Analys av transformatorjordningskyddsteknik på byggarbetsplatser

Just nu har Kina uppnått vissa framgångar inom detta område. Relevant litteratur har utformat typiska konfigurationsförslag för jordningsfelsskydd i kärnkraftverks lågspänningsfördelningsystem. Genom analys av inrikes och internationella fall där jordningsfel i kärnkraftverks lågspänningsfördelningsystem har orsakat felaktig operation av transformatorns nollsekvensskydd har de underliggande orsakerna identifierats. Dessutom har förbättringsförslag för jordningsfelsskyddsåtgärder i kärnkraftverkets hjälpspänningssystem lagts fram baserat på dessa typiska konfigurationsscheman.

Relevant litteratur har studerat variationen i differensström och bromsström, och genom beräkning av förhållandet mellan differensström och bromsström har en kvantitativ analys av anpassningen av huvudtransformatorns förhållandeskydd vid sådana felförhållanden genomförts.

Men de ovan nämnda metoderna står fortfarande inför många problem som behöver lösas snabbt. Till exempel kan överdriven jordningsresistans, olämplig val av jordningsmetoder och otillräckliga skyddsåtgärder mot blixtnedslag leda till transformatorfel och till och med utlösa säkerhetsolyckor. Därför är det nödvändigt att genomföra mer ingående forskning och analys av transformatorjordningsskyddstekniker på byggarbetsplatser, med integrering av de senaste forskningsresultaten och tekniska utvecklingar.

Genom denna forskning kan inte bara teoretisk nivå av transformatorjordningsskyddsteknik ökas, utan även praktiska och genomförbara lösningar och åtgärder kan erbjudas för faktiska byggprojekt. Det hoppas att denna forskning kan dra till sig mer uppmärksamhet och betoning från forskare på transformatorjordningsskyddstekniker på byggarbetsplatser, samarbete för att främja utvecklingen inom detta område.

1 Bestämning av transformatorjordningsmetoder

Den traditionella metoden med direkt jordning av transformatorns neutralpunkt kan under vissa förhållanden orsaka överdriven kortslutningsström, vilket potentiellt kan skada utrustning. Därför föreslås en metod med låg resistans för jordning av neutralpunkten. Jordning med låg resistans i neutralpunkten är en effektiv transformatorjordningsmetod som uppnår effektiv kontroll av transformatorns jordningsström genom att ansluta en låg resistans mellan transformatorns neutralpunkt och marken. Denna jordningsmetod kan inte bara reglera storleken på jordningsströmmen och minska effekten av blixtnedslag och överspänning på transformatorer, vilket ger bättre driftsstabilitet, men kan också begränsa kortslutningsströmmar och minska risken för utrustningsskador.

Specifikt, när man implementerar jordning med låg resistans i neutralpunkten för transformatorer på byggarbetsplatser, är det första steget att bestämma den lämpliga jordningsresistansvärdet. Enligt Ohms lag är jordningsresistansvärdet inversproportionellt mot jordningsström och jordningsspänning. Därför, när man väljer jordningsresistansvärdet för metoden med låg resistans i neutralpunkten, måste resistansvärdet först fastställas, med beräkningsformeln som följer:

I formeln representerar R₀ resistansvärdet för jordningsmotståndet; U₀ representerar det genomsnittliga nominella spänningssystemet i byggen; I₀ representerar strömmen som passerar genom neutralpunktsresistorn. Enligt beräkningen i formel (1) bör ett lämpligt jordningsresistansvärde väljas som kan effektivt begränsa kortslutningsströmmen samtidigt som man undviker överdriven påverkan på transformatorn.

Nästa steg är att fastställa parametrar som tvärsnittsarea och material för jordningsledningen. Material för jordningsledningen måste också ha utmärkt ledningsförmåga och korrosionsbeständighet för att säkerställa dess livslängd och tillförlitlighet. Denna studie överväger grundligt de faktiska förhållandena för transformatorjordning på byggarbetsplatser och väljer tinad koppartråd som jordningsledare – ett material med god ledningsförmåga, bekvämt kablage och starka korrosionsbeständighetsförmågor, vilket fullt uppfyller kraven för metoden med låg resistans i neutralpunkten.

