Maanvaihtojen toiminnan analyysi järjestelmän yhden vaiheen maajäähdytyksen säännöissä

1 Teoreettinen analyysi

Jakeluverkoissa maanvihdokset hajautusmuuntimissa täyttävät kaksi keskeistä roolia: alavolttilastien toimittaminen ja kaarivaimennuskilpen yhdistäminen neutraaliin maannutukseen. Maavirheet, jotka ovat yleisin jakeluverkon virhe, vaikuttavat huomattavasti muuntimien toiminta-ominaisuuksiin, aiheuttaen sähkömagneettisten parametrien ja tilan jyrkkiä muutoksia.Yksivaiheisen maavirheen dynamiikan tutkimiseksi rakennetaan seuraava malli: Oletetaan, että muuntimen luontaiset ominaisuudet pysyvät vakaina alavolttipuolen yksivaihevirheiden aikana. Tämän jälkeen johtopäätökset tehdään kaarivaimennuskilven kompensaatiomekanismin avulla. Aiheeseen liittyviä materiaaleja ovat: Kuva 1 (muuntimen fyysinen rakenne), Kuva 2 (järjestelmän ekvivalenttinen piiri yksivaihevirheen aikana) ja Kuva 3 (muuntimen toiminnallinen ekvivalenttipiiri).

u edustaa virtuaalisen voimanlähteen jännitettä, ja sen laskemiseen käytetty kaava on:

Kaavassa:U_m on bussijännitteen amplitudi; w₀ on verkkotaajuuden kulmakulma; w₀ on jännitekulma, joka syntyy järjestelmässä yksivaiheisen maavirheen jälkeen. Kaarivaimennuskilven virran i_L kaava on:

Kaavassa: δ1 on heijastumiskerroin; IL edustaa järjestelmän virran ja induktanssin amplitudia; R1 on päämuuntimen ja linjamuodon silmukan ekvivalenttiresistanssi; e on jännitekulma, kun yksivaiheinen maavirhe tapahtuu; L edustaa maanvihdoksemuuntimen nolla-järjestysinduktanssia ja kaarivaimennuskilven induktanssia.

Induktiivinen virran ja kaarivaimennuskilven detunointitaso välillä on korrelaatio, ja seuraava kaava voidaan johtaa:

Kaavassa:i_C on kompensoidtu maavirta; C on jakelujohtojen maanjäristykkyyskapasitanssi; v on alueellisen järjestelmän detunointitaso. Kun järjestelmän yksivaiheinen maavirhe on stabiili, kaarivaimennuskilven induktiivinen virran suunta on vakaa.

Yhdistämällä edellä mainitut analyysit, voidaan johtaa seuraava yhtälö:

Kaavassa:R_L on päämuuntimen ja linjamuodon silmukan ekvivalenttiresistanssi (alkuperäinen “ekvivalentti induktanssi” on todennäköisesti kirjoitusvirhe; korjattu “ekvivalentti resistanssi” piirilogiikan mukaan; jos kyseessä on todella induktanssi, säilytetään merkki L_L); w₀ on verkkotaajuuden kulmakulma.

Kaava (4) voidaan sijoittaa kaavaan (5) induktiivisen virran laskemiseksi, ja seuraava kaava saadaan:

Yhdistämällä kaava (6), virheen kaarien sammuttamisvaiheessa kaarivaimennuskilven induktanssi ja jakelujohtojen maanjäristykkyyskapasitanssi ovat sarjapätkissä, ja järjestelmän virran suunta on tasainen. Kun induktiivinen virran palaa normaalille, induktiivisen virran laskemiseen käytetty kaava on seuraava:

Kaavassa: u_C0+on järjestelmän maanjäristykkyysjännite kaarien sammuttamisvaiheessa; i_L0+ on järjestelmän kaarivaimennuskilven läpi kulkeva induktiivinen virran kaarien sammuttamisvaiheessa; w on resonanssikulmakulma. Edellä mainitun analyysin perusteella, eri vaiheissa järjestelmän yksivaiheisessa maavirheessä, maanvihdoksemuuntimen toiminta-ominaisuuksiin vaikuttavat tekijät vaihtelevat, kuten taulukossa 1 näkyy.

