Разработка моделей и исследование работы дифференциальных реле с насыщающимися трансформаторами
Проверка выравнивания магнитодвижущей силы в режиме нагрузки и при внешнем коротком замыкании. Определение индуктивности рассеяния рабочей, уравнительной, тормозной и вторичной обмоток трансформатора. Методика снятия характеристики торможения реле.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 15.04.2018 |
| Размер файла | 849,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
Размещено на http://www.allbest.ru
С широким внедрением цифровых терминалов релейной защиты (РЗ) и выполнением на их основе дифференциальных защит (ДЗ) участились случаи неправильной работы ДЗ [1, 2]. Считается, что переход на цифровую элементную базу не привёл к появлению новых принципов защит, однако при выполнении цифровых ДЗ остался нереализованным способ загрубления защит по наличию апериодической составляющей (АС) в токе, применявшийся ранее в электромеханических реле [3]. Такое изменение принципа работы требует проведения исследований работы ДЗ различных типов в переходных режимах. Данная работа ставит своей целью создание моделей дифференциальных реле серий РНТ-560 и ДЗТ-10 для исследования поведения ДЗ в переходных режимах и последующего сравнительного анализа надёжности работы ДЗ на различной элементной базе.
Моделирование проводится на примере дифференциальных реле типов ДЗТ-11 и РНТ-565. Модели учитывают конфигурации магнитопровода и схемы расположения обмоток, приведённые на рис. 1 [4].
Рис. 1. Схемы расположения обмоток реле: а) ДЗТ-11; б) РНТ-565
Для корректного моделирования реле помимо схем на рис. 1 были учтены следующие данные:
· количество витков рабочей (), уравнительных (, ), тормозной () и вторичной () обмоток. Для реле РНТ дополнительно задавалось число витков короткозамкнутой (, ) обмотки, для реле ДЗТ - обмотки торможения (). Сопротивления обмоток пересчитываются в модели в зависимости от выставленного числа витков;
· омические сопротивления указанных обмоток, сопротивления в цепи короткозамкнутой обмотки , а также шунта и реле тока KA - исполнительного органа (ИО) , подключенных параллельно ко вторичной обмотке (). Сопротивления измерены методом амперметра-вольтметра;
· индуктивности рассеяния указанных обмоток. Индуктивности рассчитаны по формуле [5]:
, (1)
где - магнитная постоянная; - магнитная проницаемость воздуха; - число витков обмотки; - площадь поперечного сечения обмотки; - длина обмотки;
· геометрические размеры магнитопровода насыщающегося трансформатора (НТТ) реле. Сняты непосредственно на реле, длины стержней 0,065 м, ярем - 0,1 м. Площади поперечного сечения ярем и крайних стержней составляют , среднего стержня - ;
· марка стали и её характеристика намагничивания. В качестве материала магнитопровода НТТ используется тонколистовая нелегированная электротехническая сталь, характеристика намагничивания которой приведена в [5].
Все параметры за исключением характеристик короткозамкнутой и тормозной обмоток подходят для моделирования как реле ДЗТ-11, так и реле РНТ-565.
В качестве среды для моделирования выбран программный комплекс MATLAB Simulink [2, 6]. Для корректного учёта конструкции НТТ и нелинейности его характеристики намагничивания требуется моделировать не только электрические, но и магнитные цепи реле. Стандартные элементы библиотеки Simulink Sim Power Systems непригодны для разработки модели реле с нетиповой конфигурацией НТТ, поэтому использованы элементы библиотеки Simscape, которые позволяют моделировать электрические и магнитные цепи любой конфигурации. С использованием элементов библиотеки Simscape разработаны модели реле РНТ-565 (рис. 2) и ДЗТ-11 (рис. 3) [7].
В моделях учитывается нелинейность характеристики НТТ. Нелинейность задана в моделях на рис. 2, 3 при помощи нелинейных магнитных сопротивлений (1), схема одного из которых представлена на рис. 4.
Рис. 2. Модель реле РНТ-565
Рис. 3. Модель реле ДЗТ-11
Рис. 4. Модель нелинейного магнитного сопротивления
На рис. 4 измеритель магнитного потока Flux Sensor преобразует величину магнитного потока в магнитную индукцию по известному сечению магнитопровода (). После этого при помощи таблицы данных Lookup Table B(H) производится пересчёт величины индукции в напряжённость магнитного поля в соответствии с характеристикой . Затем по известной длине силовой линии магнитного поля на рассматриваемом участке магнитной цепи выполняется расчёт магнитодвижущей силы (МДС) . Рассчитанная МДС подаётся на управляемый источник МДС Controlled MMF Source, включенный встречно положительному направлению магнитного потока.
