Phân tích Hành vi Hoạt động của Biến áp Đặt Đất dưới Điều kiện Hư Cầu Một Pha đến Đất trong Hệ thống

1 Phân tích Lý thuyết

Trong mạng phân phối, biến áp nối đất đóng hai vai trò chính: cung cấp điện cho tải điện áp thấp và kết nối cuộn dây triệt hồ quang tại trung tính để bảo vệ nối đất. Lỗi nối đất, là lỗi phổ biến nhất trong mạng phân phối, tác động nặng nề đến đặc tính hoạt động của biến áp, gây ra sự thay đổi đột ngột các thông số điện từ và trạng thái.Để nghiên cứu hành vi động của biến áp dưới lỗi nối đất một pha, xây dựng mô hình sau: Giả sử các đặc tính cố hữu của biến áp giữ ổn định trong quá trình lỗi một pha ở phía điện áp thấp. Sau đó, suy diễn quy tắc hoạt động của nó thông qua cơ chế bù của cuộn dây triệt hồ quang. Các tài liệu liên quan bao gồm: Hình 1 (cấu trúc vật lý của biến áp), Hình 2 (đường dẫn tương đương hệ thống dưới lỗi một pha) và Hình 3 (đường dẫn tương đương hoạt động của biến áp).

u đại diện cho điện áp nguồn ảo, và công thức tính của nó là:

Trong công thức:U_m là biên độ điện áp của bus; w₀ là tần số góc công suất; w₀ là góc pha điện áp được tạo ra sau khi hệ thống gặp lỗi nối đất một pha. Trong giai đoạn lỗi có hồ quang, dòng điện i_L của cuộn dây triệt hồ quang là:

Trong công thức: δ1 là hệ số suy giảm; IL đại diện cho biên độ dòng điện và độ tự cảm của hệ thống; R1 là điện trở tương đương của biến áp chính và mạch dòng chếch; e là góc pha điện áp khi xảy ra lỗi nối đất một pha; L đánh dấu độ tự cảm thứ tự không của biến áp nối đất và độ tự cảm của cuộn dây triệt hồ quang.

Có mối tương quan giữa dòng điện cảm ứng và độ lệch điều chỉnh trong cuộn dây triệt hồ quang, và công thức sau có thể được suy ra:

Trong công thức:i_C là dòng điện nối đất được bù; C là điện dung đến đất của đường dây phân phối; v là độ lệch điều chỉnh của hệ thống trạm biến áp. Khi lỗi nối đất một pha của hệ thống ở trạng thái nối đất ổn định, dòng điện cảm ứng của cuộn dây triệt hồ quang có xu hướng ổn định.

Kết hợp với phân tích trên, phương trình sau có thể được suy ra:

Trong công thức:R_L là điện trở tương đương của biến áp chính và mạch dòng chếch (thông tin gốc "độ tự cảm tương đương" có thể là lỗi đánh máy; được sửa thành "điện trở tương đương" dựa trên logic mạch; nếu đúng là độ tự cảm, giữ nguyên ký hiệu L_L); w₀ là tần số góc công suất.

Công thức (4) có thể được thay vào công thức (5) để tính dòng điện cảm ứng, và công thức sau được thu được:

Kết hợp với Công thức (6), trong giai đoạn tắt hồ quang, độ tự cảm của cuộn dây triệt hồ quang và điện dung đến đất của đường dây phân phối được kết nối串联继续

kết nối chuỗi, và dòng điện hệ thống đồng đều. Sau khi dòng điện cảm ứng trở lại bình thường, công thức tính dòng điện cảm ứng như sau:

Trong công thức: u_C0+ là điện áp điện dung đến đất của hệ thống trong giai đoạn tắt hồ quang; i_L0+ là dòng điện cảm ứng chảy qua cuộn dây triệt hồ quang của hệ thống trong giai đoạn tắt hồ quang; w là tần số góc cộng hưởng. Dựa trên phân tích trên, ở các giai đoạn khác nhau của lỗi nối đất một pha của hệ thống, các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính hoạt động của biến áp nối đất là khác nhau, cụ thể như được hiển thị trong Bảng 1.

