Pagsusuri ng Pag-uugali ng Grounding Transformer sa ilalim ng mga Kondisyon ng System Single-Phase-to-Ground Fault

1 Pagsusuri ng Teorya

Sa mga network ng distribusyon, ang mga grounding transformer ay may dalawang pangunahing tungkulin: pagbibigay ng lakas sa mga mababang-bolteheng load at koneksyon ng mga arc-suppression coil sa neutrals para sa proteksyon ng grounding. Ang mga grounding fault, ang pinakakaraniwang fault sa network ng distribusyon, ay malaking epekto sa mga operating characteristics ng mga transformer, na nagdudulot ng mabilis na pagbabago sa electromagnetic parameters at status.Upang pag-aralan ang dynamic behaviors ng mga transformer sa ilalim ng single-phase grounding faults, itayo ang modelo na ito: Ipagpalagay na ang inherent characteristics ng isang transformer ay mananatiling matatag sa panahon ng single-phase faults sa mababang-bolteheng bahagi. Pagkatapos, i-deduksiyon ang kanyang mga operational rules gamit ang compensation mechanism ng arc-suppression coil. Kasama sa relevant materials ang: Figure 1 (physical structure ng transformer), Figure 2 (system equivalent circuit sa ilalim ng single-phase fault), at Figure 3 (operational equivalent circuit ng transformer).

u representa ang voltage ng virtual power source, at ang formula nito ay:

Sa formula:U_m ay ang amplitude ng bus voltage; w₀ ay ang power-frequency angular frequency; w₀ ay ang phase angle ng voltage na nabuo pagkatapos ng system na makaranas ng single-phase grounding fault. Sa panahon ng fault sa arc-burning stage, ang current i_L ng arc-suppression coil ay:

Sa formula: δ1 ay ang attenuation factor; IL represents the amplitude of the system current and inductance; R1 ay ang equivalent resistance ng main transformer at line-mode loop; e ay ang phase angle ng voltage kapag nangyari ang single-phase grounding fault; L denotes the zero-sequence inductance of the grounding transformer and the inductance of the arc-suppression coil.

May correlation ang inductive current at detuning degree sa arc-suppression coil, at maaaring ma-derive ang sumusunod na formula:

Sa formula:i_C ay ang compensated grounding current; C ay ang capacitance-to-ground ng distribution line; v ay ang detuning degree ng substation system. Kapag nasa stable grounding state ang single-phase grounding fault ng system, ang inductive current ng arc-suppression coil ay naging matatag.

Kombinado ang nabanggit na analisis, maaaring ma-derive ang sumusunod na equation:

Sa formula:R_L ay ang equivalent resistance ng main transformer at line-mode loop (the original “equivalent inductance” is likely a typo; corrected to “equivalent resistance” based on circuit logic; if it is indeed inductance, retain the symbol L_L); w₀ ay ang power-frequency angular frequency.

Ang formula (4) maaaring ipalit sa formula (5) upang kalkulahin ang inductive current, at makukuha ang sumusunod na formula:

Kombinado ang Formula (6), sa panahon ng arc-extinction stage ng fault, ang inductance ng arc-suppression coil at capacitance-to-ground ng distribution line ay kasunod, at ang system current ay uniform. Pagkatapos bumalik ang inductive current sa normal, ang calculation formula para sa inductive current ay gaya ng sumusunod:

Sa formula: u_C0+ay ang capacitance-to-ground voltage ng system sa panahon ng arc-extinction stage; i_L0+ ay ang inductive current na umagos sa arc-suppression coil ng system sa panahon ng arc-extinction stage; w ay ang resonant angular frequency. Batay sa nabanggit na analisis, sa iba't ibang yugto ng single-phase grounding fault ng system, ang mga factor na nakakaapekto sa operational characteristics ng grounding transformer ay iba-iba, tulad ng ipinapakita sa Table 1.

