تحليل حالة حول سوء تشغيل مفتاح الحماية الزائد للتيار في محول التأريض

تعني طريقة توصيل الأرض المحايدة الاتصال بين نقطة محايد نظام الطاقة والأرض. في أنظمة الصين التي تبلغ 35 كيلوفولت وما دون، تتضمن الطرق الشائعة عدم توصيل المحايد، وتوصيل محول القمع بالأرض، والتوصيل بمقاومة صغيرة. يتم استخدام وضع عدم التوصيل على نطاق واسع لأنه يسمح بالعمل لفترة قصيرة أثناء أعطال التوصيل الفردي، بينما أصبحت طريقة التوصيل بمقاومة صغيرة شائعة بسبب إزالة الأعطال السريعة وتقييد الجهد الزائد. تقوم العديد من المحطات بتثبيت محولات الأرضية لتغيير طريقة توصيل الأرض المحايد، ولكن تغير خصائص العطل يؤثر على الحماية بالتتابع مما يعرض لمخاطر التشغيل الخاطئ أو الرفض.

يقدم هذا البحث مبادئ وخصائص محولات الأرضية، ويشرح تكوين/ضبط الحماية الحالية في الأنظمة ذات المقاومة الصغيرة، ويحلل أسباب التشغيل الخاطئ، ويأخذ حالة توصيل فردي لتحليل أفعال الحماية وأسباب الفشل. يوفر مراجعًا لمعالجة/منع الأعطال، ويعمق فهم فريق الصيانة، ويحسن كفاءة حل المشكلات، ويقضي على المخاطر المحتملة.

مبدأ عمل محول الأرضية

خلال تحويل محطة كهربائية ذات نظام متصل بالدلتا، غير مرتبط بالأرض إلى نظام توصيل مقاومة صغيرة، ولإدخال نقطة محايدة، فإن الممارسة الأكثر شيوعًا هي إضافة محول أرضي إلى الحافلة. حاليًا، يتم اختيار محول أرضي من نوع Z لإدخال نقطة الأرض. بعد ذلك سيتم تحليل مبدأ عمل محول الأرضية من نوع Z.

محول الأرضية من نوع Z متشابه في الهيكل مع محول الطاقة العادي. ومع ذلك، يتم تقسيم ملف كل مركز فاز إلى جزأين متساويين من حيث عدد اللفات، علوي وسفلي، وهما متصلان بشكل زيج-زاج. طريقة التوصيل الخاصة به موضحة في الشكل 1.

عند حدوث قصر أرضي، يتدفق التيار التسلسلي الصفري عبر النقطة المحايدة. يجعل توصيل محول الأرضية من نوع Z التيار التسلسلي الصفري في الجزء العلوي والسفلي يتعارضان مع بعضهما البعض، مما يؤدي إلى إلغاء التدفق المغناطيسي وتصغير المعاوقة التسلسلية الصفري لتجنب الجهد الزائد للأرضية القوسية. بالنسبة للتيار التسلسلي الإيجابي/السالب، فإن خصائصه الكهرومغناطيسية التقليدية مثل محول الطاقة العادي تخلق معاوقة عالية، مما يحد من تدفقها.

في حالة التشغيل الطبيعي، يعمل محول الأرضية بالقرب من حالة عدم الحمل (بدون حمل ثانوي). أثناء عطل الأرضية، يمر تيار العطل التسلسلي الإيجابي والسالب والصفر عبره. نظرًا لـ "المعاوقة العالية للتيار التسلسلي الإيجابي والسالب، والمعاوقة المنخفضة للتيار التسلسلي الصفري"، يقوم جهاز الحماية أساسًا بقياس تيار النظام التسلسلي الصفري.

2 تكوين وتحليل حماية التيار لمحولات الأرضية

تستخدم حماية التيار لمحولات الأرضية عادةً حماية التيار بين الفاز والفاز وحماية التيار التسلسلي الصفري. إليك التفصيل:

2.1 ضبط حماية التيار بين الفاز والفاز
2.1.1 مبادئ الضبط

تشمل هذه الحماية حماية القطع الفوري وحماية التيار الزائد:

• القطع الفوري: التنسيق مع حماية التيار الزائد الاحتياطية لمحول التغذية على الجانب نفسه. التأكد من الحساسية خلال قصر الدائرتين (وضع التشغيل الأدنى) وتجنب التيار الأولي (7-10 مرات التيار المقنن لمحول الأرضية) وتيار العطل الجانب الأدنى.

