Analýza chování uzemňovacího transformátoru za podmínek jednofázového zemního přerušení systému

1 Teoretická analýza

V distribučních sítích slouží zemnící transformátory dvěma klíčovým účelům: napájení nízkonapěťových zatížení a připojení tlumičů oblouku na neutrále pro ochranu zemnici. Zemnicové vady, nejčastější chyba v distribučních sítích, silně ovlivňují provozní charakteristiky transformátorů, což vedou k ostrým změnám elektromagnetických parametrů a stavu.Pro studium dynamického chování transformátorů za jednofázových zemnicových vad je postaven tento model: Předpokládá se, že vlastnosti transformátoru zůstávají stabilní během jednofázových vad na straně nízkého napětí. Poté jsou odvozeny pravidla jeho fungování prostřednictvím mechanismu kompenzace tlumiče oblouku. Související materiály zahrnují: Obrázek 1 (fyzická struktura transformátoru), Obrázek 2 (ekvivalentní obvod systému za jednofázové vady) a Obrázek 3 (ekvivalentní obvod provozu transformátoru).

u reprezentuje napětí virtuálního zdroje energie a jeho výpočetní vzorec je:

Ve vzorci:U_m je amplituda napětí sběrnice; w₀ je uhlová frekvence síťového napětí; w₀ je fázový úhel napětí vygenerovaný po výskytu jednofázové zemnicové vady. Během vady v fázi hoření oblouku je proud i_L tlumiče oblouku:

Ve vzorci: δ1 je faktor ztlumení; IL reprezentuje amplitudu systémového proudu a indukčnosti; R1 je ekvivalentní odpor hlavního transformátoru a modální smyčky; e je fázový úhel napětí při výskytu jednofázové zemnicové vady; L znamená nulovou indukčnost zemnícího transformátoru a indukčnost tlumiče oblouku.

Existuje korelace mezi indukčním proudem a stupněm detunace v tlumiči oblouku, a lze odvodit následující vzorec:

Ve vzorci:i_C je kompenzovaný zemnicový proud; C je kapacita k zemi distribuční linky; v je stupeň detunace systému podstavce. Když je systém v stabilním stavu zemnice, indukční proud tlumiče oblouku se stabilizuje.

Z kombinace výše uvedené analýzy lze odvodit následující rovnici:

Ve vzorci:R_L je ekvivalentní odpor hlavního transformátoru a modální smyčky (původní „ekvivalentní indukčnost“ byla pravděpodobně tiskovou chybou; bylo opraveno na „ekvivalentní odpor“ na základě logiky obvodu; pokud je to skutečně indukčnost, zachovejte symbol L_L); w₀ je uhlová frekvence síťového napětí.

Vzorec (4) lze dosadit do vzorce (5) pro výpočet indukčního proudu a získat následující vzorec:

V kombinaci s Vzorcem (6), během fáze zániku oblouku, jsou indukčnost tlumiče oblouku a kapacita k zemi distribuční linky spojeny v sérii a systémový proud je homogenní. Po návratu indukčního proudu do normálu je výpočetní vzorec pro indukční proud následující:

Ve vzorci: u_C0+ je napětí kapacity k zemi systému během fáze zániku oblouku; i_L0+ je indukční proud proudící skrz tlumič oblouku systému během fáze zániku oblouku; w je rezonanční uhlová frekvence. Na základě výše uvedené analýzy jsou v různých fázích jednofázové zemnicové vady systému různé faktory ovlivňující provozní charakteristiky zemnícího transformátoru, jak je specifikováno v Tabulce 1.

2 Vytvoření a ověření simulačního modelu
2.1 Vytvoření modelu
Vytvoření simulačního modelu je založeno na parametrech zemnícího transformátoru v určitém regionu, jak je podrobně uvedeno v Tabulce 2. Parametry kabelové linky jsou uvedeny v Tabulce 3.

2.2 Ověření modelu

Při ověřování modelu, aby byla zajištěna autentičnost a platnost výzkumu, může být nastavena jednofázová zemnicová vada systému ve vzdálenosti 4 km od kabelové linky 1 A a sběrnice 10 kV. Fázový úhel vady je stanoven na 90° jako referenční. Použitím vytvořeného simulačního modelu lze získat nulové proudy různých linek v jednofázové zemnicové vade systému, jak je podrobně uvedeno v Tabulce 4.

Když dojde k jednofázové zemnicové vade v systému, výpočetní vzorec pro kapacitní proud různých linek zemnícího transformátoru je:

V kombinaci s daty v Tabulce 4, když dojde k jednofázové zemnicové vade v systému, maximální chyba mezi simulovanou hodnotou nulového proudu nevadné linky a vypočtenou hodnotou skutečného kapacitního proudu k zemi je -0.848%, a není zaznamenána žádná významná rozdílnost.

3 Simulační analýza provozních charakteristik
3.1 Vliv počátečního fázového úhlu vady

Během fáze hoření oblouku dochází k výrazné deformaci třífázových napětí. Napětí fází A, B a C stoupá, což rozšiřuje počáteční fázový úhel vady a zvyšuje zkreslení napětí. V stabilní fázi krátí větší počáteční fázový úhel dobu stabilizace třífázového napětí. V fázi zániku oblouku, navzdory různým počátečním fázovým úhlům, probíhají změny fázových napětí konzistentně: Fáze A stoupá na normální amplitudu; Fáze B klesá na normální; Fáze C nejprve klesne pod normální a pak znovu stoupne. Pro proudy: V první fázi hoření oblouku menší počáteční fázový úhel snižuje variabilitu třífázového proudu; v stabilní fázi ji zvyšuje; v fázi zániku oblouku jsou změny proudu stejné bez ohledu na počáteční fázové úhly.

3.2 Vliv přechodného odporu

Během fáze hoření oblouku při jednofázové zemnicové vadě menší přechodný odpor zemnícího transformátoru zvyšuje variabilitu třífázového napětí; v stabilní fázi zvyšuje variabilitu napětí (amplitudy fází B a C jsou menší). V fázi zániku oblouku jsou třífázová napětí konzistentní při různých odporách: Fáze A dosahuje normální amplitudy, Fáze B klesá na normální, a Fáze C nejprve klesne a pak stoupne. Pro proudy: V fázi hoření oblouku menší odpor zvyšuje amplitudu třífázového proudu. První fáze (velký odpor) má malou amplitudu proudu; druhá fáze (malý odpor) má velkou amplitudu; v třetí fázi, kdy je tlumič oblouku zastaven, proudy fází A a C nejprve klesnou a pak stoupnou na normální.

4 Závěr

Jednofázová zemnicová vada v systému podstavce zvyšuje třífázové proudy na straně zemnícího transformátoru (stejné fáze, bez škodlivého dopadu na zařízení). Pro zajištění stabilní a bezpečné dodávky energie je nutné porozumět funkčnosti transformátoru a vlivu faktorů po výskytu vad. Protože provoz podstavce je ovlivněn mnoha faktory, by měly energetické podniky dávat přednost pravidelným inspekčním pracím, zlepšovat inspekční práci, zajistit provoz distribučních linek, řešit jednofázové zemnicové vady a podporovat každodenní život.