probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2021-23-5-71-85probener-1985Research ArticleЭНЕРГЕТИКАPOWER ENGINEERINGАнализ работы устройств релейной защиты в переходном режиме, сопровождающемся насыщением трансформатора токаThe.main types of wind turbines-generators in the power supply systemНовобрицкийВ. А.NovobritskyV. A.

Новобрицкий Владислав Александрович – аспирант

г. Иркутск

Vladislav A. Novobritskiy

Irkutsk

novobritsky.va@gmail.comФедосовД. С.FedosovD. S.

Федосов Денис Сергеевич – канд.техн. наук, доцент, заведующий кафедрой электрических станций, сетей и систем

г. Иркутск

Denis S. Fedosov

Irkutsk

fedosov_ds@istu.eduИркутский национальный исследовательский технический университетРоссияIrkutsk National Research Technical UniversityRussian Federation2021090120222357185Copyright © Новобрицкий В.А., Федосов Д.С., 20222022Новобрицкий В.А., Федосов Д.С.Novobritsky V.A., Fedosov D.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.energyret.ru/jour/article/view/1985ЦЕЛЬ

ЦЕЛЬ. Рассмотреть проблему работы релейной защиты в переходных режимах, сопровождающихся насыщением трансформатора тока.

МЕТОДЫ

МЕТОДЫ. В работе применяется метод имитационного моделирования, сформированный в программной среде MATLAB Simulink. Для реализации графического представления результатов применяется метод разделения переменных.

РЕЗУЛЬТАТЫ

РЕЗУЛЬТАТЫ. На основании проведенного исследования выявлено, что при применении требований стандарта ГОСТ Р 58669-2019, в котором регламентируются наихудшая комбинация ряда неблагоприятных факторов для трансформаторов тока в переходном режиме, функционирование трансформатора тока в таком состоянии может оказать серьёзное влияние на корректность работы релейной защиты, основанной на токовом, дистанционном или дифференциальном принципе действия. Насыщение трансформатора тока может приводить как ложной работе устройств релейной защиты, так и к отказу их срабатывания.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. По результатам исследования определено, что наибольшее влияние на работу защиты оказывает наличие апериодической составляющей в первичном токе короткого замыкания. Задержки восстановления действующего значения тока КЗ достигали до 0,3 сек, что сопоставимо со временем срабатывания вторых ступеней защит для микропроцессорных устройств релейной защиты. Наибольшее содержание тока намагничивания, наибольшая угловая погрешность, а также наибольшее содержание второй гармонической составляющей во вторичном токе КЗ наблюдались именно при больших значениях постоянной времени апериодической составляющей первичного тока и наличии остаточной магнитной индукции трансформатора тока.

THE PURPOSE

THE PURPOSE. This paper considers the problem of relay protection functioning when the current transformer reaches the saturation mode which is provided by transient processes.

METHODS

METHODS. MATLAB Simulink software environment allows reproducing the method of statespace representation by using structural blocks. The model is verified by comparison the time to saturation, obtained by calculation and according to the graphical data of the model. The separation of variables method extracts and graphically displays the investigated components.

RESULTS

RESULTS. This paper reveals that applying the requirements of IEC 61869-2:2012 standard, which determines the worst combination of series of unfavorable factors for current transformers in transient mode, can influence a serious impact on the correct operation of relay protection based on current, reactance or differential principle of action. Saturation of the current transformer can lead to both negative results: false operation of relay protection devices and their failure.

CONCLUSION

CONCLUSION. According to the results of the study, it was determined that the presence of a DC component in the primary short-circuit current has the greatest effect on the protection operation. The delays in the restoration of the RMS value of the short-circuit current reached up to 0.3 seconds, which is comparable with the response time of the second protection zones for microprocessor-based relay protection devices. The DC component of the primary current and the presence of residual magnetic induction of the current transformer provides the largest content of the magnetization current, the largest angular error and also the largest content of the second harmonic component in the secondary short-circuit current.

