Nollsekvensimpedanskaraktärisering av torrtransformator med jordningsförbindelse ZN
I ett neutralisolat trefas-system tillhandahåller en jordtransformator en artificiell neutralpunkt, som kan vara fast jordad eller jordad via reaktorer/bågläckagekompenserare. Anslutningen ZNyn11 är typisk, där nollsekvensmagnetiska krafter i inre/ytterliga halvspolar av samma kärnkolumn utjämnas, vilket balanserar felströmmar i serieanordnade spolar och minimerar nollsekvensläckageflöde/impedans.
Nollsekvensimpedansen är avgörande: den bestämmer felfströmmens magnitud och fas-till-jord-spänningsfördelningen i impedansjordade system.
1. Funktioner hos ZN-anslutna jordtransformatorer
Även om YNd11-anslutna transformatorer kan användas föredras ZNyn11 (Fig. 1). Viktiga skillnader:
Vid ensidiga fas-jordfel begränsar urval av lämplig jordimpedans fasshortscircuitströmmar till inom huvudtransformatorns nominella fasström.
2. Analys av nollsekvensimpedans för ZN-anslutna jordtransformatorer
De viktigaste tekniska parametrarna för analysmodellen av jordtransformatorerna visas i tabell 1, med tillåtet avvikelse för nollsekvensimpedans på ±7,5%.
2.1 Beräkning av nollsekvensimpedans genom traditionell empirisk formel
Som visas i figur 2 (arrangemang av jordtransformatorsspolar), definieras nollsekvensimpedansen som förhållandet mellan spänningsfallet i en fas till felsströmmen när felsströmmen passerar genom alla tre faser samtidigt. För beräkning följer X0 impedansprincipen för vanliga dubbelvindningskrafttransformatorer (Ekvation 1).
I formeln representerar W antalet vindningsvarv. För en spol med ZN-anslutning är W antalet varv i halv-vindningen; ∑aR betecknar det ekvivalenta läckageflödesområdet. För en spol med ZN-anslutning är det ekvivalenta läckageflödesområdet för de två halv-vindningarna; ρ är Rogowskikoefficienten; H är reaktanshöjden för spolen.
Genom att ersätta data från tabell 1 i ekvation (1) beräknas nollsekvensimpedansen till 70,6 Ω.
2.2 Analys av nollsekvensimpedans genom elektromagnetisk mjukvara
Infolyticas Magnet-elektromagnetiska mjukvaran användes för magnetfältanalys. En 3D-förenklad modell etablerades baserat på produkten's strukturkarakteristik, som visas i figur 3. Mjukvaran använder en T-Ω potentialgrupplösningssats med laminerade element med 1:a till 3:e ordningens interpolationspolynom.
Finita elementmetoden (FEM) är en numerisk beräkningsmetod grundad på variationsprincipen och nätverksinterpolation. Den transformerar först gränsvärdesproblemet till ett motsvarande variationsproblem (dvs. extremvärdessproblem för en funktional) med hjälp av variationsprincipen, sedan diskretiserar variationsproblemet till ett extremvärdessproblem för en vanlig flervariabelfunktion genom nätverksinterpolation, vilket slutligen reduceras till en uppsättning multivariata algebraiska ekvationer för att lösa den numeriska lösningen. Under analysen sattes nätverksdelningarna som följer: luft 80, järnkärna 30, och vindningar 15. Produkten's nätverksdiagram visas i detalj i figur 4.
I finita elementalgoritmer korrelerar polynomordningen med noggrannheten i fältdomänsformfunktionerna - högre ordningar ger bättre karakterisering av fältens egenskaper. För denna modell antogs ett 2:a ordningens polynom, med max 20 iterationer, en iterationsfel på 0,5% och en konjugerad gradientfel på 0,01%.
För att testa nollsekvensimpedansen hos jordtransformatorn genom fält-strömkopplingsmetoden: applicera den höga spänningsnominella strömmen (27,59 A topp för mjukvaran) vid neutralpunkten, håll lågspändsidan öppen, och mät spänningen.
2.3 Mätning av nollsekvensimpedans
Nollsekvensimpedansen mäts mellan linjeterminalerna och neutralterminalen av jordtransformatorn vid nominell frekvens (som visas i figur 5), uttryckt i ohm per fas. Dess värde beräknas som 3U/I (där U är provspänningen och I är provströmmen). Under mätningen appliceras en nominell ström på 19,5 A till linjeterminalerna, och spänningen mellan linjeterminalerna och neutralpunkten mäts som 443,3 V. Den beräknade nollsekvensimpedansen är 68,2 Ω.
2.4 Jämförande analys av beräknade, simulerade och mätta värden
De viktigaste prestandaparametrarna jämförs i tabell 2. Resultaten visar att både de beräknade och simulerade nollsekvensimpedanserna för jordtransformatorn är nära de mätta värdena, med avvikelser på 3,5% respektive 0,88%. Simuleringsresultaten från elektromagnetiska mjukvaror är närmare de mätta värdena. Magnetfältanalysresultaten hjälper till att tydligt förstå produktens magnetfördelningskarakteristika under detta arbetsförhållande, vilket kan användas för att optimera produktens elektromagnetiska design och strukturdesign baserat på magnetfördelningskarakteristikorna.
Magnetfältssimuleringsresultaten erhållna genom elektromagnetiska mjukvaror är mer likartade med de mätta värdena. Med hjälp av magnetfältanalysresultaten kan produktens magnetfördelningskarakteristika under detta arbetsförhållande förstås tydligare, och riktade elektromagnetiska design och strukturdesign av produkten kan utföras.
3.Slutord
Nollsekvensimpedansen är en nyckelparameter för jordtransformatorer, med strikta avvikelsekrav från användare. Vid beräkning med traditionella empiriska formler i ingenjörskonsten krävs korrigering av empiriska koefficienter, vilket starkt beror på designers erfarenhet och knappast garanterar noggrannhet.
För att förbättra noggrannheten använder denna artikel simuleringssprogram för magnetfältanalys, jämför med resultaten från empiriska formler, och verifierar genom tester. Simuleringsresultaten är exakta och kan uppfylla ingenjörskraven.
