Analys av jordtransformators driftbeteende under systemets ensidiga felsituationer mot mark

1 Teoretisk analys

I distributionsnät, spelar jordtransformatorer två viktiga roller: att förse lågspänningsbelastningar med ström och att ansluta bågutjämnande spolar vid neutrala punkter för jordningskydd. Jorderfel, det vanligaste felet i distributionsnät, påverkar kraftigt transformatorernas driftsegenskaper, vilket leder till skarpa förändringar i elektromagnetiska parametrar och status.För att studera transformatorernas dynamiska beteenden under ensidiga jorderfel, bygg denna modell: Antag att en transformators inre egenskaper förblir stabila under ensidiga fel på lågspänningssidan. Därefter härleds dess driftregler via bågutjämnande spolars kompensationsmekanism. Relevant material inkluderar: Figur 1 (transformatorns fysiska struktur), Figur 2 (systemets ekvivalentkrets under ensidigt fel) och Figur 3 (transformatorns driftsekvenskrets).

u representerar den virtuella källans spänning, och dess beräkningsformel är:

i formeln:U_m är bussspänningsamplituden; w₀ är nätets vinkelfrekvens; w₀ är spänningens fasvinkel efter att systemet har upplevt ett ensidigt jorderfel. Under fel i bågbränningsfasen, är strömmen i_L av bågutjämnande spolen:

i formeln: δ1 är avdämpningsfaktorn; IL representerar systemströmmens amplitud och induktans; R1 är huvudtransformatorns och linjlägesloopens ekvivalentmotstånd; e är spänningens fasvinkel när ett ensidigt jorderfel inträffar; L betecknar jordtransformatorns nollsekvensinduktans och bågutjämnande spolens induktans.

Det finns en korrelation mellan induktiv ström och avstämning i bågutjämnande spol, och följande formel kan härledas:

i formeln:i_C är den kompenserade jordningsströmmen; C är distributionslinjens kapacitans mot mark; v är avstämningen i understationssystemet. När systemets ensidiga jorderfel är i en stabil jordningsstatus, tenderar bågutjämnande spolens induktiva ström att bli stabil.

Genom att kombinera ovanstående analys, kan följande ekvation härledas:

i formeln:R_L är huvudtransformatorns och linjlägesloopens ekvivalentmotstånd (det ursprungliga “ekvivalentinduktans” är troligen ett tryckfel; korrigeras till “ekvivalentmotstånd” baserat på kretsläran; om det verkligen är induktans, behåll symbolen L_L); w₀ är nätets vinkelfrekvens.

Formel (4) kan sättas in i formel (5) för att beräkna induktiv ström, och följande formel erhålls:

Kombinerat med Formel (6), under felborttagningsskedet, är bågutjämnande spolens induktans och distributionslinjens kapacitans mot mark seriekopplade, och systemströmmen är enhetlig. Efter att induktiv ström återgått till normal, är beräkningsformeln för induktiv ström som följer:

i formeln: u_C0+ är systemets kapacitans mot mark under felborttagningsskedet; i_L0+ är induktiv ström genom systemets bågutjämnande spol under felborttagningsskedet; w är resonansvinkelfrekvensen. Baserat på ovanstående analys, är de påverkande faktorerna på jordtransformatorns driftsegenskaper olika under olika steg av systemets ensidiga jorderfel, som visas i Tabell 1.

2 Konstruktion och verifiering av simuleringen
2.1 Modellkonstruktion
Upprättandet av simuleringen baseras på parametrarna för jordtransformatorn i en viss region, som detaljerats i Tabell 2. Parametrarna för kabellinjen visas i Tabell 3.

2.2 Verifiering av modellen

Under modellverifiering, för att säkerställa äktheten och giltigheten av forskningen, kan ett ensidigt jorderfel i systemet sättas upp 4 km från 1 A kabellinje och 10 kV bus. Felfasvinkeln tar 90° som referens. Använd den konstruerade simuleringen för att få nollsekvensströmmen i olika linjer i systemets ensidiga jorderfel, som detaljerats i Tabell 4.

När ett ensidigt jorderfel inträffar i systemet, är beräkningsformeln för kapacitiv ström i olika linjer av jordtransformatorn:

Kombinerat med data i Tabell 4, när ett ensidigt jorderfel inträffar i systemet, är den maximala skillnaden mellan simuleringsvärdet av nollsekvensströmmen i ofelaktig linje och beräkningsvärdet av den faktiska kapacitans mot mark -0.848%, och det finns ingen signifikant skillnad.

3 Simulering och analys av driftsegenskaper
3.1 Påverkan av initial felfasvinkel

Under bågbränningsfasen, deformeras trefas-spänningarna betydligt. Fas A, B och C spänningar ökar, expanderar den initiala felfasvinkeln och ökar spänningsskavankhet. I den stabila fasen, minskar en större initial fasvinkel tid för trefas-spänningarnas stabilisering. Under felborttagningsskedet, trots olika initiala fasvinklar, ändras faserna konsekvent: Fas A stiger till normal amplitud; Fas B sjunker till normal; Fas C sjunker först under normal sedan stiger tillbaka. För strömmar: i den första bågbränningsfasen, minskar en större initial fasvinkel trefas-strömmens variation; i den stabila fasen, ökar den variationen; i felborttagningsskedet, är strömförändringar enhetliga oavsett initiala fasvinklar.

3.2 Påverkan av övergångsmotstånd

Under bågbränningsfasen av ett ensidigt jorderfel, ökar ett mindre övergångsmotstånd för jordtransformatorn trefas-spänningens variation; i den stabila fasen, förstärks spänningens variation (fas B och C amplitud är mindre). Under felborttagningsskedet, är trefas-spänningarna konsekventa under olika motstånd: Fas A når normal amplitud, Fas B sjunker till normal, och Fas C sjunker sedan stiger. För strömmar: i bågbränningsfasen, ökar ett mindre motstånd trefas-strömmens amplitud. Den första fasen (stort motstånd) har liten strömamplitud; den andra (lågt motstånd) har stor amplitud; i den tredje fasen, med bågutjämnande spol stoppad, sjunker Fas A och C strömmar först sedan stiger till normal.

4 Slutsats

Ett ensidigt jorderfel i understationssystemet ökar trefas-strömmar på jordtransformatorns sida (konsekventa faser, ingen skada på utrustning). För att säkerställa stabil och säker strömförsörjning, förstå transformatorns drift och faktorers påverkan efter fel. Eftersom understationsdrift påverkas av flera faktorer, bör energiföretag prioritera systeminspektioner, förbättra inspektionsarbete, säkerställa distributionslinjens drift, lösa ensidiga jorderfel och stödja dagligt liv.