Analiza zachowania transformatora ziemnego w warunkach jednofazowego zwarcia na ziemię w systemie

1 Analiza teoretyczna

W sieciach dystrybucyjnych transformatory ziemne pełnią dwie kluczowe role: zasilanie obciążeń niskiego napięcia i podłączenie cewek tłumienia łuku przy neutralnej linii do ochrony przez ziemienie. Awarie ziemne, najbardziej powszechna awaria w sieciach dystrybucyjnych, mają duży wpływ na charakterystyki pracy transformatorów, powodując gwałtowne zmiany parametrów elektromagnetycznych i stanu.Aby zbadać dynamiczne zachowania transformatorów podczas awarii jednofazowego ziemienia, należy zbudować ten model: Przyjmij, że wewnętrzne cechy transformatora pozostają stabilne podczas awarii jednej fazy po stronie niskiego napięcia. Następnie wywnioskuj jego zasady działania poprzez mechanizm kompensacji cewki tłumienia łuku. Materiały pomocnicze obejmują: Rysunek 1 (fizyczna struktura transformatora), Rysunek 2 (równoważny obwód systemu podczas awarii jednej fazy) i Rysunek 3 (równoważny obwód operacyjny transformatora).

u reprezentuje napięcie źródła wirtualnego, a jego wzór obliczeniowy to:

W formule:U_m to amplituda napięcia magistrali; w₀ to częstotliwość kątowa sieci; w₀ to kąt fazowy napięcia generowany po wystąpieniu awarii jednofazowego ziemienia. Podczas awarii w etapie palenia łuku, prąd i_L cewki tłumienia łuku wynosi:

W formule: δ1 to współczynnik tłumienia; IL reprezentuje amplitudę prądu systemu i indukcyjność; R1 jest równoważnym oporem głównego transformatora i pętli trybu linii; e to kąt fazowy napięcia podczas wystąpienia awarii jednofazowego ziemienia; L oznacza indukcyjność sekwencyjną zerową transformatora ziemnego i indukcyjność cewki tłumienia łuku.

Istnieje korelacja między prądem indukcyjnym a stopniem dezstrojenia w cewce tłumienia łuku, i można wyprowadzić następujący wzór:

W formule:i_C to skompensowany prąd ziemienia; C to pojemność do ziemi linii dystrybucyjnej; v to stopień dezstrojenia systemu stacji. Gdy awaria jednofazowego ziemienia systemu jest w stabilnym stanie ziemienia, prąd indukcyjny cewki tłumienia łuku dąży do stabilności.

Łącząc powyższą analizę, można wyprowadzić następujące równanie:

W formule:R_L to równoważny opór głównego transformatora i pętli trybu linii (oryginalne “równoważna indukcyjność” jest prawdopodobnie błędem; poprawione na “równoważny opór” na podstawie logiki obwodu; jeśli jest to rzeczywiście indukcyjność, zachowaj symbol L_L); w₀ to częstotliwość kątowa sieci.

Wzór (4) można podstawić do wzoru (5) do obliczenia prądu indukcyjnego, i otrzymujemy następujący wzór:

Połączone z Formułą (6), podczas etapu gaszenia łuku awarii, indukcyjność cewki tłumienia łuku i pojemność do ziemi linii dystrybucyjnej są połączone szeregowo, a prąd systemu jest jednorodny. Po powrocie prądu indukcyjnego do normy, wzór obliczeniowy prądu indukcyjnego jest następujący:

W formule: u_C0+to napięcie pojemności do ziemi systemu podczas etapu gaszenia łuku; i_L0+ to prąd indukcyjny przepływający przez cewkę tłumienia łuku systemu podczas etapu gaszenia łuku; w to częstotliwość rezonansowa. Na podstawie powyższej analizy, w różnych etapach awarii jednofazowego ziemienia systemu, czynniki wpływające na charakterystyki działania transformatora ziemnego są różne, jak pokazano szczegółowo w Tabeli 1.