Трансформатор токарелейная защитаапериодическая составляющаяостаточная намагниченностьвремя до насыщенияток намагничиваниявторая гармоникаPRTPZTPYCurrent transformerrelay protectionDC componentresidual magnetizationtime to saturationsecond harmonicPRTPZTPYИсследования выполнены при финансовой поддержке по гранту государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект No FZZS-2020-0039)The research was carried out with financial support under the grant of the state assignment of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (project no. FZZS-2020-0039)ReferencesDragan Ristanovic, Terry Tadlock, Gautami Bhatt, Current Transformers in Protection Applications: The ANSI and International Electrotechnical Commission Standards, Industry Applications journal IEEE. 2021. V. 27. no. 5. pp. 47-57.Dragan Ristanovic, Terry Tadlock, Gautami Bhatt, Current Transformers in Protection Applications: The ANSI and International Electrotechnical Commission Standards, Industry Applications journal. IEEE. 2021;27(5):47-57.Румянцев Ю.В. и др. Цифровой измерительный орган тока для функционирования в условиях глубокого насыщения трансформатора тока // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2018. Т. № 6. С. 483–493.Rumiantsev YuV, Romaniuk FA, Rumiantsev VYu, et al. Digital Current Measurement Element for Operation During Current Transformer Severe Saturation. ENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations. 2018;61(6):483-493. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2018-61-6-483-493Дмитриев М.В. Моделирование переходных процессов в электрической сети, содержащей трансформаторы при учете конфигурации их магнитной системы / М. В. Дмитриев, Г. А. Евдокунин // Известия РАН. Энергетика. 2009. №2. С. 37-48Dmitriev MV and Evdokunin GA. Modeling transient processes in an electric grid containing transformers when taking account of the configuration of their magnetic system. Izv. RAN. Énergetika.2009;2:37-48.Naseri F., Kazemi Z., Arefi M.M, et al. Fast discrimination of transformer magnetizing current from internal faults: An extended Kalman filter-based approach. IEEE Trans. Power Del. 2018.V. 33. no. 1. pp. 110-118.Naseri F, Kazemi Z, Arefi MM. Fast discrimination of transformer magnetizing current from internal faults: An extended Kalman filter-based approach. IEEE Trans. Power Del. 2018;33(1):110-118.Баженов Н.Г., Антипанова И.С. Математическое описание электромагнитных процессов в трансформаторах. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2015. Т.(1-2). С. 107-114.Bagenov NG, Antipanova IS. The mathematical description of electromagnetic processes in the transformers. Power engineering: research, equipment, technology. 2015;(1-2):107-114. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2015-0-1-2-107-114Глухов В.П., Дроздов В.А. О возможности обобщения характеристик перемагничивания массивных ферромагнитных сердечников. Изв. АН Латв.ССР. Сер. физ. и техн. наук. 1975. № 4. 79-87.Glukhov VP, Drozdov VA. The possibility of generalizing the characteristics of magnetization reversal of massive ferromagnetic cores. Izv. Academy of Sciences of the Latvian SSR. Ser. physical and tech. science, 1975.Сафин А.Р., Behera R.K. Аддитивное производство и оптимизация топологии магнитных материалов для электрических машин. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2021. Т. 23(3). С. 14-33.Safin AR, Behera RK. Additive manufacturing and topology optimization of magnetic materials for electrical machines. Power engineering: research, equipment, technology. 2021;23(3):14-33. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2021-23-3-14-33.Кужеков С.Л., Дегтярев А.А., Воробьёв В.С., и др. Определение времени до насыщения трансформаторов тока в переходных режимах коротких замыканий // Электрические станции. 2017. № 1 (1026). С. 42-47.Kuzhekov S, Degtyarev A, Vorob’ev V, et al. Determination of the time-to-saturation of current transformers in short-circuit transient regimes. Power Technology and Engineering. 