Analiza tehnologije zaščite pretvornika pred negativnim potencialom na gradbiščih

Trenutno je Kitajska dosegla določene dosežke na tem področju. Povezana literatura je razvila tipične konfiguracijske sheme za zaščito pred zemeljskimi napakami v nizkonapetostnih distribucijskih sistemih jedrske elektrarne. Na podlagi analize domačih in mednarodnih primerov, kjer so zemeljske napake v nizkonapetostnih distribucijskih sistemih jedrske elektrarne povzročile nepravilno delovanje nulno-večinske zaščite transformatorja, so bile ugotovljene podlage teh problemov. Poleg tega so bili na podlagi teh tipičnih konfiguracijskih shem predloženi predlogi za izboljšave ukrepov za zaščito pred zemeljskimi napakami v pomočnih električnih sistemih jedrske elektrarne.

Povezana literatura je proučevala vzorce sprememb diferencialnega in omejevalnega toka ter s pomočjo izračuna razmerja med diferencialnim in omejevalnim tokom izvedla kvantitativno analizo prilagodljivosti glavne transformatorjeve ravnovesne diferencialne zaščite pri takšnih okoliščinah neprekinjenosti.

Vendar pa se zgoraj navedene metode še vedno soočajo z mnogimi problemi, ki jih je treba hitro rešiti. Na primer, prevelika zemeljska upornost, neprimerna izbira zemeljskih metod in nedostatečni ukrepi za zaščito pred negativnostmi lahko vse prispevajo k odpadu transformatorjev in celo sprožijo varnostne nesreče. Zato je potrebno izvesti globlja raziskovanja in analize tehnologij za zaščito pred zemeljskimi napakami transformatorjev na gradbiščih, vključno z najnovejšimi raziskovalnimi rezultati in tehnološkim razvojem.

S tem raziskovanjem se ne le poveča teoretična stopnja tehnologije za zaščito pred zemeljskimi napakami transformatorjev, ampak se tudi zagotovijo praktični in izvedljivi rešitvi in ukrepi za dejanske gradbeninske projekte. Upamo, da bo to raziskovanje privabilo več pozornosti in poudarka od strokovnjakov na tehnologije za zaščito pred zemeljskimi napakami transformatorjev na gradbiščih, skupaj s pospeševanjem razvoja tega področja.

1 Določitev zemeljskih metod transformatorjev

Tradicionalna metoda neposrednega zemeljskega priključenja neutralne točke transformatorja lahko v določenih pogojih povzroči prevelike strmotečne tokove, ki lahko poškodujejo opremo. Zato se predlaga metoda zemeljskega priključenja s nizko upornostjo na neutralno točko. Zemeljsko priključenje s nizko upornostjo na neutralno točko je učinkovita metoda za zemeljsko priključenje transformatorja, ki doseže učinkovito regulacijo zemeljskega toka transformatorja s pomočjo priključitve nize upornosti med neutralno točko transformatorja in zemljo. Ta metoda zemeljskega priključenja ne le regulira velikost zemeljskega toka in zmanjša vpliv negativnosti in pretokov na transformatorje, s tem povečujejo operativno stabilnost, ampak tudi omejuje strmotečne tokove in zmanjša tveganje za poškodbo opreme.

Natančneje, pri izvajanju zemeljskega priključenja s nizko upornostjo na neutralno točko transformatorjev na gradbiščih je prvi korak določitev ustrezne vrednosti zemeljske upornosti. Po zakonu Ohma je vrednost zemeljske upornosti obratno sorazmerna z zemeljskim tokom in zemeljskim naponom. Zato, ob izbiri vrednosti zemeljske upornosti za metodo zemeljskega priključenja s nizko upornostjo na neutralno točko, mora biti najprej določena vrednost upornosti, s formulo, ki je naslednja:

V formuli R₀ predstavlja vrednost upornosti zemeljskega upornika; U₀ predstavlja povprečen nazivni napon električnega sistema na gradbišču; I₀ predstavlja tok, ki teče skozi zemeljski upornik na neutralno točko. Po izračunu v formuli (1) bi morala biti izbrana ustrezna vrednost zemeljske upornosti, ki lahko učinkovito omejuje strmotečne tokove, hkrati pa izogiba prevelikemu vplivu na transformator.

Naslednji korak je določitev parametrov, kot so premer in material zemeljskega vodiča. Material zemeljskega vodiča mora imeti tudi odlično vodljivost in odpornost na korozijo, da zagotovi dolgo življenje in zanesljivost. Ta raziskava celovito upošteva dejanske pogoje zemeljskega priključenja transformatorjev na gradbiščih in izbere laničeno bakrene vodič kot zemeljski vodič - material, ki ima dobro vodljivost, enostavno vezavo in močno odpornost na korozijo, kar v celoti zadostuje zahteve metode zemeljskega priključenja s nizko upornostjo na neutralno točko.

