시스템 단상 대지 고장 조건 하의 접지 변압기 작동 거동 분석

1 이론적 분석

배전 네트워크에서 접지 변압기는 저전압 부하를 공급하고 중성점에서 아크 억제 코일을 연결하여 접지 보호하는 두 가지 주요 역할을 합니다. 가장 일반적인 배전 네트워크 고장인 접지 고장은 변압기의 작동 특성에 큰 영향을 미치며, 전자기 파라미터와 상태가 급격히 변화합니다.단상 접지 고장 상태에서 변압기의 동적 행동을 연구하기 위해 이 모델을 구축합니다: 저전압 측 단상 고장 중 변압기의 고유 특성이 안정적이라고 가정한 다음, 아크 억제 코일의 보상 메커니즘을 통해 그 작동 규칙을 유도합니다. 관련 자료는 다음과 같습니다: 도표 1(변압기 물리 구조), 도표 2(단상 고장 상태의 시스템 등가 회로), 도표 3(변압기 작동 등가 회로).

u는 가상 전원의 전압을 나타내며, 계산 공식은 다음과 같습니다:

공식에서:U_m 는 버스의 전압 진폭입니다; w₀는 전력 주파수 각 주파수입니다; w₀는 시스템이 단상 접지 고장을 겪은 후 생성된 전압 위상각입니다. 아크 발생 단계의 고장 중 아크 억제 코일의 전류 i_L는 다음과 같습니다:

공식에서: δ1는 감쇠 계수입니다; IL는 시스템 전류 및 인덕턴스의 진폭을 나타냅니다; R1는 주 변압기 및 선형 루프의 등가 저항입니다; e는 단상 접지 고장 발생 시 전압 위상각입니다; L는 접지 변압기의 제로 시퀀스 인덕턴스 및 아크 억제 코일의 인덕턴스를 나타냅니다.

아크 억제 코일의 인덕티브 전류와 조율 정도 사이에는 상관 관계가 있으며, 다음 공식을 유도할 수 있습니다:

공식에서:i_C는 보상된 접지 전류입니다; C는 배전선의 대지 용량입니다; v는 변전소 시스템의 조율 정도입니다. 시스템의 단상 접지 고장이 안정적인 접지 상태에 있을 때, 아크 억제 코일의 인덕티브 전류는 안정적으로 수렴합니다.

위의 분석을 종합하면, 다음 방정식을 유도할 수 있습니다:

공식에서:R_L는 주 변압기 및 선형 루프의 등가 저항입니다 (원래 "등가 인덕턴스"는 오타일 가능성이 있어 "등가 저항"으로 수정되었습니다; 만약 실제로 인덕턴스라면 L_L 기호를 유지합니다); w₀ 는 전력 주파수 각 주파수입니다.

공식 (4)를 공식 (5)에 대입하여 인덕티브 전류를 계산하면, 다음 공식을 얻을 수 있습니다:

공식 (6)과 결합하면, 고장의 아크 소멸 단계에서 아크 억제 코일의 인덕턴스와 배전선의 대지 용량이 직렬로 연결되어 시스템 전류가 균일해집니다. 인덕티브 전류가 정상으로 돌아온 후, 인덕티브 전류의 계산 공식은 다음과 같습니다:

공식에서: u_C0+는 아크 소멸 단계의 시스템 대지 전압입니다; i_L0+는 아크 소멸 단계의 시스템 아크 억제 코일을 통과하는 인덕티브 전류입니다; w는 공진 각 주파수입니다. 위의 분석을 바탕으로, 시스템의 단상 접지 고장의 다양한 단계에서 접지 변압기의 작동 특성에 영향을 미치는 요인은 서로 다릅니다. 이를 구체적으로 표 1에 나타냈습니다.

2 시뮬레이션 모델의 구축 및 검증
2.1 모델 구축
시뮬레이션 모델의 구축은 특정 지역의 접지 변압기 매개변수를 기반으로 합니다. 세부 사항은 표 2에 나열되어 있습니다. 케이블 라인의 매개변수는 표 3에 나열되어 있습니다.

2.2 모델 검증

모델 검증에서는 연구의 진실성과 유효성을 보장하기 위해, 시스템의 단상 접지 고장을 1 A 케이블 라인에서 4 km 떨어진 위치에서 10 kV 버스에서 설정할 수 있습니다. 고장 위상각은 90°를 기준으로 합니다. 구성된 시뮬레이션 모델을 사용하여 시스템의 단상 접지 고장 상태에서 다양한 라인의 제로 시퀀스 전류를 얻을 수 있습니다. 세부 사항은 표 4에 나열되어 있습니다.

시스템에서 단상 접지 고장이 발생할 때, 접지 변압기의 다양한 라인의 용량성 전류의 계산 공식은 다음과 같습니다:

표 4의 데이터와 결합하면, 시스템에서 단상 접지 고장이 발생할 때, 고장 없는 라인의 제로 시퀀스 전류의 시뮬레이션 값과 실제 대지 용량 전류의 계산 값 간의 최대 오차는 -0.848%이며, 유의미한 차이는 없습니다.

3 작동 특성의 시뮬레이션 분석
3.1 고장 초기 위상각의 영향

아크 발생 단계에서 삼상 전압이 크게 변형됩니다. A, B, C 상의 전압이 상승하며, 초기 고장 위상각이 확장되고 전압 왜곡이 증가합니다. 안정 단계에서는 더 큰 초기 위상각이 삼상 전압의 안정 시간을 단축합니다. 아크 소멸 단계에서는 다른 초기 위상각에도 불구하고 상 전압의 변화는 일관됩니다: A 상은 정상 진폭으로 상승하며, B 상은 정상으로 하락하고, C 상은 먼저 정상보다 낮아지고 다시 상승합니다. 전류에 대해서는: 첫 번째 아크 발생 단계에서는 더 큰 초기 위상각이 삼상 전류 변화를 줄이고, 안정 단계에서는 변화를 증가시키며, 아크 소멸 단계에서는 초기 위상각과 무관하게 전류 변화는 일정합니다.

3.2 전환 저항의 영향

단상 접지 고장의 아크 발생 단계에서 접지 변압기의 작은 전환 저항은 삼상 전압 변화를 증가시킵니다; 안정 단계에서는 전압 변화를 증폭시킵니다 (B, C 상의 진폭이 작아집니다). 아크 소멸 단계에서는 다른 저항에서도 삼상 전압은 일관되며: A 상은 정상 진폭에 도달하고, B 상은 정상으로 하락하며, C 상은 먼저 하락한 후 다시 상승합니다. 전류에 대해서는: 아크 발생 단계에서는 작은 저항이 삼상 전류 진폭을 증가시킵니다. 첫 단계 (큰 저항)에서는 전류 진폭이 작고, 두 번째 단계 (작은 저항)에서는 전류 진폭이 크며, 세 번째 단계에서는 아크 억제 코일이 중지된 후 A, C 상의 전류가 먼저 하락한 후 정상으로 상승합니다.

4 결론

변전소 시스템에서 단상 접지 고장이 발생하면 접지 변압기 측의 삼상 전류가 증가합니다 (일관된 상, 장비에 해가 없음). 안정적이고 안전한 전력 공급을 보장하기 위해서는 고장 후 변압기의 작동과 영향 요인을 이해해야 합니다. 변전소 운영은 여러 요인에 의해 영향을 받으므로, 전력 기업은 시스템 점검을 우선시하고, 점검 작업을 개선하여 배전선의 운영을 보장하고, 단상 접지 고장을 해결하여 일상 생활을 지원해야 합니다.