Продукция
8 (835) 224 06 50
English

Распознавание витковых замыканий в автотрансформаторе методом локализации

Подробнее
Распознавание витковых замыканий в автотрансформаторе методом локализации

Мы публикуем статьи наших сотрудников с молодежной конференции Академии электротехнических наук Чувашской республики (АЭН ЧР) «Электротехника, электроэнергетика, электромеханика  2018», в ходе которой были рассмотрены актуальные вопросы развития релейной защиты и автоматизации, например, прозвучал доклад на тему «Распознавание витковых замыканий в автотрансформаторе методом локализации». Авторы данной статьи являются сотрудники компании Релематика: Смирнова И.В., Павлова К.В., Белянин А.А.

Аннотация. На сегодняшний день задача построения защит от витковых замыканий в обмотках автотрансформатора для релейной защиты остается актуальной. В данной работе исследуется применение метода локализации для распознавания витковых замыканий в автотрансформаторе.

Опасность витковых коротких замыканий (ВКЗ) в обмотках автотрансформатора (АТ) состоит в том, что, при несрабатывании или недостаточно быстром срабатывании защит, АТ может полностью выйти из строя из-за чрезмерного перегрева замкнутых накоротко витков. В связи с этим необходимо обеспечить высокую чувствительность защит к ВКЗ, а также быстрое отключение ими данного повреждения. В настоящее время основной защитой от ВКЗ является газовая защита АТ, которая имеет достаточную чувствительность к витковым повреждениям. Однако данная защита ввиду физических процессов, происходящих внутри бака АТ, может иметь достаточно большую выдержку времени на срабатывание (150-200 мс) [1]. Кроме этого необходимо наличие резервирования действия данной защиты в случае ее отказа. Ранее были проведены исследования поведения резервных защит АТ (таких как дистанционная защита и токовая защита нулевой последовательности) при витковых повреждениях. В данных исследованиях было выявлено, что данные защиты не могут гарантировать надежное отключение ВКЗ ввиду нечувствительности (или недостаточной чувствительности при малой доле замкнувшихся витков) к данному виду повреждений [2]. Поэтому разработка новых чувствительных защит от ВКЗ является одной из важных задач релейной защиты.

В данной работе рассматривается применение метода локализации повреждений [3] для распознавания ВКЗ в АТ. Принцип реализации данного метода заключается в следующем:

1) измеряются все токи (Iнабл) и напряжения (Uнабл) со всех сторон защищаемого АТ;

2) в соответствии с принципом компенсации наблюдаемые напряжения (Uнабл) заменяются источниками ЭДС;

3) определяются нормальные токи (Iнорм) как реакция неповрежденной модели АТ на приложенные источники ЭДС;

4)  рассчитывается вектор локальных токов по формуле

                                                                     Iлок = Iнабл - Iнорм (1)

Полученное значение локального тока (Iлок) используется в качестве критерия повреждения и позволяет определить состояние защищаемого объекта. В случае отсутствия повреждения в защищаемой зоне локальный ток отсутствует. Если же повреждение произошло в защищаемой зоне, то значение локального тока отлично от нуля.

Для проверки работоспособности метода локализации при ВКЗ в программном комплексе MatLab/Simulink была построена имитационная модель однофазной энергосистемы, включающая в себя систему, автотрансформатор и нагрузку (рис. 1).

2-31.png
Рис. 1. Схема исследуемой сети

Параметры модели:

Система: ESном = 500 кВ, δS = 30°, X=  7 Ом. АТ типа АТДЦН-500000/500/220: Sном = 500 МВА, Uвн = 500 кВ, Uнн = 230 кВ. Нагрузка: ZНг = 105,8 Ом, φНг = 0,85.

Следует отметить, что при построении модели АТ использовались следующие допущения: отсутствует насыщение магнитопровода, плотность тока в обмотках постоянная и вектора напряженности магнитного поля параллельны и симметричны относительно оси магнитопровода.

На основе полученной модели был рассмотрен режим ВКЗ в последовательной обмотке АТ через активное переходное сопротивление Rf = 0,1 (Ом) при изменении числа замкнувшихся витков (xf).

Далее представлены результаты моделирования при xf = 30% для тока стороны ВН: наблюдаемый и нормальный токи (рис. 2,а), локальный ток (рис. 2,б), рассчитанный по формуле (1).

2-32.png

Рис. 2. Годограф токов стороны ВН а – наблюдаемый и нормальный токи; б – локальный ток

Из приведенных графиков видно, что режим ВКЗ в обмотках АТ сопровождается появлением значительного уровня локального тока, что свидетельствует о наличии повреждения в АТ. Для тока стороны НН полученные результаты аналогичны.

В то же время при рассмотрении режима внешнего повреждения, наблюдаемый и нормальный токи совпадали по значению и по фазе, а локальный ток отсутствовал. Полученные результаты подтверждают селективность метода локализации для определения внутренних повреждений в АТ.

Для оценки чувствительности предложенного решения были построены зависимости действующего значения локального тока (Iлок) со сторон ВН и НН от количества замкнувшихся витков (xf). Данные зависимости приведены на рис. 3.

2-33.png

Рис. 3. Зависимость Iлок от числа замкнувшихся витков а – со стороны ВН; б – со стороны НН

Из анализа рис. 3 следует, что даже при 1% замкнувшихся витков появляется локальный ток, соответственно получаем практически абсолютную распознаваемость витковых замыканий в АТ. Однако, требуется анализ возможных причин появления локального тока в режимах, не связанных с внутренними повреждениями, таких как погрешности измерительных трансформаторов тока, погрешность алгоритмического моделирования и т.п.

Выводы

1.   Использование метода локализации может стать основой для создания особого вида защиты от ВКЗ.

2.   Предложенный метод обладает высокой чувствительностью к ВКЗ.


Литература

1. Федосеев А.М., Федосеев М.А. Релейная защита электроэнергетических систем: Учеб. для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 528 с.

2.  Лукина К.В., Белянин А.А., Широкин М.Ю. Анализ действия резервных защит автотрансформатора при витковых замыканиях в обмотках // Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем. 2017. С.233-236.

3. Лямец Ю.Я., Белянин А.А. Составляющие токов короткого замыкания в наблюдаемой электрической сети // Электротехника. 2016. №10. С.40-44.

Другие публикации
Новость
Алгоритм дальнего резервирования
Алгоритм дальнего резервирования
24.07.2019
Подробнее
Новость
Испытания на помехоэмиссию и помехоустойчивость устройств РЗА
Испытания на помехоэмиссию и помехоустойчивость устройств РЗА
09.08.2019
Подробнее
Новость
Усовершенствование органа манипуляции ДФЗ с целью определения повреждённых фаз
Усовершенствование органа манипуляции ДФЗ с целью определения повреждённых фаз
15.08.2019
Подробнее
Новость
Алгоритмическая модель длинной линии, как локатор замыкания на землю
Алгоритмическая модель длинной линии, как локатор замыкания на землю
05.09.2019
Подробнее
Новость
Способ защиты дальнего резервирования линий с большой двигательной нагрузкой
Устройства Быстродействующего автоматического ввода резерва
25.09.2019
Подробнее
Новость
Устройства Быстродействующего автоматического ввода резерва
Устройства Быстродействующего автоматического ввода резерва
07.11.2019
Подробнее