Premer zemeljskega vodiča neposredno vpliva na njegovo upornost, ki nadalje vpliva na zemeljski tok. Zato se na podlagi naslednje formule izbere ustrezna premer zemeljskega vodiča:

V formuli S predstavlja premer zemeljskega vodiča v metodi zemeljskega priključenja s nizko upornostjo na neutralno točko; η predstavlja koeficient razmerja med zemeljsko upornostjo na neutralno točko in zemeljsko upornostjo transformatorja; T predstavlja dovoljeno temperaturno povišanje zemeljskega vodiča. Nazadnje mora biti določena globina zakopavanja zemeljskega elektroda. Za zagotovitev stabilnega delovanja zemeljskega elektroda v zahtevnih okoljskih pogoji mora biti njegova globina zakopavanja presegla debelino zamrznjenega talastnega sloja na gradbišču, s tem celovito zagotovljena zanesljivost in varnost zemeljskega sistema.

Združeno, pri izvajanju zemeljskega priključenja transformatorjev na gradbiščih se uporablja metoda zemeljskega priključenja s nizko upornostjo na neutralno točko, z razumnimi nastavitvami parametrov zemeljskega priključenja, vključno z vrednostjo upornosti, premerom zemeljskega vodiča, izbiro materiala in globino zakopavanja zemeljskega elektroda, kar zagotavlja trdno osnovo za stabilno delovanje transformatorjev med gradnjo.

2 Priprava sheme za zaščito pred zemeljskimi napakami transformatorja

Glede na zgoraj navedeno vodilo, se v tehnologiji zaščite pretvornikov na gradbiščih uporablja metoda nizekostupna talna vezava pri neutralni točki. Ta metoda glavno nadzira tok pretvornika preko nizekotokov. Med delovanjem pretvornika se lahko pojavi številne napake, najpogostejša pa je enofazna talna napaka. Enofazna talna napaka pomeni kratkopredu med eno fazo pretvornika in talom, medtem ko drugi dve fazi normalno delujeta. Ta napaka povzroči spremembe potenciala neutralne točke pretvornika, kar vodi do neravnovesja trih faznih tokov. S tem lastnostjo se predlaga shema zaščite na podlagi neravnovesja trih faznih tokov v pretvornikih:

Prvi korak je zaščita prvega nizekotokovega odseka, s formulo za nastavitev, ki je naslednja:

V formuli I₁ predstavlja vrednost operativnega nizekotokovega toka zaščite pretvornikov na gradbiščih; γ₁ predstavlja zanesljivostni koeficient; γ₂ predstavlja nizekotokov koeficient grane; I₂ predstavlja vrednost operativnega nizekotokovega toka zaščite sosednjih komponent pretvornikov na gradbiščih. Po izračunu vrednosti toka za zaščito prvega nizekotokovega odseka glede na formulo (3) se običajno čas delovanja zaščite prvega odseka postavi približno 0,5 sekunde dlje kot čas delovanja naslednjega nizekotokovega odseka.

Naslednji korak je zaščita drugega nizekotokovega odseka. Formula za izračun vrednosti zaščitnega toka je ista kot za zaščito prvega nizekotokovega odseka, kar pomeni, da se vrednost zaščitnega toka tudi izrazi glede na formulo (3), vendar se razlikuje čas delovanja, ki mora biti približno 0,3 sekunde daljši od časa delovanja zaščite prvega nizekotokovega odseka.

Nazadnje je nizekovoltna zaščita. Glede na to, da lahko med enofaznimi talnimi napakami na gradbišču neutralna točka izgubi svoja notranja občutljiva lastva, mora biti operativna napetost nizekovoltna zaščita nižja od največje nizekovoltnosti, ki se pojavlja na mestu namestitve zaščite med enofaznimi talnimi napakami. Vrednost nizekovoltna zaščita se predvsem določi glede na naslednjo formulo:

V formuli U₁ predstavlja operativna napetost nizekovoltna zaščita; U₂ predstavlja nazivna napetost treh sekundarnih ovitev.

Združeno skupaj, za oblikovanje celovite sheme zaščite zaradi neravnovesja trih faznih tokov, so potrebni zapleteni izrazi, vključno z formulami za prvi nizekotokov odsek, drugi nizekotokov odsek in nizekovoltna zaščita. Izpeljava in uporaba teh formul bo pomagala bolje določiti vrsta in težavnost enofaznih talnih napak na gradbišču. Ta shema zaščite ne le hitro določi in izloči talne napake, ampak tudi zmanjša verjetnost odrezov struje zaradi talnih napak. S kombinacijo z metodo nizekostupne talne vezave pri neutralni točki se oblikuje celovita struktura zaščite pretvornikov na gradbiščih, ki zagotavlja močna zaščita za varno delovanje pretvornikov.

