Analyse van het functioneringsgedrag van aardingsversterkers onder systeem eenfase-aan-aarde foutcondities

1 Theoretische Analyse

In distributienetten hebben aardingstransformatoren twee belangrijke functies: het voeden van lage-spanningslasten en het verbinden van boogdempingsspoelen aan de neutrale aansluiting voor aardingsbescherming. Aardingsfouten, de meest voorkomende fout in distributienetten, hebben een grote impact op de werkingseigenschappen van transformatoren, wat leidt tot scherpe veranderingen in elektromagnetische parameters en status.Om de dynamische gedragingen van transformatoren bij eenfase-aardingsfouten te bestuderen, wordt het volgende model opgesteld: Neem aan dat de inherente eigenschappen van een transformator stabiel blijven tijdens eenfase-fouten aan de lage-spanningsside. Vervolgens worden de werkingsschema's afgeleid via het compensatiemechanisme van de boogdempingsspoel. Relevante materialen omvatten: Figuur 1 (fysieke structuur van de transformator), Figuur 2 (systeem-equivalent circuit onder eenfase-fout) en Figuur 3 (operationeel equivalent circuit van de transformator).

u staat voor de spanning van de virtuele stroombron, en de berekeningsformule is:

In de formule:U_m is de spanningsamplitude van de bus; w₀ is de netfrequentie hoekfrequentie; w₀ is de fasehoek van de spanning die na een eenfase-aardingsfout in het systeem ontstaat. Tijdens een fout in de boogbrandingsfase is de stroom i_L van de boogdempingsspoel:

In de formule: δ1 is de dempingfactor; IL staat voor de amplitude van de systeemstroom en de inductie;R1 is de equivalente weerstand van de hoofdtransformator en het lijnmodus-circuit;e is de fasehoek van de spanning bij een eenfase-aardingsfout;L geeft de nulreeksinductie van de aardingstransformator en de inductie van de boogdempingsspoel aan.

Er is een correlatie tussen de inductieve stroom en de detuninggraad in de boogdempingsspoel, en de volgende formule kan worden afgeleid:

In de formule:i_C is de gecompenseerde aardingsstroom;C is de capaciteit naar de grond van de distributielijn;v is de detuninggraad van het substation-systeem. Wanneer de eenfase-aardingsfout van het systeem in een stabiele aardingstoestand is, neigt de inductieve stroom van de boogdempingsspoel naar stabiliteit.

Op basis van de bovenstaande analyse kan de volgende vergelijking worden afgeleid:

In de formule:R_L is de equivalente weerstand van de hoofdtransformator en het lijnmodus-circuit (de oorspronkelijke "equivalente inductie" is waarschijnlijk een typefout; gecorrigeerd naar "equivalente weerstand" op basis van circuitlogica; indien het inderdaad inductie is, behoud dan het symbool L_L); w₀  is de netfrequentie hoekfrequentie.

Formule (4) kan worden ingevuld in formule (5) om de inductieve stroom te berekenen, en de volgende formule wordt verkregen:

Gecombineerd met Formule (6), tijdens de booguitdovingsfase van de fout, zijn de inductie van de boogdempingsspoel en de capaciteit naar de grond van de distributielijn in serie verbonden, en is de systeemstroom uniform. Na terugkeer van de inductieve stroom naar normaal, is de berekeningsformule voor de inductieve stroom als volgt:

In de formule: u_C0+ is de capaciteit naar de grond spanning van het systeem tijdens de booguitdovingsfase; i_L0+ is de inductieve stroom die door de boogdempingsspoel van het systeem tijdens de booguitdovingsfase stroomt;w is de resonantie hoekfrequentie. Op basis van de bovenstaande analyse, in verschillende fasen van de eenfase-aardingsfout van het systeem, zijn de invloedfactoren op de werkingseigenschappen van de aardingstransformator verschillend, zoals specifiek weergegeven in Tabel 1.

