Анализ методики расчета тока небаланса в продольной дифференциальной токовой защите
Применение продольной дифференциальной токовой защиты в качестве основной защиты на линиях и других элементах электростанций. Отстройка от тока небаланса, обусловленного погрешностями трансформаторов тока в переходном режиме внешнего короткого замыкания.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 15.04.2018 |
| Размер файла | 561,0 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/
ФГБОУ ВО "Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина"
Анализ методики расчета тока небаланса в продольной дифференциальной токовой защите
А.Е. Басова, В.А. Шуин
Аннотация
Продольная дифференциальная токовая защита (ДТЗ) получила широкое применение в качестве основной защиты на линиях и других элементах электрических сетей и электростанций. Основным расчетным условием для выбора тока срабатывания в ДТЗ без торможения является отстройка от тока небаланса, обусловленного погрешностями трансформаторов тока (ТТ) в переходном режиме внешнего короткого замыкания (КЗ). То же расчетное выражение используется при расчетах первичного тока небаланса для определения коэффициента торможения при выполнении ДТЗ с торможением. Значения коэффициентов, применяемых для расчета тока небаланса, приведены в информационных источниках. Обоснования применения рекомендуемых значений коэффициентов в информационных источниках отсутствуют.
Для проверки обоснованности применения рекомендуемых значений коэффициентов использовалось имитационное моделирование в системе Matlab.
Исследованы факторы, влияющие на величину тока небаланса в ДТЗ. Разработана методика моделирования нелинейного ТТ, обеспечивающего максимально допустимую погрешность функционирования ДТЗ. Произведен анализ результатов вычислительных экспериментов и полученных значений исследуемых коэффициентов.
Полученные результаты позволяют оценить обоснованность применения и точность существующей методики расчета тока небаланса в ДТЗ.
Ключевые слова: продольная дифференциальная токовая защита; ток небаланса; модель нелинейного трансформатора тока; моделирование в системе Matlab.
Abstract
Differential current protection (DCP) is widely used as main protection of transmission lines and other equipment of electrical grids and power plants. The main condition of pick-up current calculation for nonbiased DCP is offsetting from the unbalance current caused by current transformers (CTs) error in transient condition of external fault. The same principle is used to calculate primary unbalance current for bias ratio determining if biased DCP is used. Values of multipliers used to calculate the unbalance current are given in information sources. Reasons to use the recommended multiplier values are not mentioned in information sources.
Simulation modelling with Matlab system is used to check the validity of recommended multiplier values.
Influence over unbalance current in DCP is examined. The procedure of simulation of nonlinear CT which provides maximum allowed DCP error is developed. The results of simulation experiment and calculated values of multipliers being studied are analyzed.
Results allow to evaluate the validity and accuracy of conventional DCP unbalance current calculating approach.
Key words: differential current protection, unbalance current, nonlinear current transformer simulation model, simulation with Matlab system.
Продольная дифференциальная токовая защита (ДТЗ) без торможения получила широкое применение в качестве основной защиты на линиях и других элементах электрических сетей и электростанций. Основным расчетным условием для выбора тока срабатывания ДТЗ является отстройка от тока небаланса, обусловленного погрешностями трансформаторов тока (ТТ) в переходном режиме внешнего короткого замыкания (КЗ) [1 и др.]:
(1)
где Котс = 1,3-1,5 - коэффициент отстройки; - относительное значение полной погрешности по току ТТ, соответствующее установившемуся режиму КЗ; Кодн - коэффициент однотипности ТТ; Кпер - коэффициент, учитывающий переходный режим (апериодическую составляющую тока КЗ).
При использовании в защите однотипных ТТ, выбираемых по кривым предельной кратности при 10%-й погрешности, = 0,1, Кодн = 0,5. При отсутствии в измерительном органе тока отстройки от влияния апериодической составляющей Кпер = 2. При указанных значениях ток небаланса
(2)
где
(3)
Целью работы явилась проверка обоснованности значений коэффициентов, входящих в расчетные выражения (1) - (3).
Из (1) - (3) можно видеть, что анализ методики расчета тока небаланса в схеме ДТЗ можно разделить на 2 подзадачи:
1) исследование тока небаланса в установившемся режиме, т.е. определение (или при известном значении е=0,1);
2) исследование влияния переходного процесса (апериодической составляющей тока КЗ) на величину (или при известном ).
Появление современных систем моделирования (например, Matlab, PSCAD и др.) позволяет проверить обоснованность значений коэффициентов, принимаемых при расчетах тока небаланса по (1) - (3). В данной работе используется моделирование в среде системы MatLab.
Разработка модели трансформатора тока с нелинейной кривой намагничивания. Модель ТТ выполнена с использованием стандартного блока Saturable Transformer (нелинейный трансформатор) пакета SimPowerSystem системы моделирования Matlab. Блок Saturable Transformer предназначен для моделирования нелинейных силовых трансформаторов, потому окно задания параметров модели ориентировано на использование каталожных технических данных последних. Для моделирования ТТ и силовых трансформаторов может быть использована одна и та же схема замещения (рис. 1), потому указанный блок можно применить также и для моделирования нелинейного ТТ.