2 Xây dựng và Kiểm tra Mô hình Mô phỏng
2.1 Xây dựng Mô hình
Việc thiết lập mô hình mô phỏng dựa trên các tham số của biến áp nối đất trong một khu vực cụ thể, chi tiết trong Bảng 2. Các tham số của đường dây cáp được hiển thị trong Bảng 3.

2.2 Kiểm tra Mô hình

Trong việc kiểm tra mô hình, để đảm bảo tính chân thực và hiệu quả của nghiên cứu, có thể đặt lỗi nối đất một pha của hệ thống ở vị trí cách 4 km từ đường dây cáp 1 A và bus 10 kV. Góc pha lỗi lấy 90° làm chuẩn. Sử dụng mô hình mô phỏng đã xây dựng để thu được các dòng điện thứ tự không của các đường dây khác nhau trong lỗi nối đất một pha của hệ thống, chi tiết trong Bảng 4.

Khi xảy ra lỗi nối đất một pha trong hệ thống, công thức tính dòng điện điện dung của các đường dây khác nhau của biến áp nối đất là:

Kết hợp với dữ liệu trong Bảng 4, khi xảy ra lỗi nối đất một pha trong hệ thống, sai số lớn nhất giữa giá trị mô phỏng của dòng điện thứ tự không của đường dây không bị lỗi và giá trị tính toán của dòng điện điện dung đến đất thực tế là -0.848%, và không có sự khác biệt đáng kể.

3 Phân tích Mô phỏng Đặc tính Hoạt động
3.1 Tác động của Góc Pha Ban đầu Của Lỗi

Trong giai đoạn hồ quang cháy, ba pha điện áp biến dạng đáng kể. Điện áp pha A, B và C tăng lên, mở rộng góc pha ban đầu và tăng sự méo điện áp. Trong giai đoạn ổn định, góc pha ban đầu lớn hơn sẽ rút ngắn thời gian ổn định điện áp ba pha. Trong giai đoạn tắt hồ quang, bất chấp các góc pha ban đầu khác nhau, điện áp pha thay đổi đồng nhất: Pha A tăng lên mức bình thường; Pha B giảm xuống mức bình thường; Pha C giảm xuống dưới mức bình thường rồi tăng trở lại. Đối với dòng điện: Trong giai đoạn hồ quang cháy đầu tiên, góc pha ban đầu lớn hơn giảm sự biến thiên dòng điện ba pha; trong giai đoạn ổn định, nó tăng sự biến thiên; trong giai đoạn tắt hồ quang, sự thay đổi dòng điện đồng nhất bất kể góc pha ban đầu.

3.2 Tác động của Điện Trở Chuyển Đổi

Trong giai đoạn hồ quang cháy của lỗi nối đất một pha, điện trở chuyển đổi nhỏ hơn của biến áp nối đất tăng sự biến thiên điện áp ba pha; trong giai đoạn ổn định, nó làm tăng sự biến thiên điện áp (biên độ pha B và C nhỏ hơn). Trong giai đoạn tắt hồ quang, điện áp ba pha đồng nhất dưới các điện trở khác nhau: Pha A đạt mức bình thường, Pha B giảm xuống mức bình thường, và Pha C giảm rồi tăng. Đối với dòng điện: Trong giai đoạn hồ quang cháy, điện trở nhỏ hơn tăng biên độ dòng điện ba pha. Giai đoạn đầu (điện trở lớn) có biên độ dòng điện nhỏ; giai đoạn thứ hai (điện trở nhỏ) có biên độ lớn; trong giai đoạn thứ ba, với cuộn dây triệt hồ quang dừng, dòng điện pha A và C giảm rồi tăng trở lại mức bình thường.

4 Kết luận

Lỗi nối đất một pha trong hệ thống trạm biến áp tăng cường dòng điện ba pha ở phía biến áp nối đất (cùng pha, không gây hại cho thiết bị). Để đảm bảo cung cấp điện ổn định và an toàn, cần hiểu rõ hoạt động của biến áp và các tác động sau khi xảy ra lỗi. Do hoạt động của trạm biến áp bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, các doanh nghiệp điện lực nên ưu tiên kiểm tra hệ thống, cải thiện công tác kiểm tra, đảm bảo vận hành đường dây phân phối, giải quyết lỗi nối đất một pha, và hỗ trợ cuộc sống hàng ngày.