تحلیل رفتار عملکردی ترانس زمینگذاری در شرایط خرابی تکفاز به زمین سیستم
۱ تحلیل نظری
در شبکههای توزیع، ترانسفورماتورهای زمینگذاری دو نقش کلیدی دارند: تغذیه بارهای پایین ولتاژ و اتصال سیمپیچهای خنثیساز در محل نوترال برای حفاظت از زمینگذاری. خطاهای زمینگذاری، معمولاً شایعترین خطای شبکه توزیع هستند، که به طور قابل توجهی بر مشخصات عملکردی ترانسفورماتورها تأثیر میگذارند و باعث تغییرات تند در پارامترهای الکترومغناطیسی و وضعیت آنها میشوند.برای مطالعه رفتارهای پویای ترانسفورماتورها در مواقع خطاهای زمینگذاری تکفازی، این مدل را بسازید: فرض کنید ویژگیهای ذاتی ترانسفورماتور در طول خطاهای تکفازی سمت پایین ولتاژ ثابت میماند. سپس، قوانین عملکرد آن را از طریق مکانیسم جبرانی سیمپیچ خنثیساز استخراج کنید. مواد مرتبط شامل: شکل ۱ (ساختار فیزیکی ترانسفورماتور)، شکل ۲ (مدار معادل سیستم در موقع خطای تکفازی) و شکل ۳ (مدار معادل عملکردی ترانسفورماتور) هستند.
u نمایانگر ولتاژ منبع مجازی است و فرمول محاسبه آن به صورت زیر است:
در فرمول:Um دامنه ولتاژ اتوبوس؛ w0 فرکانس زاویهای فرکانس شبکه؛ w0 زاویه فاز ولتاژ تولید شده بعد از وقوع خطای زمینگذاری تکفازی. در زمان خطا در مرحله سوختن قوس، جریان iL سیمپیچ خنثیساز به صورت زیر است:
در فرمول: δ1 ضریب تضعیف؛ IL نشاندهنده دامنه جریان و القایی سیستم؛ R1 مقاومت معادل ترانسفورماتور اصلی و حلقه مد خط؛ e زاویه فاز ولتاژ در زمان وقوع خطای زمینگذاری تکفازی؛ L نشاندهنده القایی صفر ترانسفورماتور زمینگذاری و القایی سیمپیچ خنثیساز است.
رابطهای بین جریان القایی و درجه تنظیم در سیمپیچ خنثیساز وجود دارد و فرمول زیر قابل استخراج است:
در فرمول:iC جریان زمینگذاری جبرانشده؛ C ظرفیت زمینگذاری خط توزیع؛ v درجه تنظیم سیستم زیرстанیون. وقتی خطای زمینگذاری تکفازی سیستم در حالت زمینگذاری پایدار است، جریان القایی سیمپیچ خنثیساز تمایل به پایداری دارد.
با ترکیب تحلیل فوق، فرمول زیر قابل استخراج است:
در فرمول:RL مقاومت معادل ترانسفورماتور اصلی و حلقه مد خط (احتمالاً "القایی معادل" یک اشتباه است؛ براساس منطق مداری به "مقاومت معادل" تصحیح شده است؛ اگر واقعاً القایی باشد، نماد LL را حفظ کنید)؛ w0 فرکانس زاویهای فرکانس شبکه است.
فرمول (۴) میتواند به جای فرمول (۵) جایگزین شود تا جریان القایی محاسبه شود و فرمول زیر به دست آید:
با ترکیب فرمول (۶)، در طول مرحله خاموشی قوس، القایی سیمپیچ خنثیساز و ظرفیت زمینگذاری خط توزیع به صورت سری متصل میشوند و جریان سیستم یکنواخت است. پس از بازگشت جریان القایی به حالت عادی، فرمول محاسبه جریان القایی به صورت زیر است:
در فرمول: uC0+ ولتاژ ظرفیت زمینگذاری سیستم در طول مرحله خاموشی قوس؛ iL0+ جریان القایی عبوری از سیمپیچ خنثیساز سیستم در طول مرحله خاموشی قوس؛ w فرکانس زاویهای رزونانس. بر اساس تحلیل فوق، در مراحل مختلف خطای زمینگذاری تکفازی سیستم، عوامل مؤثر بر مشخصات عملکردی ترانسفورماتور زمینگذاری متفاوت هستند، به طور خاص در جدول ۱ نشان داده شده است.
۲ ساخت و تأیید مدل شبیهسازی
۲.۱ ساخت مدل
ساخت مدل شبیهسازی بر اساس پارامترهای ترانسفورماتور زمینگذاری در منطقه خاصی استوار است، به طور دقیق در جدول ۲. پارامترهای خط کابلی در جدول ۳ نشان داده شده است.