Проверена МДС срабатывания реле, при которой ток в ИО должен составлять 0,16-0,17 А [4]. Результаты проверки показали:
· при ток срабатывания реле составил 5 А (МДС , ток в ИО 0,16 А);
· при ток срабатывания реле составил 3,125 А (МДС , ток в ИО 0,16 А).
Проверка правильности моделирования.
Проверка выравнивания магнитодвижущей силы в режиме нагрузки и при внешнем КЗ.
Для проверки выравнивания МДС в уравнительные обмотки одновременно подаются противоположные по фазе токи, равные отношению МДС соответствующей обмотки к её числу витков . Таким образом, обе обмотки создают равные по величине, но противоположные по знаку МДС. В таблице I представлены результаты моделирования нагрузочного режима и режима внешнего КЗ.
Табл. 1. Результаты проверки выравнивания магнитодвижущей силы при различных режимах
|
Обмотка |
Число витков |
Режимы |
||||||
|
Нагрузочный режим |
Внешнее КЗ |
|||||||
|
Iобм, А |
Fобм, А•в |
Ток в ИО, мА |
Iобм, А |
Fобм, А•в |
Ток в ИО, мА |
|||
|
12 |
5,3 |
64 |
< 0,1 |
32,1 |
385 |
< 0,1 |
||
|
31 |
-2,1 |
-64 |
-12,4 |
-385 |
Из таблицы I видно, что ток в ИО близок к нулю, что подтверждает правильность моделирования. Аналогичные результаты получаются, если ток одного из плеч подавать не в уравнительную, а в рабочую обмотку.
Проверка работы реле при КЗ в зоне действия защиты.
Для поверки работы реле при КЗ в зоне действия в уравнительные обмотки подаются токи, соответствующие режиму внутреннего КЗ. В таблице II представленны параметры, заданные в модели, и результаты моделирования.
Табл. 2. Результаты проверки работы реле при КЗ в зоне действия защиты
|
Обмотка |
Параметры |
|||||
|
Число витков |
Ток КЗ, А |
Fобм, А•в |
Fрез, А•в |
Ток в ИО, А |
||
|
12 |
32,1 |
385,2 |
769,6 |
0,251 |
||
|
31 |
12,4 |
384,4 |
В результате моделирования получен ток в ИО реле, равный 0,251 А, что больше тока срабатывания ИО (0,16-0,17 А) и достаточно для надёжного срабатывания реле с НТТ.
Проверка работы насыщающегося трансформатора и замедления при наличии апериодичесой составляющей в токе КЗ.
При помощи РЕТОМ-51 сгенерирован сигнал тока с апериодической составляющей, который подавался на рабочую обмотку реле РНТ. На рис. 5 представлено сравнение осциллограмм, полученных при моделировании в MATLAB и зафиксированных осциллографом Fluke 199C в ИО реле. Видно удовлетворительное соответствие результатов расчётного и натурного экспериментов. Наличие апериодической составляющей в подаваемом токе приводит к насыщению НТТ и к замедлению действия реле на время её существования.
Рис. 5. Осциллограммы напряжения на исполнительном органе реле РНТ-565, полученные в результате натурного (а) и расчётного (б) экспериментов при наличии в токе апериодической составляющей
Проверка работы короткозамкнутой обмотки реле РНТ.
Снята характеристика загрубления реле РНТ-565 при подаче синусоидального тока частотой 50 Гц и апериодической составляющей (постоянного тока) в рабочие обмотки [7]. На рис. 6 приведены характеристики загрубления реле, полученные в ходе измерений и при помощи разработанной модели. Характеристики представляют собой зависимости отношения тока срабатывания реле при наличии постоянной составляющей к току срабатывания при синусоидальном токе от кратности апериодического тока . Кривые 1 и 2 при практически совпадают, так же как и кривые 3 и 4 при , это подтверждает правильность моделирования.
Рис. 6. Характеристики загрубления реле РНТ-565, полученные экспериментально (сплошные) и снятые с помощью разработанной модели (пунктирные) при RКЗ = 0 (1 и 2) и RКЗ = 10 Ом (3 и 4)
реле магнитодвижущий трансформатор
Снятие характеристики торможения реле ДЗТ.