2 Simulaatiomallin rakentaminen ja varmistaminen
2.1 Mallin rakentaminen
Simulaatiomallin perustaminen perustuu tietyssä alueessa olevan maanvihdoksemuuntimen parametreihin, kuten taulukossa 2 näkyy. Kaapeliteiden parametrit näkyvät taulukossa 3.

2.2 Mallin varmistaminen

Mallin varmistamisessa, tutkimuksen uskottavuuden ja validiteetin varmistamiseksi, voidaan asettaa järjestelmän yksivaiheinen maavirhe 1 A kaapeliviivan 4 kilometrin päässä 10 kV-bussilta. Virheen vaihekulma otetaan 90° viitearvoksi. Rakennetusta simulaatiomallista saadaan järjestelmän yksivaiheisen maavirheen eri viivojen nolla-sekvenssivirrat, kuten taulukossa 4 näkyy.

Kun järjestelmässä tapahtuu yksivaiheinen maavirhe, maanvihdoksemuuntimen eri viivojen kapasitiivisen virran laskemiseen käytetty kaava on:

Yhdistämällä taulukon 4 tiedot, kun järjestelmässä tapahtuu yksivaiheinen maavirhe, ei-virheellisen viivan nolla-sekvenssivirran simulointiarvon ja todellisen maanjäristykkyysvirran laskettujen arvojen välinen maksimi-ero on -0.848%, eikä ole merkittävä ero.

3 Toiminta-ominaisuuksien simulaatioanalyysi
3.1 Virheen alkuvaihekulman vaikutus

Kaarivaiheessa kolmen vaiheen jännitteet muuttuvat huomattavasti. Vaihe A, B ja C jännitteet nousevat, laajentamalla alkuvirheen vaihekulmaa ja lisäämällä jännitetortion. Stabiilissa vaiheessa suurempi alkuvaihekulma lyhentää kolmen vaiheen jännitteen vakautumisaikaa. Kaarien sammuttamisvaiheessa, eri alkuvaihekulmilla, vaihejännitteiden muutos on yhtenevä: Vaihe A nousee normaaliin amplitudille; Vaihe B laskee normaaliin; Vaihe C ensin laskee alle normaalin sitten nousee takaisin. Virtauksille: Ensimmäisessä kaarivaiheessa suurempi alkuvaihekulma vähentää kolmen vaiheen virran muutosta; stabiilissa vaiheessa se lisää muutosta; kaarien sammuttamisvaiheessa virtojen muutos on yhtenevä riippumatta alkuvaihekulmasta.

3.2 Siirtymäresistanssin vaikutus

Yksivaiheisen maavirheen kaarivaiheessa pienempi siirtymäresistanssi lisää kolmen vaiheen jännitteen muutosta; stabiilissa vaiheessa se suurentaa jännitteen muutosta (Vaihe B ja C amplitudit ovat pienemmät). Kaarien sammuttamisvaiheessa kolmen vaiheen jännitteet ovat yhteneviä eri resistansseissa: Vaihe A saavuttaa normaaliin amplitudin, Vaihe B laskee normaaliin, ja Vaihe C ensin laskee sitten nousee. Virtauksille: Kaarivaiheessa pienempi resistanssi lisää kolmen vaiheen virran amplitudia. Ensimmäinen vaihe (iso resistanssi) on pieni virran amplitudi; toinen (pieni resistanssi) on suuri amplitudi; kolmannessa vaiheessa, kun kaarivaimennuskilve on pysäytetty, Vaihe A ja C virrot ensin laskevat sitten nousevat normaaliin.

4 Johtopäätös

Järjestelmän yksivaiheinen maavirhe lisää maanvihdoksemuuntimen puolella olevia kolmen vaiheen virtoja (yhtenevät vaiheet, ei haittaa laitteille). Varmistaakseen vakauden ja turvallisuuden sähköntuotannossa, on ymmärrettävä muuntimen toiminta ja tekijöiden vaikutukset virheiden jälkeen. Koska alueellisen järjestelmän toiminta riippuu monista tekijöistä, sähköyritysten tulisi priorisoida järjestelmän tarkastukset, parantaa tarkastustyötä, varmistaa jakelujohtojen toiminta, ratkaista yksivaiheiset maavirheet ja tukea arkipäivän elämää.