Pagsusuri ng Pag-uugali ng Grounding Transformer sa Ilalim ng mga Kondisyon ng System Single-Phase-to-Ground Fault

1 Pagsusuri sa Teorya

Sa mga network ng distribusyon, ang mga grounding transformer ay may dalawang pangunahing tungkulin: pagbibigay ng lakas sa mga mababang-voltage na load at pagsasama ng mga arc-suppression coils sa neutrals para sa proteksyon sa pag-ground. Ang mga grounding fault, ang pinakakaraniwang klase ng pagkakamali sa network ng distribusyon, ay malaking epekto sa mga operating characteristics ng mga transformer, nagdudulot ng matinding pagbabago sa electromagnetic parameters at status.Upang pag-aralan ang dynamic behaviors ng mga transformer sa ilalim ng single-phase grounding faults, itayo ang modelong ito: Isipin na ang inherent characteristics ng isang transformer ay nananatiling stable sa panahon ng single-phase faults sa mababang-voltage side. Pagkatapos, deduce ang kanyang mga operating rules gamit ang compensation mechanism ng arc-suppression coil. Ang mga relevant na materyales ay kinabibilangan ng: Figure 1 (physical structure ng transformer), Figure 2 (system equivalent circuit sa ilalim ng single-phase fault), at Figure 3 (transformer operational equivalent circuit).

u ay kumakatawan sa voltage ng virtual power source, at ang formula nito ay:

Sa formula:U_m ay ang amplitude ng voltage ng bus; w₀ ay ang power-frequency angular frequency; w₀ ay ang phase angle ng voltage na lumilikha pagkatapos ng system na makaranas ng single-phase grounding fault. Sa panahon ng fault sa arc-burning stage, ang current i_L ng arc-suppression coil ay:

Sa formula: δ1 ay ang attenuation factor; IL kumakatawan sa amplitude ng system current at inductance; R1 ay ang equivalent resistance ng main transformer at line-mode loop; e ay ang phase angle ng voltage kapag nangyari ang single-phase grounding fault; L ay tumutukoy sa zero-sequence inductance ng grounding transformer at inductance ng arc-suppression coil.

May correlation ang inductive current at detuning degree sa arc-suppression coil, at maaaring makuha ang sumusunod na formula:

Sa formula:i_C ay ang compensated grounding current; C ay ang capacitance-to-ground ng distribution line; v ay ang detuning degree ng substation system. Kapag ang single-phase grounding fault ng system ay nasa stable grounding state, ang inductive current ng arc-suppression coil ay naging stable.

Kombinado ang nabanggit na analisis, maaaring makuha ang sumusunod na equation:

Sa formula:R_L ay ang equivalent resistance ng main transformer at line-mode loop (ang orihinal na “equivalent inductance” ay posibleng typo; in-corrected to “equivalent resistance” batay sa circuit logic; kung ito ay talagang inductance, panatilihin ang symbol L_L); w₀ ay ang power-frequency angular frequency.

Ang formula (4) ay maaaring isubstitute sa formula (5) upang kalkulahin ang inductive current, at makuha ang sumusunod na formula:

Kombinado ang Formula (6), sa panahon ng arc-extinction stage ng fault, ang inductance ng arc-suppression coil at ang capacitance-to-ground ng distribution line ay konektado sa series, at ang system current ay uniform. Pagkatapos bumalik ang inductive current sa normal, ang calculation formula para sa inductive current ay gaya ng sumusunod:

Sa formula: u_C0+ay ang capacitance-to-ground voltage ng system sa panahon ng arc-extinction stage; i_L0+ ay ang inductive current na lumiliko sa arc-suppression coil ng system sa panahon ng arc-extinction stage; w ay ang resonant angular frequency. Batay sa nabanggit na analisis, sa iba't ibang yugto ng single-phase grounding fault ng system, ang mga nakakaapektong factors sa operating characteristics ng grounding transformer ay iba-iba, tulad ng ipinapakita sa Table 1.

