Analiza operativnog ponašanja transformatora za zemljisanje pod uvjetima jednofaznog strujnog prekida u sustavu

1 Teorijska analiza

U distribucijskim mrežama, transformatori za zemljenje služe dvjema ključnim funkcijama: snabdijevaju niskonaponske opterećenja i povezuju koile za potiskivanje lukova na neutralima za zaštitu od zemljenja. Pogreške u zemljenju, najčešći tip greške u distribucijskim mrežama, značajno utječu na radne karakteristike transformatora, uzrokujući oštre promjene elektromagnetskih parametara i stanja.Za proučavanje dinamičkog ponašanja transformatora tijekom jednofaznih pogrešaka u zemljenju, izgradite ovaj model: Pretpostavite da su intrinzične karakteristike transformatora stabilne tijekom jednofaznih pogrešaka na strani niske napona. Zatim izvedite njihove operativne pravila putem mehanizma kompenzacije koile za potiskivanje luka. Relevantni materijali uključuju: Slika 1 (fizička struktura transformatora), Slika 2 (ekvivalentni krug sustava tijekom jednofazne pogreške) i Slika 3 (operativni ekvivalentni krug transformatora).

u prikazuje napon virtualnog izvora, a njegov izračunski obrazac je:

U formuli:U_m je amplituda napona autobusa; w₀ je kutni frekvencija mrežne frekvencije; w₀ je faza napona generirana nakon što sustav doživi jednofaznu pogrešku u zemljenju. Tijekom faze gorenja luka, struja i_L koile za potiskivanje luka je:

U formuli: δ1 je faktor prigušenja; IL predstavlja amplitudu struje i induktivnosti sustava; R1 je ekvivalentni otpor glavnog transformatora i modalnog kruga; e je faza napona kada dođe do jednofazne pogreške u zemljenju; L označava nultu rednu induktivnost transformatora za zemljenje i induktivnost koile za potiskivanje luka.

Postoji korelacija između induktivne struje i stupnja detuninga u koili za potiskivanje luka, i može se izvesti sljedeći obrazac:

U formuli:i_C jest kompenzirana struja zemljenja; C jest kapacitet prema zemlji distribucijske linije; v jest stupanj detuninga sustava podstanice. Kada je sustav u stabilnom stanju zemljenja, induktivna struja koile za potiskivanje luka teži ka stabilnosti.

Kombinirajući gornju analizu, može se izvesti sljedeći obrazac:

U formuli:R_L jest ekvivalentni otpor glavnog transformatora i modalnog kruga (originalni “ekvivalentna induktivnost” je vjerojatno greška; ispravljen na “ekvivalentni otpor” temeljem logike kruga; ako je to zaista induktivnost, zadržite simbol L_L); w₀ jest kutna frekvencija mrežne frekvencije.

Obrazac (4) može se uvrstiti u obrazac (5) za izračun induktivne struje, i dobiva se sljedeći obrazac:

Kombinirano s formulom (6), tijekom faze ugašenja luka, induktivnost koile za potiskivanje luka i kapacitet prema zemlji distribucijske linije su serijalno spojeni, a struja sustava je uniformna. Nakon što se induktivna struja vrati na normalu, izračunski obrazac za induktivnu struju je sljedeći:

U formuli: u_C0+jest naponska kapacitivna napetost sustava tijekom faze ugašenja luka; i_L0+ jest induktivna struja koja proteče kroz koilu za potiskivanje luka sustava tijekom faze ugašenja luka; w jest rezonantna kutna frekvencija. Na temelju gore navedene analize, u različitim fazama jednofazne pogreške u zemljenju sustava, faktori koji utječu na radne karakteristike transformatora za zemljenje su različiti, kao što je detaljno prikazano u Tablici 1.

2 Izgradnja i verifikacija simulacijskog modela
2.1 Izgradnja modela
Izgradnja simulacijskog modela temelji se na parametrima transformatora za zemljenje u određenoj regiji, kako je detaljno prikazano u Tablici 2. Parametri kabelske linije prikazani su u Tablici 3.

2.2 Verifikacija modela

U verifikaciji modela, kako bi se osigurala autentičnost i valjanost istraživanja, moguće je postaviti jednofaznu pogrešku u zemljenju sustava na lokaciji 4 km udaljenoj od 1 A kabelske linije i 10 kV busa. Faza pogreške uzima 90° kao referencu. Koristeći izgrađeni simulacijski model, dobiju se nultoredne struje različitih linija u sustavu tijekom jednofazne pogreške u zemljenju, kako je detaljno prikazano u Tablici 4.

Kada dođe do jednofazne pogreške u zemljenju sustava, izračunski obrazac za kapacitivnu struju različitih linija transformatora za zemljenje je:

Kombinirano s podacima u Tablici 4, kada dođe do jednofazne pogreške u zemljenju sustava, maksimalna greška između simulacijske vrijednosti nultoredne struje neispravne linije i izračunate vrijednosti stvarne kapacitivne struje prema zemlji iznosi -0.848%, a ne postoji značajna razlika.

3 Simulacijska analiza radnih karakteristika
3.1 Utjecaj početnog faza greške

Tijekom faze gorenja luka, trofazni naponi znatno deformiraju. Naponi faza A, B i C rastu, proširujući početni kut greške i povećavajući distorziju napona. U stabilnoj fazi, veći početni kut skraćuje vrijeme stabilizacije trofaznog napona. U fazi ugašenja luka, unatoč različitim početnim kutovima, faze napona se mijenjaju konzistentno: Faza A raste na normalnu amplitudu; Faza B pada na normalnu; Faza C prvo pada ispod normalne, a zatim se povrati. Za struje: U prvom fazu gorenja luka, veći početni kut smanjuje varijaciju trofazne struje; u stabilnoj fazi, povećava varijaciju; u fazi ugašenja luka, promjene struje su konzistentne bez obzira na početne kutove.

3.2 Utjecaj prelaznog otpora

Tijekom faze gorenja luka jednofazne pogreške u zemljenju, manji prelazni otpor transformatora za zemljenje povećava varijaciju trofaznog napona; u stabilnoj fazi, povećava varijaciju napona (amplitude faza B i C su manje). U fazi ugašenja luka, trofazni naponi su konzistentni pod različitim otporima: Faza A doseže normalnu amplitudu, Faza B pada na normalnu, a Faza C prvo pada, a zatim se povrati. Za struje: Tijekom faze gorenja luka, manji otpor povećava amplitudu trofazne struje. Prva faza (veliki otpor) ima malu amplitudu struje; druga (mali otpor) ima veliku amplitudu; u trećoj fazi, s koilom za potiskivanje luka zaustavljenom, struja faza A i C prvo pada, a zatim se povrati na normalu.

4 Zaključak

Jednofazna pogreška u zemljenju u sustavu podstanice povećava trofazne struje na strani transformatora za zemljenje (konzistentne faze, bez štete opremi). Da bi se osiguralo stabilno i sigurno snabdevanje strujom, potrebno je razumjeti rad transformatora i utjecaje faktora nakon pogrešaka. Budući da rad podstanice ovisi o mnogo faktora, elektrane bi trebale prioritetno provoditi inspekcije sustava, poboljšavati inspekcijske radove, osiguravati rad distribucijskih linija, riješiti jednofazne pogreške u zemljenju i podržati svakodnevni život.