Pagsusuri ng Teknolohiyang Proteksyon sa Grounding ng Transformer sa mga Pook ng Konstruksyon

Sa kasalukuyan, mayroong tiyak na mga tagumpay ang China sa larangang ito. Ang mga kaugnay na literatura ay nagdisenyo ng mga tipikal na konfigurasyon para sa pagprotekta laban sa grounding fault sa mababang-bolteheng sistema ng distribusyon ng nuclear power plant. Batay sa pagsusuri ng mga kaso sa loob at labas ng bansa kung saan ang grounding faults sa mababang-bolteheng sistema ng distribusyon ng nuclear power plant ay naging sanhi ng malaking pagkakamali ng zero-sequence protection ng transformer, natuklasan ang mga pangunahing dahilan. Bukod dito, inihain ang mga rekomendasyon para sa pagpapabuti ng mga hakbang sa pagprotekta laban sa grounding fault sa auxiliary power system ng nuclear power plant batay sa mga tipikal na konfigurasyon.

Ang mga kaugnay na literatura ay nag-aral ng mga pattern ng pagbabago ng differential current at restraint current, at sa pamamagitan ng pagkalkula ng ratio sa pagitan ng differential current at restraint current, isinagawa ang kwantitatibong pagsusuri sa adaptability ng main transformer ratio differential protection sa ganitong kondisyong ng pagkakamali.

Gayunpaman, ang nabanggit na mga paraan ay patuloy na nakaharap sa maraming problema na kailangang agarang lutasin. Halimbawa, ang sobrang grounding resistance, hindi tama ang pagpili ng mga paraan ng grounding, at hindi sapat na mga hakbang para sa lightning protection grounding—ang mga isyu na ito ay maaaring magresulta sa pagkakamali ng transformer at maging trigger ng mga aksidente sa kaligtasan. Kaya naman, kinakailangan ang mas malalim na pag-aaral at pagsusuri sa teknolohiya ng grounding protection ng transformer sa construction sites, na kinokonsidera ang pinakabagong mga resulta ng pananaliksik at teknolohikal na pag-unlad.

Sa pamamagitan ng pananaliksik na ito, hindi lamang mapapataas ang teoretikal na antas ng teknolohiya ng grounding protection ng transformer, kundi mabibigay din ang praktikal at feasible na solusyon at mga hakbang para sa aktwal na mga proyekto ng konstruksyon. Inaasahan na ang pananaliksik na ito ay makakapaghikayat ng mas maraming pansin at bigat mula sa mga iskolar sa teknolohiya ng grounding protection ng transformer sa construction sites, na kolektibong nagpapromote sa pag-unlad ng larangang ito.

1 Pagtukoy ng Mga Paraan ng Grounding ng Transformer

Ang tradisyonal na paraan ng direct grounding ng neutral point ng transformer maaaring magresulta sa sobrang short-circuit currents sa ilang kondisyon, na maaaring maging sanhi ng pinsala sa mga equipment. Kaya naman, inihaharap ang paraan ng low-resistance grounding ng neutral point. Ang low-resistance grounding ng neutral point ay isang epektibong paraan ng grounding ng transformer na nagpapatakda ng epektibong kontrol sa grounding current ng transformer sa pamamagitan ng pagkonekta ng isang mababang resistance sa pagitan ng neutral point ng transformer at lupa. Ang paraan ng grounding na ito hindi lamang maaaring regulahin ang magnitude ng grounding current at bawasan ang impact ng lightning at overvoltage sa mga transformer, na nagpapataas ng operational stability, kundi maaari rin itong limitahan ang short-circuit currents at bawasan ang panganib ng pinsala sa mga equipment.