Снятие характеристики торможения выполнено в соответствии с методикой наладки реле. В обмотку торможения подавался ток фиксированной величины, после чего увеличивался ток в рабочей обмотке до тех пор, пока не произойдёт срабатывание реле [7]. На рис. 7 представлены характеристики торможения реле ДЗТ-11 в виде зависимости МДС срабатывания от МДС торможения , полученные в ходе натурного эксперимента и при помощи предлагаемой модели. Отличие расчётной и экспериментальной характеристик незначительное.
Рис. 7. Характеристики торможения реле ДЗТ-11, полученные экспериментально при угле между токами в рабочей и тормозной обмотке 0° (1) и 90° (2) и снятые с помощью разработанной модели при угле между токами в рабочей и тормозной обмотке 0° (3)
Таким образом, в работе предложены модели реле РНТ-565 и реле ДЗТ-11. Корректность моделей подтверждена снятием характеристик реле (МДС срабатывания, токи небаланса, характеристики загрубления и торможения), которые совпадают с паспортными и эксплуатационными параметрами. Модели позволяют исследовать работу ДЗ при любой форме вторичного тока, в том числе при несинусоидальной, например, при насыщении трансформатора тока. Разработанные модели могут быть применены для исследования поведения ДЗ в переходных режимах и для сравнительного анализа надёжности работы ДЗ на различной элементной базе.
Список литературы
1. Кужеков С.Л., Дегтярев А.А., Воробьёв В.С., Москаленко В.В. Определение времени до насыщения трансформаторов тока в переходных режимах коротких замыканий // Электрические станции. - 2017. - № 1. - С. 42-47.
2. Румянцев Ю.В. Комплексная модель для исследования функционирования цифровой дифференциальной защиты силового трансформатора // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. - 2016. - Т. 59, № 3. - С. 203-224.
3. Глазырин В.Е., Осинцев А.А. Исследование функционирования дифференциальной защиты генератора на базе реле ДЗТ-11/5 // Сборник научных трудов Новосибирского государственного технического университета. - 2010. - № 4 (62). - С. 149-154.
4. Справочник по наладке вторичных цепей электростанций и подстанций / Гильчер О.А., Гомберг А.Е., Колесников Л.Ф. и др.; Под ред. Э.С. Мусаэляна. - М.: Энергия, 1979. - 368 с.
5. Электротехнический справочник: в 4 т. Т. 1. Общие вопросы. Электротехнические материалы / Под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др. - 9-е изд., стер. - М.: Изд-во МЭИ, 2003. - 440 с.
6. Висящев А.Н., Федосов Д.С., Тимонин Р.Е., Миролевич А.О. Моделирование дифференциальной защиты в системе MATLAB // Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири: материалы Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием (Иркутск, 21-25 апреля 2015 г.): в 2 т. / Под общ. ред. В.В. Федчишина. - Иркутск: Изд-во ИРНИТУ, 2015. - Т. 2. - С. 8-12.
7. Реле защиты / В.С. Алексеев, Г.П. Варганов, Б.И. Панфилов, Р.З. Розенблюм. - М.: «Энергия», 1976. - 464 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Расчет основных электрических величин трансформатора. Определение размеров главной изоляции обмоток. Выбор материала магнитной системы. Расчет обмоток трансформатора. Проверка обмоток трансформатора на механическую прочность при коротком замыкании.
курсовая работа [5,8 M], добавлен 17.06.2012Принципиальная схема и геометрический фактор бесконтактного магнитного реле. Выбор стандартного магнитопровода. Проведение расчёта номинальных параметров нагрузки. Выбор диодов В1-В4 в рабочей цепи. Определение числа витков и диаметра проводов обмоток.
курсовая работа [409,1 K], добавлен 04.09.2012Понятие и назначение релейной защиты, принцип ее работы и основные элементы. Технические характеристики и особенности указательного реле РУ–21, промежуточного реле РП–341, реле прямого действия ЭТ–520, реле тока РТ–80, реле напряжения и времени.
практическая работа [839,9 K], добавлен 12.01.2010Определение электрических величин масляного трансформатора ТМ-100/10. Расчёт основных размеров трансформатора, определение его обмоток, параметров короткого замыкания. Вычисление механических сил в обмотках и нагрева обмоток при коротком замыкании.
курсовая работа [278,9 K], добавлен 18.06.2010Расчет дифференциальной токовой защиты без торможения. Проверка по амплитудному значению напряжения на выходах обмотки трансформатора тока. Определение чувствительности промежуточного реле, реле времени и электромагнитов включения короткозамыкателя.
