordfeil. Verdien for nullsekvens spenningssikring spenning bestemmes hovedsakelig etter følgende formel:

I formelen representerer U₁ operasjonsspenningen for nullsekvens spenningssikring; U₂ representerer den nominelle spenningen av tre sekundære vindinger.

Samlet sett, for å danne et komplett tre-fase strømubalansbeskyttelsesprogram, kreves en rekke komplekse beregninger, inkludert beregningsformler for nullsekvens seksjon I, nullsekvens seksjon II, og nullsekvens spenningssikring. Derivering og bruk av disse formellene vil bidra til å mer nøyaktig fastsette type og alvorligheten av enfasjordfeil på byggesteder. Dette beskyttelsesprogrammet kan ikke bare hurtig lokalisere og isolere jordfeil, men også redusere sannsynligheten for strømbruddsincidents grunnet jordfeil. Samtidig, kombinert med metoden med lavt motstandspunkt til jordbruk, dannes en omfattende jordbeskyttelsesstruktur for transformatorer på byggesteder, som gir sterk beskyttelse for sikker drift av transformatorer.

3 Eksperimentell analyse

For å verifisere effektiviteten av den nevnte transformatorjordbeskyttelseteknologien på byggesteder, vil dette kapittelet bruke kraftsystemsimuleringsprogramvaren PowerFactory til å utføre simuleringsforsøk for transformatorjordbeskyttelse. Først etableres en bygning elektrisk systemmodell i simuleringsprogramvaren, som hovedsakelig inkluderer transformatorer, høy- og lavspenningslinjer, belastninger, og annen utstyr. Tabell 1 viser modellen og parametrespesifikasjonene for forsøks-transformatorer.

Den spesifikke strukturen til transformator er vist i figur 1.

Deretter ble simuleringsforsøk for transformator jordingsbeskyttelse gjennomført ved bruk av tre ulike jordingsmetoder: nøytralpunkt med lav motstand, nøytralpunkt med høy motstand og nøytralpunkt med bueavviklingsbobin. Når jordingsmetodene ble satt, ble for metoden med nøytralpunkt med lav motstand valgt en motstand med liten motstandsverdi, spesifikt satt til 0,5 Ω, for å simulere effekten av lav motstand; for metoden med nøytralpunkt med høy motstand ble valgt en motstand med større motstandsverdi, satt til 10 Ω, for å simulere egenskapene ved høy motstand.

Under forsøket ble jordingsstrømnivåer for transformator under énfasjordsfeil simulert. Den spesifikke lokasjonen for feilen ble satt til midtpunktet på en faslinje på lavspenningsiden av transformator, med feilmotstand satt til 100 Ω for å simulere jordingsmotstanden under en jordingsfeil. I feilsimuleringen ble et datainnhentningssystem med høy samplingrate brukt for å registrere jordingsstrømdata, med samplingfrekvens satt til 1000 ganger per sekund for å sikre at små endringer i jordingsstrømmen ble fanget opp.

I tillegg til å registrere jordingsstrømverdien øyeblikkelig når feilen oppsto, ble flere tidspunkter satt, inkludert 0,1 s, 0,5 s, 1 s, 5 s og 10 s etter at feilen oppsto, for å observere endringer i jordingsstrøm på forskjellige tidspunkter. For å unngå tilfeldighet i forsøksresultatene ble jordingsstrømdata registrert 10 ganger, med gjennomsnittsverdien tatt som det endelige forsøksresultatet. Figur 2 gir en sammenligning av effektene av transformator jordingsbeskyttelse under ulike jordingsmetoder.

Som vist i figur 2, sammenlignet simuleringen jordingsstrømegenskapene for transformatorer under énfasjordsfeil for nøytralpunkt med lav motstand, høy motstand og bueavviklingsbobin. Resultatene indikerer at, under énfasjordsfeil i transformatorer, er jordingsstrømmen under metoden med nøytralpunkt med lav motstand betydelig høyere enn under metoden med nøytralpunkt med høy motstand og nøytralpunkt med bueavviklingsbobin.

Under den utformede jordingsbeskyttelseteknikken var gjennomsnittlig jordingsstrøm for transformator 70,11 A, hvilket er en økning på henholdsvis 43,44 A og 21,62 A sammenlignet med kontrollgruppe teknologier. Dette bidrar til å redusere buens intensitet i feilpunktet og akselererer selvfjerningskapasiteten til feilen. Derfor er den utformede jordingsbeskyttelseteknikken mulig og pålitelig, egnet for praktisk bruk i énfasjordsfeil for transformatorer, og beskytter effektivt driftssikkerheten for transformatorer på byggesteder.

4.Konklusjon

Jordingsbeskyttelseteknikken for transformatorer på byggesteder foreslår en nullsekvens overstrømbeskyttelsesløsning basert på metoden med nøytralpunkt med lav motstand. Gjennom sammenlignende forsøk har overlegenheten til den utformede jordingsbeskyttelseteknikken i hovedbeskyttelse for énfasjordsfeil for transformatorer blitt verifisert. Selv om noen forskningsopplegg har blitt gjort, er det fortsatt visse begrensninger. For eksempel kan eksperimentelle forhold og datamaterialer ikke være komplette nok, noe som krever ytterligere validering av konklusjonenes generellgyldighet.

Fremtidig forskning kan fokusere på følgende områder: først, utvidelse av eksperimentelt omfang og økning av datamaterialer for å forbedre nøyaktigheten og generellgyldigheten av konklusjonene; deretter, dypere studier av andre beskyttelsesløsninger og teknologier for å utforske mer effektive og pålitelige metoder for transformator jordingsbeskyttelse; til slutt, utvikling av høyereytelses beskyttelsesenheter og systemer i kombinasjon med praktiske ingeniørfaglige anvendelser.