Разработка упрощенной модели трансформатора тока для исследования работы релейной защиты в переходных режимах

Целью работы является создание упрощенной модели трансформатора тока на основе данных его вольтамперной характеристики. Данная модель применима для исследования работы релейной защиты в переходных режимах, когда не требуется высокой точности, в том числе учета гистерезиса магнитопровода трансформатора тока. Модель разработана в среде MATLAB Simulink с применением элементов библиотек SimPowerSystems и Simscape. В модели используются данные о коэффициенте трансформации и вольтамперной характеристике, снятой при эксплуатационных испытаниях трансформатора тока. В ходе расчетных экспериментов на нелинейном сопротивлении установлено, что для моделирования трансформатора тока можно использовать вольтамперную характеристику не в мгновенных, а в действующих значениях тока и напряжения. Смоделированы режимы с номинальными токами в обмотках трансформатора тока для проверки коэффициента трансформации, режимы с разомкнутой вторичной обмоткой и режимы с насыщением трансформатора тока за счет увеличения вторичной нагрузки, повышения кратности первичного тока и наличия апериодического тока в начальный момент переходного процесса. Установлено, что модель трансформатора тока позволяет корректно имитировать все указанные режимы. Для верификации модели выполнено снятие осциллограмм вторичного тока на реальных трансформаторах тока 10 кВ при известном первичном токе и их сравнение с расчетными осциллограммами на модели. Расхождение между результатами расчетного и натурного экспериментов составило не более 10% в амплитудных значениях, при этом получено качественное совпадение графиков токов на модели и у реального трансформатора тока. Основным преимуществом разработанной модели является то, что для ее задания не требуется информация о сечении магнитопровода, длине силовой линии, марке стали и числах витков обмоток трансформатора тока.

1. Илюшин П.В., Небера А.А., Федоров О.А. Перспективы развития и инструменты автоматизации задач эксплуатации устройств РЗА // Релейная защита и автоматизация. 2017. № 2. С. 28–37.

2. Долбилова Е.Г., Наконечный М.В. Основные направления развития систем релейной защиты и автоматики, проблемы и недостатки в микропроцессорной защите // Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке. 2012. Т. 1. С. 101–105.

3. Одинаев И.Н., Мурзин П.В., Паздерин А.В., Тащилин В.А., Шукало А. Анализ математических методов снижения погрешности трансформатора тока в режиме насыщения // Электротехнические системы и комплексы. 2020. № 2. С. 11–18. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2020-2(47)-11-18

4. Кужеков С.Л., Дегтярев А.А., Чередниченко К.В. Об обеспечении необходимой точности работы защитных трансформаторов тока в переходных режимах // Электрические станции. 2015. № 5. С. 53–60.

5. Кужеков С.Л., Дегтярев А.А., Дони Н.А., Шурупов А.А., Петров А.А., Костарев Л.Н. [и др.]. Анализ неселективных действий дифференциальных защит сборных шин при внешних однофазных коротких замыканиях с насыщением трансформатора тока в неповрежденной фазе // Релейная защита и автоматизация. 2019. № 1. С. 28–36.

6. Hunt R., Schaefer J., Bentert B. Practical experience in setting transformer differential inrush restraint // 61st Annual Conference for Protective Relay Engineers (TX, 1–3 April 2008). TX: IEEE, 2008. P. 118–141. https://doi.org/10.1109/CPRE.2008.4515051

7. Gorji R.T., Hosseini S.M., Abdoos A.A., Ebadi A. A hybrid intelligent method for compensation of current transformers saturation based on PSO-SVR // Periodica Polytechnica Electrical Engineering and Computer Science. 2021. Vol. 65. No. 1. P. 53–61. https://doi.org/10.3311/PPee.16248

8. Zheng Yuping, Wu Tonghua, Hong Feng, Yao Gang, Chai Jimin, Wei Zhinong. Transmission line distance protection under current transformer saturation // Journal of Modern Power Systems and Clean Energy. 2021. Vol. 9. Iss. 1. P. 68–76.

9. https://doi.org/10.35833/MPCE.2019.000095

10. Zaytseva N., Fedosov D. Development of an algorithm for improving the reliability of digital differential protection in transient modes // International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon) (Chelyabinsk, 22– 24 September 2020). Chelyabinsk: IEEE, 2020. P. 195– 199. https://doi.org/10.1109/UralCon49858.2020.9216232

11. Новаш И.В., Румянцев Ю.В. Реализация математической модели трехфазной группы трансформаторов тока в системе динамического моделирования // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2014. № 3. С. 19–28.

12. Миронюк Н.Е., Соболев А.С., Пудов В.И. Расчетная модель для оценки характеристик электромагнитных трансформаторов тока // Электричество. 2016. № 2. С. 19–28.

13. Kasztenny B., Mazereeuw J., DoCarmo H. CT saturation in industrial applications - analysis and application guidelines // 60th Annual Conference for Protective Relay Engineers (Texas, 27–29 March 2007). Texas: IEEE, 2008. P. 418–425. https://doi.org/10.1049/cp:20080074

14. Новожилов М.А., Пионкевич В.А. Разработка и исследование математических моделей трехфазных мостовых выпрямителей и инверторов // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2019. Т. 23. № 3. С. 553–574. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2019-3-553-574

15. Булатов Ю.Н., Крюков А.В., Суслов К.В., Полячкова М.А. Применение газотурбинной установки с прогностическими регуляторами в изолированной системе электроснабжения с асинхронной нагрузкой // Системы. Методы. Технологии. 2021. № 1. С. 48–54. https://doi.org/10.18324/2077-5415-2021-1-48-54

16. Новаш И.В., Румянцев Ю.В. Упрощенная модель трехфазной группы трансформаторов тока в системе динамического моделирования // Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. Энергетика. 2015. № 5. С. 23–38.

17. Тихонов А.И., Каржевин А.А., Подобный А.В., Дрязгов Д.Е. Разработка и исследование динамической модели однофазного трансформатора с сердечником из аморфной стали // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. 2019. Вып. 2. С. 43–51. https://doi.org/10.17588/2072-2672.2019.2.043-051

18. Etingov D.A., Fedosov D.S. Development of restraint algorithm for improvement of reliability of transformer differential protection during external short circuits // International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon) (Chelyabinsk, 1–3 October 2019). Chelyabinsk: IEEE, 2019. P. 388–393. https://doi.org/10.1109/URALCON.2019.8877653

19. Этингов Д.А., Федосов Д.С. Применение дифференциально-фазного принципа для повышения надежности дифференциальной защиты трансформатора // Электроэнергетика глазами молодежи – 2019: матер. юбилейной Х Междунар. науч.-техн. конф. (г. Иркутск, 16–20 сентября 2019 г). Иркутск: Изд-во ИРГТУ, 2019. С. 79–82.

20. Мазалева Н.Н., Горбенко Ю.М. Схемы замещения трансформаторов тока и трансреакторов // Вологдинские чтения. 2002. № 28. С. 15–17.

21. Tokić A., Milardić V., Kasumović M., Demirović D. Conversion of RMS into instantaneous transformer saturation characteristics – implementation in MATLAB/ SPS-ST // International Review of Electrical Engineering. 2019. Vol. 14. No. 5. Р. 367–374. https://doi.org/10.15866/iree.v14i5.17298

22. Кухарчук А.В., Живых А.А. Использование формата COMTRADE при анализе работы моделей MATLAB Simulink // Инновационные технологии: теория, инструменты, практика. 2018. Т. 1. С. 141–145.