Рис. 1. Т-образная схема замещения двухобмоточного трансформатора, используемая в модели блока Saturable Transformer
Однако параметрирование блока Saturable Transformer должно осуществляться с учетом особенностей соотношений между параметрами первичной и вторичной обмоток и параметрами вторичной нагрузки ТТ по сравнению с силовыми трансформаторами. С учетом указанных особенностей ТТ параметры настройки блока Saturable Transformer (Рn, V1, L1, R1, V2, L2, R2) должны определяться из следующих соотношений:
(4)
(5)
(6)
где I2ном - номинальный вторичный ток ТТ; Кi ном - коэффициент трансформации ТТ; Zнагр.ном - номинальная вторичная нагрузка ТТ; ном - номинальный коэффициент мощности нагрузки.
Для задания зависимости модели ТТ использовались кривые намагничивания электротехнической стали и конструктивные размеры магнитопровода ТТ.
C использованием приведенной методики параметрирования блока Saturable Transformer разработаны модели ТТ типа ТВ-110-IX-3 и ТПОЛ-10 с сердечниками из электротехнической стали марки Э3405. При этом разработаны по два варианта моделей ТТ, учитывающих максимальный разброс характеристик намагничивания (соответственно для лучшей и для худшей характеристик намагничивания стали Э3405).
Достоверность моделей ТТ проверена по нормированным значениям предельной кратности, приведенных в технических характеристиках трансформаторов тока типа ТВ-110-IX-3 и ТПОЛ-10. Для ТТ с характеристикой намагничивания из худших сортов электротехнической стали отклонения расчетных значений предельной кратности, полученных на моделях, от нормированных значений при различных значения вторичной нагрузки не превышали 5-7% (например, рис.2).
Рис. 2. Расчётные (на модели) и нормированные экспериментальные значения предельной кратности в зависимости от вторичной нагрузки в классе точности 10Р для ТТ типа ТВ-110-IX-3
Модель сети для исследования токов небаланса в схеме ДЗЛ:
Схема сети для исследования токов небаланса ДТЗ. Схема сети для исследования тока небаланса ДТЗ ЛЭП с двухсторонним питанием приведена на рис. 3. В качестве исследуемой принята ДТЗ с проводным каналом связи.
Рис. 3. Схема сети для исследования тока небаланса ДТЗ ЛЭП с двухсторонним питанием
Модель исследуемой сети в системе MatLab. Модель исследуемой сети по рис. 3 в системе MatLab реализована с применением стандартных блоков пакета SimPowerSistem и приведена на рис.4.
Рис.4. Модель исследуемой сети в системе MatLab
Модель для оценки токов небаланса в схеме ДТЗ состоит из двух полукомплектов DZL1 и DZL2 (рис.4), установленных на разных концах ЗО и включающих в себя модели ТТ во всех трех фазах и средства наблюдения и измерения. Полукомплекты DZL1 и DZL2 выполнены аналогично и отличаются только характеристиками намагничивания ТТ (с целью учета максимального разброса характеристик намагничивания для определения максимальной погрешности функционирования ДЗЛ, вносимой ТТ).
Исследование токов небаланса в схеме ДЗЛ в установившемся режиме:
Расчетные условия для исследования токов небаланса в установившемся режиме внешнего КЗ. Исследование величины осуществляется в установившемся режиме внешнего КЗ при следующих условиях:
· кратность тока внешнего КЗ К1= К10 пред ТТ ;
· нагрузка ТТ Zнагр= Zнагр ном ТТ при cos ?ном..
· ТТ ТА1 и ТА2 однотипные, но имеют максимальный разброс характеристик намагничивания стали магнитопроводов.
Исследование коэффициента небаланса в установившемся режиме. На рис. 5 представлены полученные на модели расчетные осциллограммы мгновенных значений первичного тока КЗ, вторичных токов ТТ, токов намагничивания и мгновенное и эффективное значение дифференциального тока, равного при внешнем КЗ току небаланса. Установившийся режим для исследования величины наступает при полном затухании апериодической составляющей ia.тока КЗ.
Рис. 5. Токи в ДТЗ в сети 110 кВ: а - первичный ток КЗ, А; б - вторичные токи ТТ ТА1 и ТА2, А; в - токи намагничивания ТТ ТА1 и ТА2; г - мгновенное значение тока небаланса, А; д - действующее (эффективное) значение тока небаланса, А
Расчетное значение определяется из (2) в установившемся режиме КЗ (при = 1) и равно:
(7)
где - ток небаланса в установившемся режиме КЗ, А; - вторичное значение тока ТТ при токе внешнего КЗ, равного току предельной кратности, А.
