Analyse av jordtransformatorers driftsoppførsel under systemets enefase-til-jord feilkondisjoner

1 Teoretisk Analyse

I distribusjonsnettverk har jordtransformatorer to nøkkelfunksjoner: å forsyne lavspenningslaster med strøm og å koble bueavdempende spoler ved neutrale for jordbeskyttelse. Jordfeil, den mest vanlige feilen i distribusjonsnettverk, påvirker sterkt transformatorers driftsegenskaper, som fører til skarpe endringer i elektromagnetiske parametere og status.For å studere transformatorers dynamiske atferd under enfasjordsfeil, bygg denne modellen: Anta at transformatorens innebygde egenskaper forbli stabile under enfasfeil på lavspenningsiden. Deretter deduser dens driftsregler gjennom bueavdempende spolets kompensasjonsmekanisme. Relevante materialer inkluderer: Figur 1 (transformatorfysisk struktur), Figur 2 (systemekvivalent krets under enfasfeil) og Figur 3 (transformatoroperativ ekvivalent krets).

u representerer spenningen av den fiktive kraftkilden, og beregningsformelen er:

I formelen: U_m er spenningens amplitud på busset; w₀ er vinkelfrekvensen til nettets frekvens; w₀ er fasevinkelen generert etter at systemet opplever en enfasjordfeil. Under en feil i bueløpsfasen, er strømmen i_L i bueavdempende spole:

I formelen: δ1 er dempingfaktoren; IL representerer amplituden av systemstrømmen og induktans; R1 er hovedtransformatorens og linje-modusløkkenes ekvivalente motstand; e er fasevinkelen når en enfasjordfeil inntrer; L betegner nullsekvensinduktansen til jordtransformator og induktansen til bueavdempende spole.

Det er en sammenheng mellom induktiv strøm og detuninggraden i bueavdempende spole, og følgende formel kan utledes:

I formelen: i_C er den kompenserte jordstrømmen; C er kapasitansen til jord for distribusjonslinjen; v er detuninggraden av substationssystemet. Når systemets enfasjordfeil er i en stabil jordtilstand, tendere induktiv strøm fra bueavdempende spole til å bli stabil.

Ved å kombinere ovennevnte analyse, kan følgende ligning utledes:

I formelen: R_L er hovedtransformatorens og linje-modusløkkenes ekvivalente motstand (den opprinnelige “ekvivalente induktans” er sannsynligvis en skrivefeil; rettet til “ekvivalent motstand” basert på krettslogikk; hvis det er induktans, behold symbol L_L); w₀  er vinkelfrekvensen til nettets frekvens.

Formel (4) kan settes inn i formel (5) for å beregne induktiv strøm, og følgende formel blir da:

Sammen med Formel (6), under feilens bueutslukningsfas, er induktansen til bueavdempende spole og kapasitansen til jord for distribusjonslinjen koblet i serie, og systemstrømmen er uniform. Etter at induktiv strøm returnerer til normal, er beregningsformelen for induktiv strøm som følger:

I formelen: u_C0+ er systemets kapasitans til jordspenning under bueutslukningsfasen; i_L0+ er induktiv strøm som flyter gjennom systemets bueavdempende spole under bueutslukningsfasen; w er resonansvinkelfrekvensen. Basert på ovennevnte analyse, i ulike stadier av systemets enfasjordfeil, er påvirkende faktorer på jordtransformatorens driftsegenskaper forskjellige, som spesifikt vises i Tabell 1.

2 Oppbygging og Verifisering av Simuleringsmodellen
2.1 Modelloppbygging
Opprettelsen av simuleringsmodellen er basert på parametrene til jordtransformator i et bestemt område, som detaljert i Tabell 2. Parametrene til kabelledningen er vist i Tabell 3.

2.2 Modellverifisering

I modellverifisering, for å sikre autentisitet og gyldighet av forskningen, kan en enfasjordfeil i systemet settes 4 km unna 1 A kabelledningen og 10 kV busset. Feilfasevinkelen tar 90° som referanse. Bruk den konstruerte simuleringsmodellen for å få nullsekvensstrømmer i ulike ledninger i systemets enfasjordfeil, som detaljert i Tabell 4.

Når en enfasjordfeil inntrer i systemet, er beregningsformelen for kapasitiv strøm i ulike ledninger av jordtransformator:

Sammen med dataene i Tabell 4, når en enfasjordfeil inntrer i systemet, er maksimalfeilen mellom simuleringens verdi av nullsekvensstrøm i ufeilende ledning og beregnet verdi av faktisk kapasitans til jordstrøm -0.848%, og det er ingen betydelig forskjell.

3 Simuleringsoversikt over Driftsegenskaper
3.1 Påvirkning av Feils Fasevinkel

I buebrændingsfas deformeres trefas spenninger betydelig. Spenninger i fase A, B og C stiger, utvider den initielle feilfasevinkelen og øker spenningstorsjon. I stabil fas forkorter en større initiell fasevinkel tid for trefas spenningstabilisering. I bueutslukningsfas, uansett forskjellige initielle fasevinkler, endres fase spenninger konsistent: Fase A stiger til normal amplitud; Fase B synker til normal; Fase C først synker under normal, deretter stiger tilbake. For strøm: I første buebrændingsfas, reduserer en større initiell fasevinkel trefas strømvariasjon; i stabil fas, øker den variasjonen; i bueutslukningsfas, er strømendringer konsistente uansett initielle fasevinkler.

3.2 Påvirkning av Overgangsmotstand

I buebrændingsfas av en enfasjordfeil, øker en mindre overgangsmotstand for jordtransformator trefas spenningvariasjon; i stabil fas, forsterker den spenningvariasjon (Fase B og C amplituder er mindre). I bueutslukningsfas, er trefas spenninger konsistente under ulike motstander: Fase A når normal amplitud, Fase B synker til normal, og Fase C synker først, deretter stiger. For strøm: I buebrændingsfas, øker en mindre motstand trefas strømamplitud. Første fase (stor motstand) har liten strømamplitud; andre (liten motstand) har stor amplitud; i tredje fase, med bueavdempende spole stoppet, fase A og C strøm først synker, deretter stiger til normal.

4 Konklusjon

En enfasjordfeil i substationssystemet øker trefas strømmer på jordtransformator-siden (konsistente faser, ingen skade på utstyr). For å sikre stabil, trygg strømforsyning, forstå transformatorens operasjon og faktor-påvirkning etter feil. Da substationdrift påvirkes av flere faktorer, bør energibedrifter prioritere systeminspeksjoner, forbedre inspeksjonsarbeid, sikre distribusjonslinjes drift, løse enfasjordfeil, og støtte daglig liv.