3 Eksperimentalna analiza

Za preverjanje učinkovitosti omenjene tehnologije zaščite pretvornikov na gradbiščih bo ta poglavje uporabila simulacijsko programsko opremo PowerFactory za simulacije zaščite pretvornikov. Najprej se v simulacijski programski opremi ustvari model električnega sistema stavb, ki vključuje predvsem pretvornike, visoko in nizko napetostne linije, opterečenja in ostalo opremo. Tabela 1 prikazuje model in specifikacije parametrov eksperimentalnega pretvornika.

Specifična struktura transformatorja je prikazana na Sliki 1.

Nato so bile izvedene simulacije zaščite transformatorja proti zemlji s tremi različnimi metodami zemljenja: zemljenje pri nizko-ohomnem točku, zemljenje pri visoko-ohomnem točku in zemljenje z uporabo koila za potlačevanje loka. Pri nastavljanju metod zemljenja je za metodo zemljenja pri nizko-ohomnem točku bil izbran odpornik z majhno vrednostjo, konkretno nastavljen na 0,5 Ω, za simulacijo učinka nizko-ohomnega zemljenja; za metodo zemljenja pri visoko-ohomnem točku pa je bil izbran odpornik z večjo vrednostjo, nastavljen na 10 Ω, za simulacijo lastnosti visoko-ohomnega zemljenja.

Med poskusom so bile simulirane ravni tokov zemljenja transformatorja ob enofaznih zemljitvenih napakah. Specifična lokacija napake je bila postavljena na sredino ene faze na nizkonapetostni strani transformatorja, z odpornostjo napake nastavljeno na 100 Ω za simulacijo odpornosti zemljenja med zemljitveno napako. V procesu simulacije napak je bil uporabljen sistem za pridobivanje podatkov z visokim stopnjo vzorčenja za zapisovanje podatkov o toku zemljenja, s frekvenco vzorčenja, nastavljeno na 1000-krat na sekundo, da bi se zajeli najsitnejši spremembe v toku zemljenja.

Opravili so se tudi meritve vrednosti toka zemljenja na trenutku pojavitve napake ter na več časovnih točkah, vključno z 0,1 s, 0,5 s, 1 s, 5 s in 10 s po pojavitvi napake, za opazovanje sprememb toka zemljenja na različnih časovnih točkah. Za izogibanje naključnosti rezultatov poskusa so bili podatki o toku zemljenja zabeleženi 10-krat, s povprečno vrednostjo, ki je bila vzeta kot končni rezultat poskusa. Slika 2 ponuja primerjavo učinkov zemljenja transformatorja pri različnih metodah zemljenja.

Kot kaže Slika 2, je simulacijska analiza primerjala značilnosti toka zemljenja transformatorja ob enofaznih napakah za metode zemljenja pri nizko-ohomnem točku, visoko-ohomnem točku in z uporabo koila za potlačevanje loka. Rezultati kažejo, da je tok zemljenja ob enofazni zemljitveni napaki pri metodi zemljenja pri nizko-ohomnem točku bistveno višji od tistega pri metodah zemljenja pri visoko-ohomnem točku in z uporabo koila za potlačevanje loka.

Pri oblikovani tehnologiji zaščite pred zemljenjem je povprečni tok zemljenja transformatorja znašal 70,11 A, kar je povečanje za 43,44 A in 21,62 A glede na kontrolo skupin tehnologij. To pomaga zmanjšati intenziteto loka na mestu napake in pospeši samoodstranjevalne sposobnosti napake. Zato je oblikovana tehnologija zaščite pred zemljenjem sprejemljiva in zanesljiva, primerna za praktično uporabo pri enofaznih zemljitvenih napakah transformatorjev, učinkovito zaščitna za operativno varnost transformatorjev na gradbiščih.

4.Zaključek

Tehnologija zaščite pred zemljenjem transformatorjev na gradbiščih predlaga shemo prekomernega nizega toka na osnovi metode zemljenja pri nizko-ohomnem točku. Skozi primerjalne poskuse je bila utrjena prednost oblikovane tehnologije zaščite pred zemljenjem za glavno zaščito enofaznih napak transformatorjev. Čeprav so bili doseženi nekateri raziskovalni uspehi, obstajajo še določene omejitve. Na primer, poskusne pogoji in vzorci podatkov morda niso dovolj celoviti, zahtevajo dodatno overjanje splošnosti zaključkov.

Prihodnja raziskava bi lahko osredotočila pozornost na naslednje področja: prvič, razširitev obsega poskusov in povečanje vzorcev podatkov za izboljšanje natančnosti in splošnosti zaključkov; drugič, globlje študije drugih shem in tehnologij zaščite, da bi raziskali bolj učinkove in zanesljive metode zaščite pred zemljenjem transformatorjev; nazadnje, razvoj zaščitnih naprav in sistemov z višjo zmogljivostjo v kombinaciji s praktičnimi inženirskimi aplikacijami.