2 Budowa i weryfikacja modelu symulacyjnego
2.1 Budowa modelu
Budowa modelu symulacyjnego opiera się na parametrach transformatora ziemnego w pewnym regionie, jak szczegółowo opisano w Tabeli 2. Parametry linii kablowej przedstawiono w Tabeli 3.

2.2 Weryfikacja modelu

Podczas weryfikacji modelu, aby zapewnić autentyczność i ważność badań, można ustawić awarię jednofazowego ziemienia systemu w odległości 4 km od linii kablowej 1 A i magistrali 10 kV. Faza awarii ma za referencję 90°. Używając zbudowanego modelu symulacyjnego, uzyskuje się prądy sekwencyjne zerowe różnych linii w awarii jednofazowego ziemienia systemu, jak szczegółowo opisano w Tabeli 4.

Gdy wystąpi awaria jednofazowego ziemienia w systemie, wzór obliczeniowy prądu pojemnościowego różnych linii transformatora ziemnego to:

Połączone z danymi w Tabeli 4, gdy wystąpi awaria jednofazowego ziemienia w systemie, maksymalny błąd między wartością symulowaną prądu sekwencyjnego zerowego linii nieawaryjnej a wartością obliczoną rzeczywistego prądu pojemności do ziemi wynosi -0.848%, i nie ma istotnej różnicy.

3 Analiza symulacyjna charakterystyk działania
3.1 Wpływ początkowego kąta fazy awarii

W etapie palenia łuku, napięcia trójfazowe ulegają znacznemu deformacji. Napięcia faz A, B i C wzrastają, powiększając początkowy kąt fazy awarii i zwiększając zniekształcenie napięcia. W etapie stabilnym, większy początkowy kąt fazy skraca czas stabilizacji napięć trójfazowych. W etapie gaszenia łuku, mimo różnych początkowych kątów fazy, napięcia faz zmieniają się konsekwentnie: Faza A wzrasta do normalnej amplitudy; Faza B spada do normalnej; Faza C początkowo spada poniżej normalnej, a następnie wraca do normalnej. Dla prądów: W pierwszym etapie palenia łuku, większy początkowy kąt fazy zmniejsza zmienność prądów trójfazowych; w etapie stabilnym zwiększa zmienność; w etapie gaszenia łuku, zmiany prądów są jednorodne, niezależnie od początkowych kątów fazy.

3.2 Wpływ oporu przejściowego

W etapie palenia łuku awarii jednofazowego ziemienia, mniejszy opór przejściowy transformatora ziemnego zwiększa zmienność napięć trójfazowych; w etapie stabilnym, zwiększa zmienność napięć (amplitudy faz B i C są mniejsze). W etapie gaszenia łuku, napięcia trójfazowe są konsekwentne pod różnymi oporami: Faza A osiąga normalną amplitudę, Faza B spada do normalnej, a Faza C spada, a następnie wraca. Dla prądów: W etapie palenia łuku, mniejszy opór zwiększa amplitudę prądów trójfazowych. Pierwszy etap (duży opór) ma małą amplitudę prądu; drugi (mały opór) ma dużą amplitudę; w trzecim etapie, z cewką tłumienia łuku zatrzymaną, prądy faz A i C początkowo spadają, a następnie wracają do normalnych.

4 Wnioski

Awaria jednofazowego ziemienia w systemie stacji zwiększa prądy trójfazowe po stronie transformatora ziemnego (fazy są zgodne, nie szkodzą sprzętom). Aby zapewnić stabilne i bezpieczne zasilanie, należy zrozumieć działanie transformatora i wpływy czynników po awarii. Ponieważ działanie stacji jest wpływane przez wiele czynników, przedsiębiorstwa energetyczne powinny priorytetowo przeprowadzać kontrole systemu, poprawiać prace inspekcyjne, zapewniać działanie linii dystrybucyjnych, rozwiązywać awarie jednofazowego ziemienia i wspierać codzienne życie.