Nullsekvensimpedanskarakterisering av tørrtype jordtransformator med ZN-tilkobling

I et nøytral-isoleret trefas strømsystem gir en jordtransformator et kunstig nøytralpunkt, som kan være solidt jordet eller jordet via reaktorer/spenningssvingningsdempere. ZNyn11-tilkoblingen er typisk, der nullsekvens magnetomotkrefter i indre/ytte halvviklinger av samme kjernestolpe nullstiller hverandre, balanserer feilstrømmer i serieviklinger og minimerer nullsekvens lekkasje-flux/impedans.

Nullsekvens impedans er viktig: den bestemmer feilstrømmens størrelse og fasespenningen til jord i impedans-jordede systemer.

1. Egenskaper ved ZN-tilkoblet jordtransformator

Selv om YNd11-tilkoblede transformatorer kan brukes, foretrekker man ZNyn11 (Fig. 1). Viktige forskjeller:

• YNd11 baserer seg på delta-sirkulasjonstrømmer for balanse, noe som reduserer utgangskapasiteten.

• ZNyn11 bruker serievikling magnett kobling for feilstrømmbalansering uten kapasitetstap, derfor mer utbredt.

Under enfas jordfeil, begrenser valg av passende jordimpedans fase kortslutningsstrømmer til innenfor hovedtransformatorens spesifiserte fasestrøm.

2. Nullsekvens impedansanalyse av ZN-tilkoblet jordtransformator

De viktigste tekniske parametrene for analysismodellen av jordtransformatoren vises i tabell 1, med tillatt avvik for nullsekvens impedans på ±7.5%.

2.1 Nullsekvens impedansberegning via tradisjonell empirisk formel

Som vist i figur 2 (jordtransformator viklingsoppsett), defineres nullsekvens impedans som forholdet mellom spenningsfall i en fase til feilstrømmen når feilstrømmen går gjennom alle tre fasene samtidig. For beregning følger X₀ impedansprinsippet for vanlige dobbeltviklede krafttransformatorer (Ligning 1).

I formelen representerer W antall viklingsomganger. For en vikling med ZN-tilkobling, er W antall omganger i halvviklingen; ∑aR betegner det ekvivalente lekkasje-fluxområdet. For en vikling med ZN-tilkobling, er det det ekvivalente lekkasje-fluxområdet for de to halvviklingene; ρ er Rogowski-koeffisienten; H er reaktanshøyden for viklingen.

Ved å sette inn data fra tabell 1 i ligning (1), blir den beregnede nullsekvens impedansen 70.6 Ω.

2.2 Nullsekvens impedansanalyse via elektromagnetisk programvare

Infolytica's Magnet elektromagnetiske programvare ble brukt for magnetfeltanalyse. En 3D forenklet modell ble opprettet basert på produktets strukturelle egenskaper, som vist i figur 3. Programvaren bruker en T-Ω potensialgruppe løsning algoritme med lameller med 1. til 3. ordens interpolasjonspolynom.

Finit elementanalyse (FEA) er en numerisk beregningsmetode basert på variasjonsprinsippet og nettverksinterpolasjon. Den transformerer først randverdiproblemet til et tilsvarande variasjonsproblem (dvs. et ekstremalproblem for en funksjonal) ved hjelp av variasjonsprinsippet, deretter diskretiserer variasjonsproblemet til et ekstremalproblem for en vanlig multivariabel funksjon gjennom nettverksinterpolasjon, og endelig reduserer det til et sett med multivariate algebraiske ligninger for å løse den numeriske løsningen. Under analyse, ble nettverksdivisjonene satt som følger: luft på 80, jernkjern på 30, og viklinger på 15. Produktets nettverksdiagram er detaljert i figur 4.

I finite element algoritmer korrelerer polynomgrad med nøyaktigheten av felt-domeneformfunksjoner - høyere grader karakteriserer feltet bedre. For denne modellen ble en 2. grad polynom adoptert, med maksimalt 20 iterasjoner, 0.5% iterasjonsfeil, og 0.01% konjugert gradientfeil.

For å teste nullsekvens impedansen av jordtransformator via felt-strømkobling metoden: anbring høyspenningsnominell strøm (27.59 A topp for programvare) ved nøytralpunktet, hold lavspenningsiden åpen, og mål spenningen.

2.3 Nullsekvens impedansmåling

Nullsekvens impedans måles mellom linjeleddene og nøytral-leddet av jordtransformator ved nominell frekvens (som vist i figur 5), uttrykt i ohm per fase. Dens verdi beregnes som 3U/I (der U er testspenningen og I er teststrømmen). Under målingen, anbringes en nominell strøm på 19.5 A på linjeleddene, og spenningen mellom linjeleddene og nøytralpunktet måles som 443.3 V. Den beregnede nullsekvens impedansen er 68.2 Ω.

2.4 Sammenligning av beregnede, simulerte og målte verdier

De viktigste ytelsesparametrene sammenlignes i tabell 2. Resultatene viser at både de beregnede og simulerte nullsekvens impedansene for jordtransformator er nært målte verdien, med avvik på 3.5% og 0.88% henholdsvis. Simuleringsresultatene fra elektromagnetiske programvare er nærmere målte verdier. Magnetfeltanalyseresultatene hjelper til å forstå produktets magnetfeltdistribusjonsegenskaper under denne arbeidsforholdet tydelig, som kan brukes til å optimere produktets elektromagnetiske design og strukturdesign basert på magnetfeltdistribusjonsegenskapene.

Magnetfelt simuleringsresultater oppnådd av elektromagnetisk programvare er mer nøye alligned med målte verdier. Med hjelp av magnetfeltanalyseresultater, kan produktets magnetfeltdistribusjonsegenskaper under dette arbeidsforholdet forstås tydeligere, og dermed kan målrettede elektromagnetiske design og strukturdesign av produktet utføres.

3. Konklusjon

Nullsekvens impedans er en nøkkelparameter for jordtransformatorer, med streng avviksregulering fra brukere. Når man beregner med tradisjonelle empiriske formler i ingeniørarbeid, kreves det korrigering av empiriske koeffisienter, noe som er sterkt avhengig av designernes erfaring og knapt sikrer nøyaktighet.

For å forbedre nøyaktigheten, bruker denne artikkelen simuleringprogramvare for magnetfeltanalyse, sammenligner med empiriske formelresultater, og verifiserer gjennom tester. Simuleringsresultatene er nøyaktige og kan tilfredsstille ingeniørforskrifter.