Análise do Comportamento Operacional do Transformador de Aterramento en Condicións de Fallo de Fase Única a Terra no Sistema

1 Análise Teórica

Nas redes de distribución, os transformadores de aterramento desempeñan dous roles clave: alimentar cargas de baixa tensión e conectar bobinas supresoras de arco nos neutros para protección contra aterramentos. As fallas de aterramento, as máis comúns nas redes de distribución, afectan fortemente as parámetros electromagnéticos e o estado operativo dos transformadores. Para estudar o comportamento dinámico dos transformadores en fallas de aterramento unifásicas, constrúese este modelo: Assúmese que as características intrínsecas do transformador permanecen estables durante as fallas unifásicas no lado de baixa tensión. A continuación, dedúcese as súas regras de funcionamento a través do mecanismo de compensación da bobina supresora de arco. Os materiais relevantes inclúen: Figura 1 (estrutura física do transformador), Figura 2 (circuíto equivalente do sistema baixo falla unifásica) e Figura 3 (circuíto equivalente de operación do transformador).

u representa a tensión da fonte de potencia virtual, e a súa fórmula de cálculo é:

Na fórmula:U_m é a amplitud da tensión do barramento; w₀ é a frecuencia angular da rede eléctrica; w₀ é o ángulo de fase da tensión xerado despois de que o sistema experimenta unha falla de aterramento unifásica. Durante a fase de arco ardendo, a corrente i_L da bobina supresora de arco é:

Na fórmula: δ1 é o factor de atenuación; IL representa a amplitud da corrente do sistema e a inductancia; R1 é a resistencia equivalente do transformador principal e o lazo modal; e é o ángulo de fase da tensión cando ocorre unha falla de aterramento unifásica; L denota a inductancia de secuencia cero do transformador de aterramento e a inductancia da bobina supresora de arco.

Existe unha correlación entre a corrente inductiva e o grao de desintonización na bobina supresora de arco, e pódese derivar a seguinte fórmula:

Na fórmula:i_C é a corrente de aterramento compensada; C é a capacitancia ao solo da liña de distribución; v é o grao de desintonización do sistema da subestación. Cando a falla de aterramento unifásica do sistema está nun estado de aterramento estable, a corrente inductiva da bobina supresora de arco tende a estabilizarse.

Combinando a análise anterior, pódese derivar a seguinte ecuación:

Na fórmula:R_L é a resistencia equivalente do transformador principal e o lazo modal (o "inductancia equivalente" orixinal é probablemente un erro tipográfico; corrixido a "resistencia equivalente" baseado na lóxica do circuito; se é realmente inductancia, reténse o símbolo L_L); w₀ é a frecuencia angular da rede eléctrica.

A fórmula (4) pode substituírse na fórmula (5) para calcular a corrente inductiva, e obtense a seguinte fórmula:

Combinada coa Fórmula (6), durante a fase de extinción do arco, a inductancia da bobina supresora de arco e a capacitancia ao solo da liña de distribución están conectadas en serie, e a corrente do sistema é uniforme. Despois de que a corrente inductiva volve ao normal, a fórmula de cálculo para a corrente inductiva é a seguinte:

Na fórmula: u_C0+ é a tensión de capacitancia ao solo do sistema durante a fase de extinción do arco; i_L0+ é a corrente inductiva que circula polo arco supresor do sistema durante a fase de extinción do arco; w é a frecuencia angular de resonancia. Basándonos na análise anterior, en diferentes etapas da falla de aterramento unifásica do sistema, os factores que inflúen nas características de funcionamento do transformador de aterramento son diferentes, como se mostra específicamente na Táboa 1.

2 Construción e Verificación do Modelo de Simulación
2.1 Construción do Modelo
A creación do modelo de simulación está baseada nos parámetros do transformador de aterramento nunha rexión específica, como se detalla na Táboa 2. Os parámetros da liña de cable están mostrados na Táboa 3.

2.2 Verificación do Modelo

Na verificación do modelo, para asegurar a autenticidade e validez da investigación, pódese configurar unha falla de aterramento unifásica do sistema a 4 km de distancia da liña de cable 1 A e do barramento de 10 kV. O ángulo de fase da falla toma 90° como referencia. Utilízase o modelo de simulación construído para obter as correntes de secuencia cero de diferentes liñas no fallo unifásico de aterramento do sistema, como se detalla na Táboa 4.

Cando ocorre unha falla de aterramento unifásica no sistema, a fórmula de cálculo para a corrente capacitiva de diferentes liñas do transformador de aterramento é:

Combinando os datos da Táboa 4, cando ocorre unha falla de aterramento unifásica no sistema, o máximo erro entre o valor simulado da corrente de secuencia cero da liña non defectuosa e o valor calculado da corrente real de capacitancia ao solo é -0.848%, e non hai diferenzas significativas.

3 Análise de Simulación das Características de Funcionamento
3.1 Influencia do Ángulo Inicial de Fase da Falla

Na fase de arco ardendo, as tres tensións deformánse significativamente. As tensións de fases A, B e C aumentan, expandindo o ángulo inicial de fase da falla e incrementando a distorsión da tensión. Na fase estable, un ángulo inicial maior acorta o tempo de estabilización das tres tensións. Na fase de extinción do arco, a pesar de diferentes ángulos iniciais, as tensións de fase cambian de forma consistente: A fase A aumenta ata a amplitud normal; a fase B diminúe ata a normal; a fase C primeiro diminúe abaixo da normal e logo aumenta de novo. Para as correntes: Na primeira fase de arco ardendo, un ángulo inicial maior reduce a variación das tres correntes; na fase estable, incrementa a variación; na fase de extinción do arco, os cambios de corrente son uniformes independentemente dos ángulos iniciais.

3.2 Influencia da Resistencia de Transición

Na fase de arco ardendo dunha falla de aterramento unifásica, unha menor resistencia de transición do transformador de aterramento aumenta a variación das tres tensións; na fase estable, amplía a variación da tensión (as amplitudes de fases B e C son menores). Na fase de extinción do arco, as tres tensións son consistentes con diferentes resistencias: A fase A alcanza a amplitud normal, a fase B diminúe ata a normal, e a fase C diminúe e logo aumenta. Para as correntes: Na fase de arco ardendo, unha menor resistencia aumenta a amplitud das tres correntes. A primeira fase (grande resistencia) ten pequena amplitud de corrente; a segunda (pequeña resistencia) ten grande amplitud; na terceira fase, coa bobina supresora de arco detida, as correntes de fases A e C primeiro diminúen e logo aumentan ata a normal.

4 Conclusión

Unha falla de aterramento unifásica no sistema da subestación aumenta as correntes de tres fases no lado do transformador de aterramento (fases consistentes, sen perxuicio para o equipo). Para asegurar un suministro de enerxía estable e seguro, é necesario comprender a operación do transformador e os factores que inflúen despois das fallas. Dado que a operación da subestación está afectada por múltiples factores, as empresas de enerxía deben priorizar as inspeccións do sistema, mellorar o traballo de inspección, asegurar a operación das liñas de distribución, resolver as fallas de aterramento unifásicas e apoiar a vida cotiá.