Аналіз роботи заземлюючого трансформатора при однофазних коротких замиканнях на землю в системі
1 Теоретичний аналіз
У розподільних мережах заземлювальні трансформатори виконують дві ключові функції: живлення низьковольтних навантажень та підключення катушок загасування дуг на нейтраль для захисту від заземлення. Помилки заземлення, найпоширеніша помилка у розподільних мережах, сильно впливають на характеристики роботи трансформаторів, спричинюючи гострі зміни електромагнітних параметрів та стану.Для вивчення динамічного поведінки трансформаторів при однофазних помилках заземлення будується ця модель: Припустимо, що внутрішні характеристики трансформатора залишаються стабільними під час однофазних помилок на стороні низького напруги. Потім, виводяться його правила роботи через механізм компенсації катушки загасування дуг. Відповідні матеріали включають: Рисунок 1 (фізична структура трансформатора), Рисунок 2 (еквівалентна схема системи при однофазній помилці) та Рисунок 3 (еквівалентна схема роботи трансформатора).
u позначає напругу віртуального джерела живлення, і його формула обчислення така:
В формулі:Um є амплітуда напруги шини; w0 є кутова частота промислової частоти; w0 є кут фази напруги, який генерується після того, як система досі однофазну помилку заземлення. Під час помилки на стадії горіння дуги, струм iL катушки загасування дуги є:
У формулі: δ1 є фактор затухання; IL позначає амплітуду струму системи та індуктивності; R1 є еквівалентне опору основного трансформатора та лінійної петлі; e є кут фази напруги, коли виникає однофазна помилка заземлення; L позначає нульову послідовну індуктивність заземлювального трансформатора та індуктивність катушки загасування дуг.
Існує кореляція між індуктивним струмом та ступенем настроювання в катушці загасування дуг, і можна отримати наступну формулу:
У формулі:iC є компенсований струм заземлення; C є ємність до землі розподільної лінії; v є ступінь настроювання системи підстанції. Коли однофазна помилка заземлення системи знаходиться у стабільному стані заземлення, індуктивний струм катушки загасування дуг наближається до стабільного стану.
Об'єднавши вищезазначені аналізи, можна отримати наступне рівняння:
У формулі:RL є еквівалентне опору основного трансформатора та лінійної петлі (оригінальне "еквівалентна індуктивність" ймовірно помилка; виправлена до "еквівалентне опору" на основі логіки схеми; якщо це дійсно індуктивність, залишити символ LL); w0 є кутова частота промислової частоти.
Формулу (4) можна підставити в формулу (5) для обчислення індуктивного струму, і отримаємо наступну формулу:
З поєднанням формули (6), під час стадії загасування дуги, індуктивність катушки загасування дуг та ємність до землі розподільної лінії підключено паралельно, і струм системи є однорідним. Після повернення індуктивного струму до норми, формула для обчислення індуктивного струму така:
У формулі: uC0+є напруга ємності до землі системи під час стадії загасування дуги; iL0+ є індуктивний струм, що проходить через катушку загасування дуг системи під час стадії загасування дуги; w є резонансна кутова частота. На основі вищезазначеного аналізу, на різних стадіях однофазної помилки заземлення системи, фактори, що впливають на характеристики роботи заземлювального трансформатора, різні, як детально показано в таблиці 1.
2 Створення та перевірка моделі симуляції
2.1 Створення моделі
Створення моделі симуляції базується на параметрах заземлювального трансформатора в певному регіоні, як детально показано в таблиці 2. Параметри кабельної лінії наведено в таблиці 3.
2.2 Перевірка моделі
При перевірці моделі, для забезпечення достовірності та валідності дослідження, можна встановити однофазну помилку заземлення системи на відстані 4 км від кабельної лінії 1 A та шини 10 кВ. Кут фази помилки береться за відлік 90°. Використовуючи побудовану модель симуляції, отримуються нуль-послідовні струми різних ліній при однофазній помилці заземлення системи, як детально показано в таблиці 4.
При виникненні однофазної помилки заземлення системи, формула обчислення ємного струму різних ліній заземлювального трансформатора така:
З поєднанням даних таблиці 4, при виникненні однофазної помилки заземлення системи, максимальна помилка між значенням симуляції нуль-послідовного струму невинуватої лінії та обчисленим значенням реального ємного струму становить -0.848%, і немає значних відмінностей.
3 Симуляційний аналіз характеристик роботи
3.1 Вплив початкового кута фази помилки
На стадії горіння дуги, трифазні напруги значно деформуються. Напруги фаз A, B і C зростають, розширюючи початковий кут фази помилки та збільшуючи деформацію напруги. У стабільному стані, більший початковий кут фази скорочує час стабілізації трифазних напруг. На стадії загасування дуги, незалежно від початкових кутів фаз, зміни напруг фаз є однаковими: напруга фази A зростає до нормального амплітуди; напруга фази B опускається до нормального; напруга фази C спочатку опускається нижче нормального, потім зростає назад. Для струмів: на першій стадії горіння дуги, більший початковий кут фази зменшує зміну трифазних струмів; у стабільному стані, він збільшує зміну; на стадії загасування дуги, зміни струмів є однаковими незалежно від початкових кутів фаз.
3.2 Вплив переходного опору
На стадії горіння дуги при однофазній помилці заземлення, менший переходний опір заземлювального трансформатора збільшує зміну трифазних напруг; у стабільному стані, він збільшує зміну напруг (амплітуди фаз B і C менші). На стадії загасування дуги, трифазні напруги є однаковими при різних опорах: напруга фази A досягає нормального амплітуду, напруга фази B опускається до нормального, напруга фази C спочатку опускається, потім зростає. Для струмів: на стадії горіння дуги, менший опір збільшує амплітуду трифазних струмів. На першій стадії (великий опір) амплітуда струму мала; на другій (малий опір) велика; на третьому етапі, коли катушка загасування дуги зупинена, струми фаз A і C спочатку опускаються, потім зростають до нормального.
4 Висновки
Однофазна помилка заземлення в системі підстанції збільшує трифазні струми на стороні заземлювального трансформатора (фази збігаються, без шкоди для обладнання). Для забезпечення стабільного та безпечного надходження електроенергії, необхідно зрозуміти роботу трансформатора та вплив факторів після помилок. Оскільки робота підстанції залежить від багатьох факторів, енергетичні підприємства повинні приділити пріоритет перевіркам систем, покращити роботу з перевірок, забезпечити роботу розподільних ліній, вирішити проблеми однофазного заземлення та підтримувати повсякденне життя.