Tvärsnittsarean för jordningsledningen påverkar direkt dess resistansvärde, vilket i sin tur påverkar jordningsströmmen. Därför väljs ett lämpligt tvärsnitt för jordningsledningen baserat på följande formel:

I formeln representerar S tvärsnittsarean för jordningsledningen i metoden med låg resistans i neutralpunkten; η representerar förhållandekoefficienten mellan neutralpunktsjordningsresistansen och transformatorns jordningsresistans; T representerar den tillåtna temperaturhöjningen för jordningsledningen. Slutligen måste jordningselektrodens begravningsdjup fastställas. För att säkerställa stabil drift av jordningselektroden i tuffa miljöer bör dess begravningsdjup överstiga den frusna jordlagrets tjocklek på byggarbetsplatsen, vilket garanterar jordningssystemets tillförlitlighet och säkerhet i helhet.

Sammanfattningsvis, när man implementerar jordning för transformatorer på byggarbetsplatser, används metoden med låg resistans i neutralpunkten, med rimliga inställningar för jordningsparametrar inklusive resistansvärde, tvärsnittsarea för jordningsledning, materialval och begravningsdjup för jordningselektroden, vilket ger en solid grund för stabil transformatordrift under byggprocessen.

2 Design av transformatorjordningsskyddsschema

Enligt ovanstående innehåll används den neutrala punktens lågresistansjordningsmetod i jordningskyddsteknik för omvandlare på byggar. Denna jordningsmetod kontrollerar huvudsakligen omvandlarens jordningsström effektivt genom låg resistans. Under omvandlarens drift kan olika fel uppstå, varav de mest vanliga är enfasjordningsfel. Ett enfasjordningsfel refererar till ett kortslut mellan en fasvindning av omvandlaren och marken, medan de andra två faserna fortsätter fungera normalt. Detta fel orsakar förändringar i den neutrala punktens potential hos omvandlaren, vilket leder till obalans i trefasströmmarna. Genom att utnyttja detta drag föreslås ett skyddsschema baserat på strömbalans mellan tre faser i omvandlare:

Först finns det nollsekvenssektion I-skyddet, vars inställningsberäkningsformel är följande:

I formeln representerar I₁ nollsekvensskyddets arbetsströmvärde för omvandlare i bygg; γ₁ representerar tillförlitlighetskoefficienten; γ₂ representerar nollsekvensgrenskoefficienten; I₂ representerar nollsekvensskyddets arbetsströmvärde för närliggande komponenter av omvandlare i bygg. Efter beräkningen av strömvärdet för nollsekvenssektion I-skyddet enligt formel (3) sätts allmänt verkningstiden för sektion I-skyddet till ca 0,5 sekunder längre än verkningstiden för nästa nivås nollsekvensskydd.

Nästa steg är nollsekvenssektion II-skydd. Beräkningsformeln för dess skyddsströmvärde är densamma som för nollsekvenssektion I-skyddet, vilket betyder att skyddsströmmen också erhålls enligt formel (3), men verkningstiden skiljer sig, där en ökning av ca 0,3 sekunder krävs baserat på verkningstiden för nollsekvenssektion I-skyddet.

Till sist finns det nollsekvensspänningsskydd. Med hänsyn tagen till att under enfasjordningsfel i omvandlare på byggar, kan den neutrala punkten förlora sin inbyggda känslighet, måste verkningsspänningen för nollsekvensspänningsskyddet vara lägre än den maximala nollsekvensspänningen som uppträder vid skyddsinrättningens installationpunkt under enfasjordningsfel. Värdet för nollsekvensspänningsskyddsspänning fastställs huvudsakligen enligt följande formel:

I formeln representerar U₁ verkningsspänningen för nollsekvensspänningsskyddet; U₂ representerar räntespänningen för de tre sekundära vindningarna.

Sammanfattningsvis, för att forma ett komplett skyddsschema för strömbalans mellan tre faser, krävs en serie komplexa beräkningar, inklusive beräkningsformler för nollsekvenssektion I, nollsekvenssektion II och nollsekvensspänningsskydd. Derivering och tillämpning av dessa formler kommer att hjälpa till att mer exakt bestämma typ och allvarlighetsgrad av enfasjordningsfel i byggar. Detta skyddsschema kan inte bara snabbt lokalisera och isolera jordningsfel, utan också minska sannolikheten för strömavbrott orsakade av jordningsfel. Samtidigt, kombinerat med den neutrala punktens lågresistansjordningsmetod, bildas en omfattande jordningskyddsstruktur för omvandlare i bygg, vilket ger starkt skydd för säker drift av omvandlare.

