Анализ работы устройств релейной защиты в переходном режиме, сопровождающемся насыщением трансформатора тока

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

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

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. 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.

1. Dragan 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.

2. 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.

3. Дмитриев 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. 37-48

4. 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.

5. 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.

6. Глухов 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. Новожилов М.А., Пионкевич В.А. MATLAB в электроэнергетике. Иркутск: Изд-во ИРНИТУ. 2016. 246 с.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.