2 Pagtatayo at Pag-verify ng Simulation Model
2.1 Pagtatayo ng Modelo
Ang pagtatayo ng simulation model ay batay sa mga parameter ng grounding transformer sa isang tiyak na rehiyon, tulad ng detalyadong ipinapakita sa Table 2. Ang mga parameter ng cable line ay ipinapakita sa Table 3.

2.2 Pag-verify ng Modelo

Sa pag-verify ng modelo, upang siguruhin ang authenticity at validity ng pag-aaral, maaaring itakda ang single-phase grounding fault ng system sa lugar na 4 km ang layo mula sa 1 A cable line at 10 kV bus. Ang fault phase angle ay kinukuha ang 90° bilang reference. Gamitin ang nabuong simulation model upang makuha ang zero-sequence currents ng iba't ibang lines sa system's single-phase grounding fault, tulad ng detalyadong ipinapakita sa Table 4.

Kapag nangyari ang single-phase grounding fault sa system, ang calculation formula para sa capacitive current ng iba't ibang lines ng grounding transformer ay:

Kombinado ang data sa Table 4, kapag nangyari ang single-phase grounding fault sa system, ang maximum error sa pagitan ng simulation value ng zero-sequence current ng non-faulty line at ang calculated value ng actual capacitance-to-ground current ay -0.848%, at walang significant difference.

3 Simulation Analysis ng Operating Characteristics
3.1 Impluwensya ng Fault Initial Phase Angle

Sa arc-burning stage, ang tatlong-phase voltages ay may malaking deformation. Ang Phase A, B, at C voltages ay tumaas, nagpapalaganap ng initial fault phase angle at nagdudulot ng mas mataas na voltage distortion. Sa stable stage, ang mas malaking initial phase angle ay nagpapakonti ng three-phase voltage stabilization time. Sa arc-extinction stage, bagaman may iba't ibang initial phase angles, ang phase voltages ay nagbabago nang consistent: Ang Phase A ay tumaas hanggang normal amplitude; ang Phase B ay bumaba hanggang normal; ang Phase C ay unang bumaba sa ibaba ng normal bago tumaas muli. Para sa currents: Sa unang arc-burning stage, ang mas malaking initial phase angle ay nagpapakonti ng three-phase current variation; sa stable stage, ito ay nagpapalaki ng variation; sa arc-extinction stage, ang current changes ay uniform kahit anong initial phase angles.

3.2 Impluwensya ng Transition Resistance

Sa arc-burning stage ng single-phase grounding fault, ang mas maliit na transition resistance ng grounding transformer ay nagpapalaki ng three-phase voltage variation; sa stable stage, ito ay nagpapalaki ng voltage variation (mas maliit ang amplitudes ng Phase B at C). Sa arc-extinction stage, ang three-phase voltages ay consistent sa iba't ibang resistances: Ang Phase A ay umabot sa normal amplitude, ang Phase B ay bumaba hanggang normal, at ang Phase C ay unang bumaba bago tumaas. Para sa currents: Sa arc-burning stage, ang mas maliit na resistance ay nagpapalaki ng three-phase current amplitude. Ang unang yugto (malaking resistance) ay may maliit na current amplitude; ang pangalawa (maliit na resistance) ay may malaking amplitude; sa pangatlong yugto, kasabay ng pag-stop ng arc-suppression coil, ang Phase A at C currents ay unang bumaba bago tumaas hanggang normal.

4 Conclusion

Ang single-phase grounding fault sa substation system ay nagpapalaki ng three-phase currents sa grounding transformer side (consistent phases, walang pinsala sa equipment). Upang matiyak ang stable at ligtas na power supply, unawain ang operation ng transformer at ang mga epekto ng factors pagkatapos ng faults. Dahil ang operasyon ng substation ay naapektuhan ng maraming factors, ang mga power enterprises ay dapat bigyan ng prayoridad ang system inspections, i-improve ang inspection work, matiyak ang operasyon ng distribution line, at resolbahin ang single-phase grounding faults upang suportahan ang pang-araw-araw na buhay.