2 Pagtatayo at Pag-verify ng Simulation Model
2.1 Pagtatayo ng Modelo
Ang pagtatayo ng simulation model ay batay sa mga parameter ng grounding transformer sa isang rehiyon, tulad ng ipinapakita sa Table 2. Ang mga parameter ng cable line ay ipinapakita sa Table 3.

2.2 Pag-verify ng Modelo

Sa pag-verify ng modelo, upang siguruhin ang authenticity at validity ng pagsasaliksik, maaaring itakda ang single-phase grounding fault ng system sa lugar na 4 km ang layo mula sa 1 A cable line at 10 kV bus. Ang fault phase angle ay may reference na 90°. Gamitin ang nabuong simulation model upang makakuha ng zero-sequence currents ng iba't ibang lines sa single-phase grounding fault ng system, tulad ng ipinapakita sa Table 4.

Kapag nangyari ang single-phase grounding fault sa system, ang calculation formula para sa capacitive current ng iba't ibang lines ng grounding transformer ay:

Kombinado ang data sa Table 4, kapag nangyari ang single-phase grounding fault sa system, ang maximum error sa pagitan ng simulation value ng zero-sequence current ng non-faulty line at calculated value ng actual capacitance-to-ground current ay -0.848%, at walang malinaw na pagkakaiba.

3 Simulation Analysis ng Operational Characteristics
3.1 Impluwensya ng Fault Initial Phase Angle

Sa arc-burning stage, ang tatlong-phase voltages ay malubhang deformed. Ang Phase A, B, at C voltages ay tumaas, nag-expand ang initial fault phase angle at lumaki ang voltage distortion. Sa stable stage, ang mas malaking initial phase angle ay nag-shorten ng stabilization time ng three-phase voltage. Sa arc-extinction stage, bagaman may iba't ibang initial phase angles, ang phase voltages ay consistent: Phase A tumaas hanggang normal amplitude; Phase B bumaba hanggang normal; Phase C unang bumaba sa ibaba ng normal pagkatapos tumaas muli. Para sa currents: Sa unang arc-burning stage, ang mas malaking initial phase angle ay nareduce ang variation ng three-phase current; sa stable stage, ito ay nag-increase ng variation; sa arc-extinction stage, ang changes sa current ay uniform regardless ng initial phase angles.

3.2 Impluwensya ng Transition Resistance

Sa arc-burning stage ng single-phase grounding fault, ang mas maliit na transition resistance ng grounding transformer ay nag-increase ng variation ng three-phase voltage; sa stable stage, ito ay nag-amplify ng voltage variation (mas maliit ang amplitudes ng Phase B at C). Sa arc-extinction stage, ang three-phase voltages ay consistent under different resistances: Phase A tumataas hanggang normal amplitude, Phase B bumababa hanggang normal, at Phase C unang bumababa pagkatapos tumaas. Para sa currents: Sa arc-burning stage, ang mas maliit na resistance ay nag-boost ng amplitude ng three-phase current. Ang first stage (malaking resistance) ay may maliit na current amplitude; ang second (maliit na resistance) ay may malaking amplitude; sa third stage, kasabay ng pag-stop ng arc-suppression coil, ang currents ng Phase A at C unang bumaba pagkatapos tumaas hanggang normal.

4 Conclusion

Ang single-phase grounding fault sa substation system ay nag-increase ng three-phase currents sa side ng grounding transformer (consistent phases, walang pinsala sa equipment). Upang tiyakin ang stable at ligtas na supply ng kuryente, maintindihan ang operation ng transformer at ang mga epekto ng factors pagkatapos ng fault. Dahil ang operasyon ng substation ay affected ng maraming factors, ang mga power enterprises ay dapat bigyan ng prayoridad ang mga sistema inspections, paunlarin ang inspection work, tiyakin ang operasyon ng distribution line, at resolbahin ang single-phase grounding faults upang suportahan ang pang-araw-araw na buhay.