• حماية التيار الزائد: ضبطها لتجنب التيار المقنن لمحول الأرضية والأقصى لتيار العطل الفازي الخارجي أثناء التوصيل الأرضي الفردي، للتأكد من الموثوقية.

• منطق العمل: تعمل القطع الفوري فورًا (بدون تأخير)؛ حماية التيار الزائد (احتياطية لقصور الفاز والفاز) لها تأخير قصير وإعدادات أقل للتنسيق المستوي.

2.1.2 طرق القطع

بناءً على اتصال محول الأرضية بمحول التغذية:

• متصل بالحافلة الجانب الأدنى: تعمل حماية القطع الفوري/التيار الزائد على قطع المفتاح الدائرة لنفس الجانب لعزل العطل بسرعة.

• متصل بالوصلة الجانب الأدنى: تعمل الحماية على قطع جميع المفاتيح الدوائر الجانبية لقطع مسار العطل ومنع التصعيد.

2.2 ضبط حماية التيار التسلسلي الصفري لمحولات الأرضية
2.2.1 مبادئ الضبط

• يجب أن يضمن قيمة التيار المعدة حساسية كافية عند حدوث عطل توصيل فردي بالأرض.

• التعاون مع قيمة الضبط لحماية التأخير الطويل لتحقيق حساسية كاملة للخط لحماية التيار التسلسلي الصفري المستوى الأدنى.

• بالنسبة للحد الزمني الأول للتيار التسلسلي الصفري، يجب النظر في تجنب حدوث عطل توصيل فردي بالأرض على خطين متتاليين.

• يجب أن يكون وقت التشغيل أطول من وقت التشغيل الأقصى لقسم الثاني من التيار التسلسلي الصفري لكل مكون متصل بالحافلة.

نظرًا لأن حماية التيار التسلسلي الصفري لمحول الأرضية لا تُعتبر الحماية الرئيسية، هناك ثلاثة حدود زمنية، وهي كما يلي:

في المعادلة: t0¹, t0², t0³ هي الحدود الزمنية الأولى والثانية والثالثة لحماية التيار التسلسلي الصفري لمحول الأرضية على التوالي؛ t_0I' هي قيمة الضبط الزمنية لقسم I من التيار التسلسلي الصفري للخط الخارجي؛ t_0II' هي أطول قيمة ضبط زمنية لقسم II من حماية التيار التسلسلي الصفري لكافة المعدات على الحافلة باستثناء محول الأرضية؛ Δt يتم ضبطه على 0.2-0.5 ثانية.

2.2.2 طرق القطع

• عندما يكون محول الأرضية متصلًا بالحافلة المناسبة للمحطة، تعمل حماية التيار التسلسلي الصفري: الحد الزمني الأول يقطع مفتاح الدائرة الوصلة أو مفتاح الدائرة القسم ويحجب جهاز إدخال الطاقة الاحتياطي التلقائي (اختصارًا "إدخال الطاقة الاحتياطي")؛ الحد الزمني الثاني يقطع المفاتيح الدوائر على نفس جانب محول الأرضية ومحول التغذية.

• عندما يكون محول الأرضية متصلًا بالوصلة المناسبة لمحول التغذية، تعمل حماية التيار التسلسلي الصفري: الحد الزمني الأول يقطع مفتاح الدائرة الوصلة أو مفتاح الدائرة القسم ويحجب إدخال الطاقة الاحتياطي التلقائي؛ الحد الزمني الثاني يقطع مفتاح الدائرة على نفس جانب محول التغذية؛ الحد الزمني الثالث يقطع المفاتيح الدوائر على جميع الأطراف لمحول التغذية.

2.3 تحليل تشغيل حماية التيار لمحولات الأرضية

يظهر تحليل تكوين حماية محول الأرضية اختلافات كبيرة في طرق القطع بين حماية التيار بين الفاز والفاز وحماية التيار التسلسلي الصفري: تعمل حماية التيار التسلسلي الصفري على حجب إدخال الطاقة الاحتياطي التلقائي أثناء التشغيل، بينما لا تقوم حماية التيار بين الفاز والفاز بذلك.