Kapag ipinapatupad ang low-resistance grounding ng neutral point para sa mga transformer sa construction sites, ang unang hakbang ay ang pagtukoy ng tamang halaga ng grounding resistance. Ayon sa Ohm's law, ang halaga ng grounding resistance ay inversely proportional sa grounding current at grounding voltage. Kaya naman, kapag pinili ang halaga ng grounding resistance para sa paraan ng low-resistance grounding ng neutral point, kailangang unang matukoy ang halaga ng resistance, na may formula na:

Sa formula, ang R₀ ay kumakatawan sa halaga ng grounding resistor; ang U₀ ay kumakatawan sa average rated voltage ng electrical system sa construction; ang I₀ ay kumakatawan sa current na lumilipas sa neutral point resistor. Ayon sa kalkulasyon sa formula (1), dapat pumili ng tamang halaga ng grounding resistance na maaaring epektibong limitahan ang short-circuit current habang iwasan ang sobrang impact sa transformer.

Ang susunod ay ang pagtukoy ng mga parameter tulad ng cross-sectional area at material ng grounding wire. Ang material ng grounding wire ay dapat mayroon ding mahusay na conductivity at corrosion resistance upang matiyak ang buhay at reliabilidad nito. Sa pag-aaral na ito, komprehensibong kinonsidera ang aktwal na kondisyon ng grounding ng transformer sa construction sites at pinili ang tin-plated copper wire bilang grounding conductor—na isang material na may mahusay na conductivity, convenient wiring, at malakas na anti-corrosion capabilities, na lubos na sumasagot sa mga requirement ng paraan ng low-resistance grounding ng neutral point.

Ang cross-sectional area ng grounding wire ay direktang nakakaapekto sa halaga ng resistance nito, na mas lalo pa ay nakakaapekto sa grounding current. Kaya naman, ang tamang cross-sectional area ng grounding wire ay pinili batay sa sumusunod na formula:

Sa formula, ang S ay kumakatawan sa cross-sectional area ng grounding wire sa paraan ng low-resistance grounding ng neutral point; ang η ay kumakatawan sa ratio coefficient sa pagitan ng neutral point grounding resistance at transformer grounding resistance; ang T ay kumakatawan sa allowable temperature rise ng grounding wire. Sa huli, kailangang matukoy ang burial depth ng grounding electrode. Upang matiyak ang stable operation ng grounding electrode sa mahirap na kondisyon, ang burial depth nito ay dapat lumampas sa thickness ng frozen soil layer sa construction site, na komprehensibong nagbibigay ng reliabilidad at seguridad ng grounding system.

Sa kabuuan, kapag ipinapatupad ang grounding para sa mga transformer sa construction sites, ang paraan ng low-resistance grounding ng neutral point ay ginagamit, na may maaring setting ng mga grounding parameters kabilang ang halaga ng resistance, cross-sectional area ng grounding wire, pagpili ng material, at burial depth ng grounding electrode, na nagbibigay ng malakas na pundasyon para sa stable operation ng transformer sa panahon ng construction.

2 disenyo ng Pagsasama ng Proteksyon ng Grounding ng Transformer

Ayon sa nabanggit na nilalaman, ang pamamaraan ng mababang resistensya na pag-ground sa neutral point ay ginagamit sa teknolohiya ng pagprotekta ng transformer sa mga construction site. Ang pamamaraang ito ay pangunahing nakokontrol ang kuryente ng pag-ground ng transformer sa pamamagitan ng mababang resistensya. Maaaring mangyari ang iba't ibang uri ng pagkakamali sa panahon ng operasyon ng transformer, ang pinaka-karaniwan ay ang single-phase grounding fault. Ang single-phase grounding fault ay tumutukoy sa short circuit sa pagitan ng isang phase winding ng transformer at ground, habang ang ibang dalawang phase ay patuloy na gumagana nang normal. Nagdudulot ito ng pagbabago sa potential ng neutral point ng transformer, na nagpapadala ng pagkakahiwalay sa tatlong three-phase currents. Gamit ang katangian na ito, inihahanda ang isang pamamaraan ng proteksyon batay sa imbalance ng three-phase current sa mga transformer:

Ang una ay ang zero-sequence section I protection, na may formula para sa setting calculation bilang sumusunod:

Sa formula, ang I₁ ay kumakatawan sa operating current value ng zero-sequence protection ng mga transformer sa construction; ang γ₁ ay kumakatawan sa reliability coefficient; ang γ₂ ay kumakatawan sa zero-sequence branch coefficient; at ang I₂ ay kumakatawan sa operating current value ng zero-sequence protection ng mga adjacent components ng mga transformer sa construction. Pagkatapos makalkula ang current value para sa zero-sequence section I protection batay sa formula (3), ang operating time para sa section I protection ay karaniwang itinatakda na humigit-kumulang 0.5 segundo mas mahaba kaysa sa operating time ng susunod na lebel ng zero-sequence protection.

Ang susunod ay ang zero-sequence section II protection. Ang formula para sa kanyang protection current value ay parehong pareho sa zero-sequence section I protection, ibig sabihin ang protection current ay dininisenyo ayon sa formula (3), ngunit ang operating time ay iba, na nangangailangan ng dagdag na humigit-kumulang 0.3 segundo batay sa operating time ng zero-sequence section I protection.

Sa huli, mayroon ding zero-sequence voltage protection. Sa pag-consider na buong-buo, sa panahon ng single-phase grounding faults sa mga transformer sa construction site, maaaring mawalan ng inherent sensitivity ang neutral point, kaya dapat na ang operating voltage ng zero-sequence voltage protection ay mas mababa kaysa sa maximum zero-sequence voltage na lumilitaw sa installation point ng proteksyon sa panahon ng single-phase grounding faults. Ang halaga para sa zero-sequence voltage protection voltage ay pangunahing matutukoy ayon sa sumusunod na formula:

Sa formula, ang U₁ ay kumakatawan sa operating voltage ng zero-sequence voltage protection; ang U₂ ay kumakatawan sa rated voltage ng tatlong secondary windings.

Sa kabuuan, upang mabuo ang isang buong three-phase current imbalance protection scheme, kinakailangan ng serye ng komplikadong kalkulasyon, kasama ang mga formula para sa zero-sequence section I, zero-sequence section II, at zero-sequence voltage protection. Ang pag-derive at paggamit ng mga formula na ito ay makakatulong upang mas tiyak na matukoy ang uri at kalubhang ng single-phase grounding faults sa construction sites. Ang protection scheme na ito ay hindi lamang mabilis na makakalantad at mapapatalsik ang mga grounding fault, kundi maaari ring bawasan ang posibilidad ng mga insidente ng brownout dahil sa mga grounding fault. Samantalang, kapag pagsasama sa mababang resistensya na pag-ground sa neutral point, binubuo ang isang buong grounding protection structure para sa mga transformer sa construction, na nagbibigay ng malakas na proteksyon para sa ligtas na operasyon ng mga transformer.

3 Experimental Analysis

Upang ipapatunayan ang epektibidad ng nabanggit na teknolohiya ng pagprotekta ng transformer sa construction sites, ang kabanata na ito ay gagamit ng power system simulation software na PowerFactory upang gawin ang mga eksperimento ng simulation ng pagprotekta ng transformer. Una, itatatag ang isang modelo ng building electrical system sa simulation software, na pangunahing kumakatawan sa mga transformer, high at low voltage lines, loads, at iba pang equipment. Ipinalalabas ng Table 1 ang modelo at parameter specifications ng experimental transformer.

Ang espesipikong istraktura ng transformer ay ipinapakita sa Figure 1.

Pagkatapos, ginawa ang mga eksperimento ng pag-simula ng proteksyon ng grounding ng transformer gamit ang tatlong iba't ibang paraan ng grounding: neutral point low-resistance grounding, neutral point high-resistance grounding, at neutral point grounding na may arc-suppression coil. Kapag inilapat ang mga paraan ng grounding, para sa neutral point low-resistance grounding, pinili ang resistor na may maliit na resistance value, partikular na itinakda sa 0.5 Ω, upang simulan ang epekto ng low-resistance grounding; para sa neutral point high-resistance grounding, pinili ang resistor na may mas malaking resistance value, itinakda sa 10 Ω, upang simulan ang katangian ng high-resistance grounding.