۲.۲ تأیید مدل
در تأیید مدل، برای اطمینان از واقعبینی و اعتبار تحقیق، میتوان خطای زمینگذاری تکفازی سیستم را در مکان ۴ کیلومتری از خط کابل ۱ A و اتوبوس ۱۰ kV تنظیم کرد. زاویه فاز خطا ۹۰ درجه به عنوان مرجع در نظر گرفته میشود. با استفاده از مدل شبیهسازی ساخته شده، جریانهای صفر ترتیب مختلف خطوط در خطای زمینگذاری تکفازی سیستم به دست میآید، به طور دقیق در جدول ۴ نشان داده شده است.
وقتی خطای زمینگذاری تکفازی در سیستم رخ میدهد، فرمول محاسبه جریان ظرفیتی خطوط مختلف ترانسفورماتور زمینگذاری به صورت زیر است:
با ترکیب دادههای جدول ۴، وقتی خطای زمینگذاری تکفازی در سیستم رخ میدهد، خطای بیشینه بین مقدار شبیهسازی جریان صفر ترتیب خط بدون خطا و مقدار محاسبه شده جریان ظرفیتی واقعی زمینگذاری -0.848% است و تفاوت قابل توجهی وجود ندارد.
۳ تحلیل شبیهسازی مشخصات عملکردی
۳.۱ تأثیر زاویه فاز اولیه خطا
در مرحله سوختن قوس، ولتاژهای سهفاز به طور قابل توجهی تحریف میشوند. ولتاژ فاز A، B و C افزایش مییابد، زاویه فاز اولیه خطا گسترش مییابد و تحریف ولتاژ افزایش مییابد. در مرحله پایدار، زاویه فاز اولیه بزرگتر زمان پایداری ولتاژهای سهفاز را کاهش میدهد. در مرحله خاموشی قوس، با وجود زاویههای اولیه متفاوت، تغییرات ولتاژ فازها یکسان است: ولتاژ فاز A به دامنه عادی بالا میرود؛ ولتاژ فاز B به دامنه عادی پایین میآید؛ ولتاژ فاز C ابتدا زیر دامنه عادی میرود و سپس بالا میآید. برای جریانها: در مرحله اول سوختن قوس، زاویه فاز اولیه بزرگتر تغییرات جریان سهفاز را کاهش میدهد؛ در مرحله پایدار، تغییرات جریان را افزایش میدهد؛ در مرحله خاموشی قوس، تغییرات جریان مستقل از زاویههای اولیه یکسان است.
۳.۲ تأثیر مقاومت انتقالی
در مرحله سوختن قوس خطای زمینگذاری تکفازی، مقاومت انتقالی کوچکتر ترانسفورماتور زمینگذاری تغییرات ولتاژ سهفاز را افزایش میدهد؛ در مرحله پایدار، تغییرات ولتاژ را تقویت میکند (دامنههای ولتاژ فاز B و C کوچکتر هستند). در مرحله خاموشی قوس، ولتاژهای سهفاز تحت مقاومتهای مختلف یکسان هستند: ولتاژ فاز A به دامنه عادی میرسد، ولتاژ فاز B به دامنه عادی میرسد و ولتاژ فاز C ابتدا کاهش مییابد و سپس افزایش مییابد. برای جریانها: در مرحله سوختن قوس، مقاومت کوچکتر دامنه جریان سهفاز را افزایش میدهد. مرحله اول (مقاومت بزرگ) دامنه جریان کوچک دارد؛ مرحله دوم (مقاومت کوچک) دامنه جریان بزرگ دارد؛ در مرحله سوم، با توقف سیمپیچ خنثیساز، جریانهای فاز A و C ابتدا کاهش مییابند و سپس به حالت عادی بازمیگردند.
۴ نتیجهگیری
خطای زمینگذاری تکفازی در سیستم زیرستانی جریانهای سهفاز روی سمت ترانسفورماتور زمینگذاری را افزایش میدهد (فازهای یکسان، بدون آسیب به تجهیزات). برای اطمینان از تأمین برق پایدار و ایمن، عملکرد ترانسفورماتور و تأثیرات عوامل بعد از خطاهای را درک کنید. با توجه به اینکه عملکرد زیرستانی توسط عوامل متعددی تحت تأثیر قرار میگیرد، شرکتهای برق باید اولویتبندی بررسیهای سیستمی را داشته باشند، کارهای بررسی را بهبود بخشند، عملکرد خط توزیع را تضمین کنند، خطاهای زمینگذاری تکفازی را حل کنند و زندگی روزمره را پشتیبانی کنند.