курсовая работа [209,8 K], добавлен 10.01.2015Классификация реле. Реле, реагирующее на одну электрическую величину (ток, напряжение, время), реле с интегральными микросхемами. Электромеханические системы с втягивающим, поворотным и поперечным движением якоря. Электрические контакторы реле.
лекция [1,2 M], добавлен 27.07.2013Реле управления в электрических цепях. Применение реле в устройствах автоматического управления, контроля, сигнализации, защиты, коммутации. Основные типы реле. Устройство поляризованного реле. Электромагнитные реле с магнитоуправляемыми контактами.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 28.11.2013Реле управления в электрических цепях. Схема устройства поляризованного реле. Параметры электромагнитного реле. Напряжение (ток) втягивания и отпадения. Воспринимающий, промежуточный и исполнительный орган реле. Устройство и принцип действия геркона.
контрольная работа [2,1 M], добавлен 07.12.2013Работы, проводимые с помощью устройств УПЗ-1 и УПЗ-2. Проверка защит по переменному напряжению до 10 А. Измерение временных параметров реле (простых защит). Испытания электромагнитных реле переменного тока и напряжения. Конструкция индукционного реле.
дипломная работа [4,1 M], добавлен 25.05.2014Электромагнитные, электронные реле и их эксплуатационные показатели. Проектирование полупроводникового реле тока. Коммутация токов и напряжений. Структурная и электрическая схемы реле. Применение интегральных микросхем. Расчет номинальных параметров.
курсовая работа [108,8 K], добавлен 16.07.2009Выбор материала и конструктивных форм коммутирующих контактов реле тока с клапанной магнитной системой. Определение размеров основных элементов магнитопровода и обмоточного пространства. Расчет коэффициентов рассеяния и построение тяговых характеристик.
курсовая работа [2,6 M], добавлен 08.01.2014Характеристики реле на комплексной плоскости и их анализ. Реле направления мощности и сопротивления. Схемы сравнения двух и более электрических величин. Примеры применения реле сопротивления. Главные схемы сравнения абсолютных значений входных величин.
лекция [656,4 K], добавлен 27.07.2013Определение электрических величин трансформатора. Расчет тока 3-х фазного короткого замыкания и механических усилий в обмотках при коротком замыкании, потерь и КПД. Выбор типа конструкции обмоток. Определение размеров магнитной системы. Тепловой расчет.
курсовая работа [292,2 K], добавлен 21.12.2011Расчет показателей чувствительности и инерционности датчиков. Электрические принципиальные схемы вращающегося трансформатора, индуктосина, сельсина и тахогенератора. Понятие и классификация реле; правила их обозначения на схемах и принцип действия.
презентация [1,1 M], добавлен 30.11.2014Устройство, принцип действия, пригодность и электрическая схема реле РТ-40/0,6. Динамика сопротивления реостата при увеличении и уменьшении тока в цепи. Методика определения значения коэффициента возврата и погрешности (отклонения) тока срабатывания реле.
лабораторная работа [23,7 K], добавлен 12.01.2010Изучение свойств и схемы реле, принцип его действия и назначение. Порядок испытания реле напряжения РН-54/160, критерии определения его пригодности. Заключение о пригодности реле путем сравнивания полученных результатов вычислений со справочными данными.
лабораторная работа [140,6 K], добавлен 12.01.2010Розрахунок реле постійного струму. Криві намагнічування, тягова характеристика. Розрахунок обмотки катушки реле й максимальної температури, до якої вона може нагріватися в процесі роботи. Визначення мінімального числа амперів-витків спрацьовування.
курсовая работа [484,1 K], добавлен 28.11.2010Реле часу як електричне реле з нормованим часом вмикання або вимикання, його призначення, принципова схема та режими роботи. Різновиди реле часу та особливості їх застосування. Шляхи збільшення витримки часу. Порядок визначення часової затримки.
лабораторная работа [368,5 K], добавлен 06.02.2010Понятие и разновидности электромагнитных систем, применение системы с поперечным движением якоря. Изучение принципа действия и конструктивных особенностей электромагнитных реле максимального тока РТ-40 и напряжения РН-50. Основные характеристики реле.
лабораторная работа [999,6 K], добавлен 12.01.2012Виды повреждений и ненормальных режимов работы электроустановок. Расчет дифференциальной и максимальной токовой защиты трансформатора, защиты от перегрузки с использованием реле тока и времени. Принципиальные схемы цепей переменного тока и напряжения.
контрольная работа [905,7 K], добавлен 20.02.2015