إذا بلغ التيار التسلسلي الصفري المقاس بواسطة جهاز الحماية قيمة التشغيل وحدث عطل توصيل بالأرض (مع اعتبار محول الأرضية المسار الوحيد للتيار التسلسلي الصفري في نظام التوصيل مقاومة صغيرة)، يكتشف الجهاز العطل ولكنه لا يستطيع تحديد موقعه. إذا كان العطل على الخط الخارجي، بعد قطع الحماية لمحول الأرضية، ينتقل إدخال الطاقة الاحتياطي التلقائي إلى الحافلة الاحتياطية. إذا أعادت الحافلة الاحتياطية التوصيل مع الخط المعيب، لا يزال محول الأرضية الموجود عليها يكتشف التيار التسلسلي الصفري، مما يؤدي إلى قطع آخر. بما أن إدخال الطاقة الاحتياطي التلقائي لم ينتهِ من الشحن، قد يتوسع نطاق الانقطاع. لذلك، يجب على حماية التيار التسلسلي الصفري حجب إدخال الطاقة الاحتياطي التلقائي.

عندما تعمل حماية التيار بين الفاز والفاز (لكن حماية التيار التسلسلي الصفري لا تعمل)، يحكم الجهاز بأن هناك قصر دائرتين في محول الأرضية نفسه. يقوم بقطع محول الأرضية، وقطع موازي لمفتاح الدائرة على نفس جانب محول التغذية، ويقوم إدخال الطاقة الاحتياطي التلقائي بالانتقال إلى الحافلة الاحتياطية. بما أن العطل على محول الأرضية الذي تم قطعه، تعيد الحافلة الاحتياطية التوصيل مع الخط الطبيعي، مما يؤدي إلى استعادة التغذية.

باختصار، تختلف حماية التيار بين الفاز والفاز وحماية التيار التسلسلي الصفري لمحولات الأرضية بشكل كبير في الحكم على سبب وموقع العطل، مما يتطلب إعدادات وتكييفات مختلفة. ومع ذلك، أثناء قصر الأرض، قد يحدث تشغيل خاطئ لحماية التيار بين الفاز والفاز بسبب مكونات التيار التسلسلي الصفري المقاسة. نظرًا لمنطق إدخال الطاقة الاحتياطي التلقائي المختلف، قد يؤدي التشغيل الخاطئ إلى توسع نطاق العطل أو حتى انقطاع كامل للمحطة.

3 تحليل الحالة
3.1 عملية العطل

يظهر مخطط التوصيل الأساسي لمحطة كهربائية بجهد 110 كيلوفولت في الشكل 2. قبل العطل، كان مفتاح الدائرة 018 الجانب الأدنى لمحول 1 مغلقًا، وكان مفتاح الدائرة 032 الجانب الأدنى لمحول 2 مغلقًا، وكان مفتاح الدائرة 034 في وضع الاختبار.

في الساعة 06:14 من يوم 30 يوليو 2023، تم تفعيل حماية التيار الزائد القسم الأول لمحول الأرضية رقم 2، مما أدى إلى قطع مفتاح الدائرة 022 لمحول الأرضية رقم 2. وفي الوقت نفسه، تم قطع مفتاح الدائرة 032 الجانب الأدنى لمحول 2 بشكل متزامن، مما أدى إلى فقدان التغذية في الحافلات 10 كيلوفولت القسم الثاني والثالث. قام جهاز الطاقة الاحتياطي التلقائي (إدخال الطاقة الاحتياطي) بتشغيل مفتاح الدائرة 020 الوصلة بين الحافلات 10 كيلوفولت القسم الأول والثاني.

في الساعة 06:36، تم تفعيل حماية التيار الزائد القسم الأول لمحول الأرضية رقم 1، مما أدى إلى قطع مفتاح الدائرة 015 لمحول الأرضية رقم 1 وقطع مفتاح الدائرة 018 الجانب الأدنى لمحول 1 بشكل متزامن، مما أدى إلى فقدان التغذية في جميع الحافلات 10 كيلوفولت القسم الأول والثاني والثالث. قام جهاز إدخال الطاقة الاحتياطي بتشغيل مفتاح الدائرة 032 الجانب الأدنى لمحول 2 ومفتاح الدائرة 022 لمحول الأرضية رقم 2. ومع ذلك، استمر العطل، مما أدى إلى تفعيل حماية التيار الزائد القسم الأول لمحول الأرضية رقم 2 مرة أخرى. قام مفتاح الدائرة 022 بالقطع وقطع مفتاح الدائرة 032 بشكل متزامن، مما أدى في النهاية إلى انقطاع كامل للتيار الكهربائي في نظام 10 كيلوفولت للمحطة.