3 Experimentell analys

För att verifiera effektiviteten av ovan nämnda jordningskyddsteknik för omvandlare i byggar kommer denna kapitel att använda strömsystemsimuleringsprogrammet PowerFactory för att genomföra simuleringsförsök för omvandlarens jordningskydd. Först etableras en elektrisk systemmodell för byggnader i simuleringsprogrammet, vilken främst inkluderar omvandlare, hög- och lågspänningslinjer, laster och annan utrustning. Tabell 1 presenterar modellen och parameternormerna för experimentella omvandlare.

Specifik struktur för transformator visas i figur 1.

Därefter genomfördes simuleringsexperiment av transformatorns jordningskydd med tre olika jordningsmetoder: neutralpunktens låg-resistansjordning, neutralpunktens hög-resistansjordning och neutralpunktens jordning med bågutsläckarkolv. Vid inställningen av jordningsmetoderna valdes för den neutrala punktens låg-resistansjordning en resistor med liten resistansvärde, specifikt satt till 0,5 Ω, för att simulera effekten av låg-resistansjordning; för den neutrala punktens hög-resistansjordning valdes en resistor med större resistansvärde, satt till 10 Ω, för att simulera egenskaperna hos hög-resistansjordning.

Under experimentet simulerades nivåer på jordningsströmmar för transformatorn vid ensidiga jordningsfel. Den specifika platsen för felet sattes till mitten av en fasled på den lågspända sidan av transformatorn, med felresistansen satt till 100 Ω för att simulera jordningsresistansen under ett jordningsfel. I felsimuleringen användes ett datainsamlingssystem med hög samplingsfrekvens för att registrera jordningsströmsdata, med samplingsfrekvensen satt till 1000 gånger per sekund för att säkerställa att de subtila ändringarna i jordningsströmmen upptäcktes.

Utöver att registrera jordningsströmsvärdet vid felförekomsten sattes flera tidspunkter, inklusive 0,1 s, 0,5 s, 1 s, 5 s och 10 s efter felförekomsten, för att observera ändringar i jordningsström vid olika tidspunkter. För att undvika slumpmässighet i experimentresultaten registrerades jordningsströmsdata 10 gånger, med medelvärdet som togs som det slutliga experimentresultatet. Figur 2 ger en jämförelse av transformatorns jordningskyddeffekt vid olika jordningsmetoder.

Som visas i figur 2 jämförde simuleringen egenskaperna hos jordningsströmmar för transformatorer vid ensidiga fel för neutralpunktens låg-resistansjordning, hög-resistansjordning och bågutsläckarkolv-jordning. Resultaten visar att under ensidigt jordningsfel för transformatorer är jordningsströmmen vid neutralpunktens låg-resistansjordning betydligt högre än vid neutralpunktens hög-resistansjordning och neutralpunktens bågutsläckarkolv-jordning. 

Under den utformade jordningskyddstekniken var den genomsnittliga transformatorns jordningsström 70,11 A, vilket är en ökning med 43,44 A respektive 21,62 A jämfört med kontrollgruppsteknikerna. Detta hjälper till att minska bågintensiteten vid felets plats och accelererar självrensningsegenskapen hos felet. Därför är den utformade jordningskyddstekniken genomförbar och pålitlig, lämplig för praktisk tillämpning vid ensidiga jordningsfel för transformatorer, vilket effektivt skyddar driftsäkerheten för transformatorer på byggarbetsplatser.

4.Slutord

Jordningskyddstekniken för transformatorer på byggarbetsplatser föreslår en nollsekvensöverströmskyddsplan baserad på neutralpunktens låg-resistansjordning. Genom jämförelseexperiment har överlägsenheten hos den utformade jordningskyddstekniken i huvudskydd för transformatorers ensidiga fel bevisats. Trots vissa forskningsframsteg finns det fortfarande vissa begränsningar. Till exempel kan experimentvillkoren och dataproverna inte vara tillräckligt omfattande, vilket kräver ytterligare verifiering av slutsatsernas allmänhet.

Framtidens forskning kan fokusera på följande områden: först, utvidga experimentomfattningen och öka antalet dataprover för att förbättra noggrannheten och allmänheten av slutsatserna; andra, utföra djupgående studier av andra skyddsscheman och tekniker för att utforska mer effektiva och pålitliga metoder för transformatorns jordningskydd; slutligen, utveckla högrepresterande skyddsutrustningar och system i kombination med praktiska ingenjörstillämpningar.