2017 :51(2):234-239.Khalyasmaa A.I., Senyuk M.D., & Eroshenko S.A. (2021). Analysis of the State of HighVoltage Current Transformers Based on Gradient Boosting on Decision Trees. IEEE Transactions on Power Delivery.36(4). pp.2154-2163D. Yarymbash, M. Kotsur, S. Yarymbash, I. Kylymnyk, T. Divchuk. Electromagnetic Properties Determination Of Electrical Steels, Advanced Trends in Radioelectronics Telecommunications and Computer Engineering (TCSET) 2020 IEEE 15th International Conference on. 2020. pp. 185-189.Khalyasmaa AI, Senyuk MD, & Eroshenko SA. (2021). Analysis of the State of High- Voltage Current Transformers Based on Gradient Boosting on Decision Trees. IEEE Transactions on Power Delivery. 36(4), 2154.[9186646]. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2020.3021702.Новожилов М.А., Пионкевич В.А. MATLAB в электроэнергетике. Иркутск: Изд-во ИРНИТУ. 2016. 246 с.Yarymbash D, Kotsur M, Yarymbash S, et al. Electromagnetic Properties Determination Of Electrical Steels, Advanced Trends in Radioelectronics Telecommunications and Computer Engineering (TCSET). 2020 IEEE 15th International Conference on. pp. 185-189 2020.Hargrave A., Thompson M. J. and Heilman B. Beyond the knee point: a practical guide to CT saturation. 71st Annual Conference for Protective Relay Engineers. 2018. pp. 1-23.Novozhilov M and Pionkevich V. Development and study of mathematical models of three-phase bridge rectifiers and inverters, Proceedings of Irkutsk State Technical University (Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta), 2019;23(3):553-574.Fallahi A., Ramezani N. (Asst. Prof. Ph.D.) & I. Ahmadi (Asst. Prof. Ph.D.) (2016) Current Transformers’ Saturation Detection and Compensation Based on Instantaneous Flux Density Calculations, Automatika, 57. V.4. 1070-1078.Hargrave A, Thompson MJ. and Heilman B. Beyond the knee point: a practical guide to CT saturation. 71st Annual Conference for Protective Relay Engineers, pp. 1-23, 2018.Сафонов Е.П., Фролов В.Я. Особенности переходных процессов в генераторных цепях мощных электротехнических комплексов. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2021. Т. 23(1). С. 105-118.Fallahi A, Ramezani N. Asst. Prof. Ph.D.) & I. Ahmadi (Asst. Prof. Ph.D.) (2016) Current Transformers Saturation Detection and Compensation Based on Instantaneous Flux Density Calculations. Automatika. 57:4;1070-1078. doi: 10.7305/automatika. 2017.04.1555.Kuzhekov S.L., Degtyarev A.A., Doni N.A., et al. Analysis of the non-selective actions of differential collecting busbar protection during external single-phase short circuits with saturation of the current transformer in an fault-free phase. Rel. Zashch. Avtomat. 2019. No. 1. 28-36.Safonov EP, Frolov VYa. Features of fault transient's in generator network of powerful electric power stations. Power engineering: research, equipment, technology. 2021;23(1):105-118. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2021-23-1-105-118.Altuve H.J., Fischer N., Benmouyal G., & Finney D. (2013).Sizing current transformers for line protection applications. 2013 66th Annual Conference for Protective Relay Engineers.Kuzhekov SL, Degtyarev AA, Doni NA, et al. Analysis of the non-selective actions of differential collecting busbar protection during external single-phase short circuits with saturation of the current transformer in an fault-free phase. Rel. Zashch. Avtomat. 2019;1:28-36.Куликов А.Л., Вуколов В.Ю., Колесников А.А., и др. Дифференциальная защита шин 110-220 кВ с применением метода двойной записи. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2017. Т. 19(11-12). С. 21-31.Altuve HJ, Fischer N, Benmouyal G, & Finney D. (2013).Sizing current transformers for line protection applications. 2013 66th Annual Conference for Protective Relay Engineers. doi:10.1109/cpre.2013.6822025.Kulikov AL, Vukolov VYu, Kolesnikov AA, et al. Differential protection of busbar 110-220 kV with application of method of double entry. Power engineering: research, equipment, technology. 2017;19(11-12):21-31. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2017-19-11-12-21-31.Kulikov AL, Vukolov VYu, Kolesnikov AA, et al. Differential protection of busbar 110-220 kV with application of method of double entry. Power engineering: research, equipment, technology. 2017;19(11-12):21-31. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2017-19-11-12-21-31.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.