2 Opbouw en validatie van het simulatiemodel
2.1 Modelopbouw
De opbouw van het simulatiemodel is gebaseerd op de parameters van de aardingstransformator in een bepaald gebied, zoals gedetailleerd in Tabel 2. De parameters van de kabellijn staan in Tabel 3.

2.2 Modelvalidatie

Bij modelvalidatie, om de authenticiteit en geldigheid van het onderzoek te waarborgen, kan een eenfase-aardingsfout van het systeem worden ingesteld op 4 km afstand van de 1 A-kabellijn en de 10 kV-bus. De foutfasehoek neemt 90° als referentie. Gebruik het opgebouwde simulatiemodel om de nulreeksstromen van verschillende lijnen in de eenfase-aardingsfout van het systeem te verkrijgen, zoals gedetailleerd in Tabel 4.

Wanneer een eenfase-aardingsfout in het systeem optreedt, is de berekeningsformule voor de capacitaire stroom van verschillende lijnen van de aardingstransformator:

Gecombineerd met de gegevens in Tabel 4, wanneer een eenfase-aardingsfout in het systeem optreedt, is de maximale fout tussen de gesimuleerde waarde van de nulreeksstroom van de niet-defecte lijn en de berekende waarde van de daadwerkelijke capaciteit naar de grond stroom -0.848%, en er is geen significant verschil.

3 Simulatieanalyse van werkingseigenschappen
3.1 Invloed van de initiële foutfasehoek

Tijdens de boogbrandingsfase vertonen de driefasenspanningen aanzienlijke vervorming. Spanningen van Fase A, B en C stijgen, waardoor de initiële foutfasehoek uitbreidt en de spanningvervorming toeneemt. In de stabiele fase verkort een grotere initiële fasehoek de tijdsduur voor de stabilisatie van de driefasenspanningen. Tijdens de booguitdovingsfase veranderen de fase-spanningen consistent ondanks verschillende initiële fasehoeken: Fase A stijgt naar de normale amplitude; Fase B daalt naar normaal; Fase C daalt eerst onder normaal en stijgt dan weer. Voor stromen: In de eerste boogbrandingsfase reduceert een grotere initiële fasehoek de variatie van de driefasenstromen; in de stabiele fase vergroot het de variatie; in de booguitdovingsfase zijn de stroomveranderingen uniform, ongeacht de initiële fasehoeken.

3.2 Invloed van de overgangsweerstand

Tijdens de boogbrandingsfase van een eenfase-aardingsfout verhoogt een kleinere overgangsweerstand van de aardingstransformator de variatie van de driefasenspanningen; in de stabiele fase vergroot het de spanningvariatie (de amplituden van Fase B en C zijn kleiner). Tijdens de booguitdovingsfase zijn de driefasenspanningen consistent onder verschillende weerstanden: Fase A bereikt de normale amplitude, Fase B daalt naar normaal, en Fase C daalt eerst en stijgt dan. Voor stromen: Tijdens de boogbrandingsfase verhoogt een kleinere weerstand de amplitude van de driefasenstromen. De eerste fase (grote weerstand) heeft kleine stroomamplitude; de tweede (kleine weerstand) heeft grote amplitude; in de derde fase, met de boogdempingsspoel gestopt, dalen de stromen van Fase A en C eerst en stijgen dan naar normaal.

4 Conclusie

Een eenfase-aardingsfout in het substation-systeem verhoogt de driefasenstromen aan de aardingstransformatorzijde (consistente fasen, geen schade aan apparatuur). Om een stabiele, veilige energievoorziening te garanderen, moet men de werking van de transformator begrijpen en de factoren die na fouten invloed uitoefenen. Aangezien de bedrijfsvoering van substations beïnvloed wordt door meerdere factoren, moeten elektriciteitsbedrijven systematische inspecties prioriteren, het inspectiewerk verbeteren, de operatie van distributielijnen waarborgen, eenfase-aardingsfouten oplossen en het dagelijkse leven ondersteunen.