Anàlisi del comportament operatiu del transformador de terra en condicions d'error de fases a terra del sistema

1 Anàlisi teòrica

En les xarxes de distribució, els transformadors de terra tenen dos rols clau: alimentar les càrregues de baixa tensió i connectar les bobines de supressió d'arc al neutre per a la protecció de terra. Els errors de terra, el més comú en les xarxes de distribució, impacten fortement les característiques operatives dels transformadors, causant canvis bruscos en els paràmetres electromagnètics i l'estat.Per estudiar el comportament dinàmic dels transformadors sota errors de terra monofàsics, es construeix aquest model: S'assumeix que les característiques intrínseques d'un transformador romanen estables durant els errors monofàsics al costat de baixa tensió. A continuació, es dedueixen les seves regles d'operació mitjançant el mecanisme de compensació de la bobina de supressió d'arc. Els materials rellevants inclouen: Figura 1 (estructura física del transformador), Figura 2 (circuït equivalent del sistema sota error monofàsic) i Figura 3 (circuït equivalent operatiu del transformador).

u representa la tensió de la font d'energia virtual, i la seva fórmula de càlcul és:

A la fórmula:U_m és l'amplitud de la tensió de la barra; w₀ és la freqüència angular de la freqüència de la xarxa; w₀ és l'angle de fase de la tensió generat després que el sistema experimenti un error de terra monofàsic. Durant un error en la fase de combustió de l'arc, la corrent i_L de la bobina de supressió d'arc és:

A la fórmula: δ1 és el factor d'atenuació; IL representa l'amplitud de la corrent del sistema i la inductància; R1 és la resistència equivalent del transformador principal i el bucle modal de línia; e és l'angle de fase de la tensió quan es produeix un error de terra monofàsic; L denota la inductància de seqüència zero del transformador de terra i la inductància de la bobina de supressió d'arc.

Hi ha una correlació entre la corrent inductiva i el grau de detuning en la bobina de supressió d'arc, i es pot derivar la següent fórmula:

A la fórmula:i_C és la corrent de terra compensada; C és la capacitància a terra de la línia de distribució; v és el grau de detuning del sistema de subestació. Quan l'error de terra monofàsic del sistema està en un estat de terra estable, la corrent inductiva de la bobina de supressió d'arc tendeix a estabilitzar-se.

Combinant l'anàlisi anterior, es pot derivar la següent equació:

A la fórmula:R_L és la resistència equivalent del transformador principal i el bucle modal de línia (el "inductància equivalent" original és probablement un error tipogràfic; corregit a "resistència equivalent" basant-nos en la lògica del circuit; si és inductància, mantingui el símbol L_L); w₀ és la freqüència angular de la freqüència de la xarxa.

La fórmula (4) es pot substituir a la fórmula (5) per calcular la corrent inductiva, i es obté la següent fórmula:

Combinat amb la Fórmula (6), durant la fase d'extinció de l'arc, la inductància de la bobina de supressió d'arc i la capacitància a terra de la línia de distribució estan connectades en sèrie, i la corrent del sistema és uniforme. Després que la corrent inductiva torni a la normalitat, la fórmula de càlcul de la corrent inductiva és la següent:

A la fórmula: u_C0+és la tensió de capacitància a terra del sistema durant la fase d'extinció de l'arc; i_L0+ és la corrent inductiva que flueix a través de la bobina de supressió d'arc del sistema durant la fase d'extinció de l'arc; w és la freqüència angular de ressonància. Basant-nos en l'anàlisi anterior, en diferents etapes de l'error de terra monofàsic del sistema, els factors que influeixen en les característiques operatives del transformador de terra són diferents, com es mostra específicament a la Taula 1.

2 Construcció i verificació del model de simulació
2.1 Construcció del model
L'establiment del model de simulació es basa en els paràmetres del transformador de terra en una determinada àrea, tal com es detalla a la Taula 2. Els paràmetres de la línia de cable són mostrats a la Taula 3.

2.2 Verificació del model

En la verificació del model, per assegurar l'autenticitat i validesa de la recerca, es pot establir un error de terra monofàsic del sistema a 4 km de la línia de cable 1 A i la barra de 10 kV. L'angle de fase de l'error pren 90° com a referència. Utilitzant el model de simulació construït, es poden obtenir les corrents de seqüència zero de diferents línies en l'error de terra monofàsic del sistema, tal com es detalla a la Taula 4.

Quan es produeix un error de terra monofàsic en el sistema, la fórmula de càlcul de la corrent capacitiva de diferents línies del transformador de terra és:

Combinat amb les dades de la Taula 4, quan es produeix un error de terra monofàsic en el sistema, l'error màxim entre el valor simulat de la corrent de seqüència zero de la línia sense error i el valor calculat de la corrent capacitiva real a terra és -0.848%, i no hi ha diferències significatives.

3 Anàlisi de simulació de les característiques operatives
3.1 Influència de l'angle inicial de fase de l'error

Durant la fase de combustió de l'arc, les tensions trifàsiques deformen significativament. Les tensions de les fases A, B i C augmenten, expandint l'angle inicial de fase de l'error i augmentant la distorsió de la tensió. En la fase estable, un angle inicial més gran acurta el temps de stabilització de les tensions trifàsiques. En la fase d'extinció de l'arc, malgrat els angles inicials diferents, les tensions de les fases canvien de manera consistent: La fase A augmenta fins a l'amplitud normal; la fase B disminueix fins a la normal; la fase C primer disminueix per davall de la normal i després augmenta. Per a les corrents: En la primera fase de combustió de l'arc, un angle inicial més gran reduix la variació de les corrents trifàsiques; en la fase estable, augmenta la variació; en la fase d'extinció de l'arc, els canvis de corrent són uniformes independentment dels angles inicials.

3.2 Influència de la resistència de transició

Durant la fase de combustió de l'arc d'un error de terra monofàsic, una resistència de transició més petita del transformador de terra augmenta la variació de les tensions trifàsiques; en la fase estable, amplifica la variació de tensió (les amplituds de les fases B i C són menors). En la fase d'extinció de l'arc, les tensions trifàsiques són consistents sota diferents resistències: La fase A arriba a l'amplitud normal, la fase B disminueix a la normal, i la fase C disminueix i després augmenta. Per a les corrents: En la fase de combustió de l'arc, una resistència més petita augmenta l'amplitud de les corrents trifàsiques. La primera fase (alta resistència) té una amplitud de corrent petita; la segona (baixa resistència) té una amplitud gran; en la tercera fase, amb la bobina de supressió d'arc aturada, les corrents de les fases A i C primer disminueixen i després augmenten a la normal.

4 Conclusió

Un error de terra monofàsic en el sistema de la subestació augmenta les corrents trifàsiques al costat del transformador de terra (fases consistents, sense danys a l'equipament). Per assegurar un subministrament d'energia estable i segur, cal entendre l'operació del transformador i els factors que l'influeixen després dels errors. Com que l'operació de la subestació està afectada per diversos factors, les empreses d'energia haurien de prioritzar les inspeccions del sistema, millorar les tasques d'inspecció, assegurar l'operació de les línies de distribució, resoldre els errors de terra monofàsics i suportar la vida quotidiana.