Sa panahon ng eksperimento, isina-simulate ang antas ng grounding current ng transformer sa ilalim ng single-phase grounding faults. Ang espesipikong lokasyon ng fault ay itinakda sa gitna ng isang phase line sa low-voltage side ng transformer, na may fault resistance na itinakda sa 100 Ω upang simulan ang grounding resistance sa panahon ng grounding fault. Sa proseso ng pagsisimula ng fault, ginamit ang high sampling rate data acquisition system upang irekord ang grounding current data, na may sampling frequency na itinakda sa 1000 beses bawat segundo upang siguraduhin ang pagkuha ng subtle changes sa grounding current.

Bukod sa pagrerekord ng grounding current value sa sandaling nangyari ang fault, itinakda ang maraming puntos ng oras, kabilang ang 0.1 s, 0.5 s, 1 s, 5 s, at 10 s pagkatapos ng fault, upang obserbahan ang pagbabago ng grounding current sa iba't ibang puntos ng oras. Upang iwasan ang randomness sa mga resulta ng eksperimento, inirekord ang grounding current data 10 beses, at ang average value ay itinakdang final na resulta ng eksperimento. Ipinalalabas ng Figure 2 ang paghahambing ng epekto ng proteksyon ng grounding ng transformer sa ilalim ng iba't ibang paraan ng grounding.

Tulad ng ipinalalabas sa Figure 2, ang simulation analysis ay nagsagawa ng paghahambing ng mga katangian ng grounding current ng transformers sa ilalim ng single-phase faults para sa neutral point low-resistance grounding, high-resistance grounding, at arc-suppression coil grounding methods. Ang mga resulta ay nagpapakita na, sa panahon ng single-phase grounding fault sa transformers, ang grounding current sa ilalim ng neutral point low-resistance grounding method ay mas mataas kumpara sa neutral point high-resistance grounding at neutral point arc-suppression coil grounding methods. 

Sa ilalim ng disenyo ng teknolohiya ng grounding protection, ang average transformer grounding current ay 70.11 A, na may taas ng 43.44 A at 21.62 A kumpara sa control group technologies. Ito ay tumutulong na bawasan ang intensity ng arc sa fault point at mapabilis ang self-clearing capability ng fault. Kaya, ang disenyo ng teknolohiya ng grounding protection ay feasible at reliable, na angkop para sa praktikal na aplikasyon sa single-phase grounding faults ng transformers, na nakakapagtataguyod ng operational safety ng transformers sa construction sites.

4.Kasimpulan

Ang teknolohiya ng grounding protection para sa transformers sa construction ay nagpopropona ng zero-sequence overcurrent protection scheme batay sa neutral point low-resistance grounding method. Sa pamamagitan ng mga eksperimento ng paghahambing, naipapatunayan ang superiority ng disenyo ng teknolohiya ng grounding protection sa pangunahing proteksyon para sa single-phase faults ng transformer. Bagama't may ilang research achievements, mayroon pa ring ilang limitasyon. Halimbawa, ang mga kondisyong experimental at data samples ay maaaring hindi sapat, kaya kailangan ng karagdagang pag-verify ng universality ng mga kasimpulan.

Ang mga future research maaaring magfocus sa mga sumusunod na aspeto: una, paglalawig ng saklaw ng mga eksperimento at pagtaas ng data samples upang mapabuti ang accuracy at universality ng mga kasimpulan; pangalawa, paggawa ng mas malalim na pag-aaral sa iba pang mga proteksyon schemes at teknolohiya upang mapagtanto ang mas epektibong at reliable na mga paraan ng grounding protection ng transformer; at huli, pagbuo ng mas mataas na performance na mga device at sistema ng proteksyon sa kombinasyon ng praktikal na engineering applications.