3.2 نتائج فحص المعدات على الموقع
نتائج فحص المعدات الأولية:

• جسم محول الأرضية: لم يتم العثور على أي شذوذ في محول الأرضية رقم 1 ورقم 2، ولم تظهر أي آثار واضحة للعطل في ملفات التفاف أو النواة.

• فاصل الحافلة 10 كيلوفولت القسم الثالث (وحدة التحكم 040):

• كان هناك بقع مائية واضحة على غطاء وحدة التحكم، مما يشير إلى تسرب مياه الأمطار.

• كان هناك تآكل شديد في موقع المرحلة C من حاجز الغرفة المتحركة، مع وجود فتحتين في الحاجز العلوي.

• كان صندوق اللمس العلوي للمحطة C والماسح الثابت محترقًا ومتأذيًا، مع تجمع مياه سائلة داخل الصندوق.

• كانت هناك علامات حروق قوسية على الماسحين العلوي والسفلوي للمحطة C للعربة المحمولة على العربة، وتم تحميض الأوتاد، وتم تدمير أسطوانات العزل الذراعية.

• تم حرق وتكسير الأكمام العازلة الخارجية للمحطة C في غرفة الحافلة. تم رصد تسلل المياه في منطقة المحطة C من لوحة ظهر غرفة الحافلة، وتم تكاثف قطرات الماء على مستشعر العرض الحي.

• كان هناك تجمع مائي قليل في قاع غرفة المحول الجهد، بينما لم تظهر المحولات الثلاثية الجهد PT أي شذوذ خارجي واضح.

تسربت مياه الأمطار من الدعامة الفولاذية فوق غرفة فاصل الحافلة 10 كيلوفولت القسم الثالث إلى وحدة التحكم، مما أدى إلى تدهور العزل وحدوث تفريغ في المحطة C تطور إلى عطل توصيل بالأرض معدني. في نظام التوصيل مقاومة منخفضة، اكتشف محول الأرضية رقم 2 تيارات تسلسلية صفورية تبلغ حوالي 4.3 أمبير/محطة (تجاوزت الضبط 2.5 أمبير لحماية التيار الزائد القسم الأول)، مما أدى إلى القطع. لا تمنع حماية التيار الزائد إدخال الطاقة الاحتياطي التلقائي لـ 10 كيلوفولت، مما أدى إلى عمليات متكررة. أدى القطع النهائي إلى ترك إدخال الطاقة الاحتياطي التلقائي بدون شحن، مما أدى إلى انقطاع كامل للتيار الكهربائي في نظام 10 كيلوفولت.

المسبب الرئيسي: تم تعطيل كلمة التحكم "إلغاء التسلسلي الصفري لتيار المرحلة" (تم ضبطها على "0")، مما منع فلترة البرامج للمكونات التسلسلية الصفورية في تيارات المرحلة. مع تيار تسلسلي صفري يبلغ 13 أمبير، قامت حماية التيار الزائد بالتشغيل الخاطئ. إذا كانت هذه الكلمة مفعلة بشكل صحيح، لكان ذلك منع العطل. بدلاً من ذلك، قامت حماية التيار الزائد القسم الأول (المعدة عند 1.4 أمبير) بالتشغيل: الحد الزمني الأول قطع مفتاح الدائرة الوصلة وحجب إدخال الطاقة الاحتياطي التلقائي؛ الحد الزمني الثاني قطع مفاتيح الدوائر لمحول الأرضية والمحول الرئيسي، مما عزل الأقسام الثانية والثالثة بينما ظل القسم الأول م alimentado.

السبب الجذري: تم تعطيل كلمة التحكم لإلغاء التسلسلي الصفري، مما سمح بسوء تفسير تيار المرحلة.

4 الخاتمة

يوضح هذا البحث إعدادات حماية محولات الأرضية، ويحلل مخاطر التشغيل الخاطئ تحت تيارات تسلسلية صفورية عالية، ويقدم دراسة حالة. لمنع التكرار:

• تفعيل ميزات إلغاء التسلسلي الصفري المستندة إلى البرامج (مثل كلمة التحكم "إلغاء التسلسلي الصفري لتيار المرحلة") في أنظمة التوصيل مقاومة منخفضة.

• إذا كانت هذه الميزات غير متاحة، تحسين التنسيق بين ضبط حماية التيار الزائد وحماية التيار التسلسلي الصفري.

الاستنتاج الرئيسي: التكوين الاستباقي لبرمجيات الحماية أمر حاسم لمنع التشغيل الخاطئ أثناء أعطال الأرضية.