Analisi del Comportamento Operativo del Trasformatore di Terra in Condizioni di Guasto Monofase a Terra del Sistema
1 Analisi Teorica
Nelle reti di distribuzione, i trasformatori di terra svolgono due ruoli chiave: alimentare i carichi a bassa tensione e connettere le spire di soppressione dell'arco ai neutrali per la protezione di terra. I guasti di terra, il tipo di guasto più comune nelle reti di distribuzione, influenzano pesantemente le caratteristiche operative dei trasformatori, causando cambiamenti bruschi nei parametri eletromagnetici e nello stato.Per studiare i comportamenti dinamici dei trasformatori in caso di guasti monofase, si costruisce questo modello: si assume che le caratteristiche intrinseche del trasformatore rimangano stabili durante i guasti monofase al lato a bassa tensione. Quindi, si deducono le sue regole operative attraverso il meccanismo di compensazione della spira di soppressione dell'arco. I materiali rilevanti includono: Figura 1 (struttura fisica del trasformatore), Figura 2 (circuito equivalente del sistema in caso di guasto monofase) e Figura 3 (circuito equivalente operativo del trasformatore).
u rappresenta la tensione della sorgente di potenza virtuale, e la sua formula di calcolo è:
nella formula:Um è l'ampiezza della tensione della linea; w0 è la frequenza angolare della rete; w0 è l'angolo di fase della tensione generata dopo che il sistema subisce un guasto monofase di terra. Durante un guasto nella fase di arco, la corrente iL della spira di soppressione dell'arco è:
Nella formula: δ1 è il fattore di attenuazione; IL rappresenta l'ampiezza della corrente e dell'induttanza del sistema; R1 è la resistenza equivalente del trasformatore principale e del circuito modale lineare; e è l'angolo di fase della tensione quando si verifica un guasto monofase di terra; L indica l'induttanza sequenziale zero del trasformatore di terra e l'induttanza della spira di soppressione dell'arco.
C'è una correlazione tra la corrente induttiva e il grado di detuning nella spira di soppressione dell'arco, e si può derivare la seguente formula:
Nella formula:iC è la corrente di terra compensata; C è la capacità a terra della linea di distribuzione; v è il grado di detuning del sistema della sottostazione. Quando il guasto monofase di terra del sistema è in uno stato di terra stabile, la corrente induttiva della spira di soppressione dell'arco tende a stabilizzarsi.
Combinando l'analisi precedente, si può derivare la seguente equazione:
Nella formula:RL è la resistenza equivalente del trasformatore principale e del circuito modale lineare (l'originale “induttanza equivalente” è probabilmente un errore di battitura; corretto in “resistenza equivalente” sulla base della logica del circuito; se è effettivamente induttanza, mantenere il simbolo LL); w0 è la frequenza angolare della rete.
La formula (4) può essere sostituita nella formula (5) per calcolare la corrente induttiva, ottenendo la seguente formula:
In combinazione con la Formula (6), durante la fase di estinzione dell'arco del guasto, l'induttanza della spira di soppressione dell'arco e la capacità a terra della linea di distribuzione sono collegate in serie, e la corrente del sistema è uniforme. Dopo che la corrente induttiva torna alla normalità, la formula di calcolo per la corrente induttiva è la seguente:
Nella formula: uC0+è la tensione di capacità a terra del sistema durante la fase di estinzione dell'arco; iL0+ è la corrente induttiva che scorre attraverso la spira di soppressione dell'arco del sistema durante la fase di estinzione dell'arco; w è la frequenza angolare di risonanza. In base all'analisi precedente, in diverse fasi del guasto monofase di terra del sistema, i fattori che influenzano le caratteristiche operative del trasformatore di terra sono diversi, come specificato nella Tabella 1.
2 Costruzione e Verifica del Modello di Simulazione
2.1 Costruzione del Modello
La creazione del modello di simulazione si basa sui parametri del trasformatore di terra in una certa regione, come dettagliato nella Tabella 2. I parametri della linea cavo sono mostrati nella Tabella 3.
2.2 Verifica del Modello
Nella verifica del modello, per garantire l'autenticità e la validità della ricerca, si può impostare un guasto monofase di terra del sistema a 4 km di distanza dalla linea cavo 1 A e dalla linea 10 kV. L'angolo di fase del guasto prende 90° come riferimento. Utilizzando il modello di simulazione costruito, si ottengono le correnti sequenziali zero di diverse linee nel guasto monofase di terra del sistema, come dettagliato nella Tabella 4.
Quando si verifica un guasto monofase di terra nel sistema, la formula di calcolo per la corrente capacitiva di diverse linee del trasformatore di terra è:
In combinazione con i dati della Tabella 4, quando si verifica un guasto monofase di terra nel sistema, l'errore massimo tra il valore simulato della corrente sequenziale zero della linea non difettosa e il valore calcolato della corrente di capacità a terra effettiva è -0.848%, e non c'è differenza significativa.
3 Analisi di Simulazione delle Caratteristiche Operative
3.1 Influenza dell'Angolo Fasore Iniziale del Guasto
Nella fase di arco, le tensioni trifase si deformano significativamente. Le tensioni della Fase A, B e C aumentano, espandendo l'angolo fasore iniziale del guasto e aumentando la distorsione della tensione. Nella fase stabile, un angolo fasore iniziale maggiore riduce il tempo di stabilizzazione delle tensioni trifase. Nella fase di estinzione dell'arco, nonostante gli angoli fasore iniziali differenti, le tensioni di fase cambiano in modo coerente: la Fase A sale all'ampiezza normale; la Fase B scende all'ampiezza normale; la Fase C prima scende sotto l'ampiezza normale poi risale. Per le correnti: nella prima fase di arco, un angolo fasore iniziale maggiore riduce la variazione delle correnti trifase; nella fase stabile, aumenta la variazione; nella fase di estinzione dell'arco, i cambiamenti di corrente sono uniformi indipendentemente dagli angoli fasore iniziali.
3.2 Influenza della Resistenza di Transizione
Nella fase di arco di un guasto monofase di terra, una resistenza di transizione minore del trasformatore di terra aumenta la variazione delle tensioni trifase; nella fase stabile, amplifica la variazione delle tensioni (le ampiezze delle Fasi B e C sono minori). Nella fase di estinzione dell'arco, le tensioni trifase sono coerenti con diverse resistenze: la Fase A raggiunge l'ampiezza normale, la Fase B scende all'ampiezza normale, e la Fase C scende poi risale. Per le correnti: nella fase di arco, una resistenza minore aumenta l'ampiezza delle correnti trifase. La prima fase (alta resistenza) ha un'ampiezza di corrente piccola; la seconda (bassa resistenza) ha un'ampiezza grande; nella terza fase, con la spira di soppressione dell'arco fermata, le correnti della Fase A e C prima scendono poi risalgono alla normalità.
4 Conclusione
Un guasto monofase di terra nel sistema della sottostazione aumenta le correnti trifase sul lato del trasformatore di terra (fasi coerenti, nessun danno agli apparecchi). Per garantire un approvvigionamento di energia stabile e sicuro, è necessario comprendere l'operazione del trasformatore e gli impatti dei fattori dopo i guasti. Poiché l'operazione della sottostazione è influenzata da molti fattori, le imprese elettriche dovrebbero dare priorità alle ispezioni del sistema, migliorare il lavoro di ispezione, garantire l'operazione della linea di distribuzione, risolvere i guasti monofase di terra e supportare la vita quotidiana.