Определение при известном значении е=0,1 в соответствии с (3):
(8)
Результаты расчетов на модели и их оценка. Анализ результатов вычислительных экспериментов, выполненных на модели при различных значениях вторичной нагрузки ТТ и значения первичного тока КЗ, соответствующего току предельной кратности, дали следующие результаты:
- для ТТ типа ТВ-110-IX-3 0,028 ( ? 0,3);
- для ТТ типа ТПОЛ-10 0,02 ( ? 0,2).
Таким образом, рекомендуемые при расчетах тока небаланса в схемах ДТЗ значения коэффициента = 0,5 для однотипных ТТ являются завышенными по сравнению с реальными значениями даже при наихудшем сочетании характеристик намагничивания трансформаторов тока. Практически значение коэффициента однотипности ТТ находится в пределах 0,2-0,3. продольный токовый защита замыкание
Исследование токов небаланса в схеме ДЗЛ в переходных режимах:
Расчетные условия для исследования токов небаланса в переходных режимах. Исследование величины в системе MatLab осуществляется при условиях по п.V(А) в переходных режимах внешнего КЗ.
Исследование коэффициента небаланса в переходных режимах. Как видно из рис. 5 переходный режим внешнего КЗ характеризуется различием вторичных токов ТТ ТА1 и ТА2, что приводит к броску тока небаланса в переходном режиме. В соответствии с (2) отстройка от броска тока небаланса осуществляется за счет коэффициента небаланса в переходном режиме (или при известном ).
Исследование включало в себя определение факторов, влияющих на величину броска тока небаланса в переходном режиме, определение момента времени, для которого должна производиться оценка броска тока небаланса, и непосредственное определение величины исследуемого коэффициента.
В соответствии с (2):
(9)
где - ток небаланса в переходном режиме, А.
Величина коэффициента небаланса в переходном режиме по (3):
(10)
В ходе исследований было замечено, что при наличии апериодической составляющей в токе КЗ, а также при определенном сочетании значений остаточной индукции в ТТ ТА1 и ТА2 (рис.6) бросок тока небаланса может достигать значений при которых
Таким образом, отстройка от первого (максимального) броска тока небаланса приведет к существенному загрублению защиты. Вследствие этого единственным возможным способом отстройки от броска тока небаланса является отстройка по времени срабатывания пускового органа (ПО) защиты.
Рис. 6. Токи в ДТЗ в сети 110 кВ при влиянии апериодической составляющей тока КЗ и влиянии остаточной индукции ТТ: а _ первичный ток КЗ, А; б - вторичные токи ТТ ТА1 и ТА2, А; в - токи намагничивания ТТ ТА1 и ТА2; г - мгновенное значение тока небаланса, А; д _ действующее (эффективное) значение тока небаланса, А
Рис. 7. Действующее (эффективное) значение тока небаланса в переходном и установившемся режимах КЗ при расчетных условиях по рис.6
Так как время срабатывания большинства современных исполнений ДТЗ составляет с, отстройку по току срабатывания от тока небаланса в переходном режиме в соответствии с (9) и (10) следует производить при с (рис.7). При этом
В ходе исследований выяснено, что время срабатывания защиты может быть уменьшено за счет уменьшения времени усреднения tуср при вычислении среднеквадратичного значения тока.
Результаты расчетов на модели и их оценка. По результатам исследований на моделях ТТ 110 кВ и 10 кВ переходный коэффициент с учетом отстройки по времени от максимального броска тока небаланса находится в пределах 2-3, что в отдельных случаях превышает рекомендованное значение .
С учетом известных значений в соответствии с вышеизложенными исследованиями имеем:
Таким образом, полученное в ходе исследований значение коэффициента небаланса в переходном режиме показало обоснованность применения расчетных коэффициентов, входящих в (2). При этом применяемые коэффициенты обеспечивают отройку от тока небаланса с некоторым запасом.
Список литературы
Федосеев А.М. Релейная защита электроэнергетических систем. Релейная защита сетей. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 520 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Расчет токов короткого замыкания в намеченных точках схемы. Расчет продольной дифференциальной токовой защиты трансформатора. Расчет максимальной токовой защиты трансформатора. Расчет мгновенной и комбинированной токовой отсечки питающей линии.
контрольная работа [793,5 K], добавлен 19.03.2012Выбор сечения кабельной линии по экономической плотности тока и его проверка на нагрев. Расчет значения тока короткого замыкания в заданной точке. Проверка сечения кабелей на стойкость к его действию. Схема максимально-токовой защиты и ее описание.
контрольная работа [440,6 K], добавлен 08.05.2011Виды 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 20.02.2015Расчет системы электроснабжения территории базы жилищно-коммунального хозяйства. Организация эксплуатации электрического освещения. Расчёт продольной дифференциальной токовой защиты трансформаторов. Расчёт токов короткого замыкания в трёх точках.
курсовая работа [273,7 K], добавлен 08.06.2010Расчет 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 10.01.2015Расчет токов короткого замыкания и сопротивлений элементов схемы. Выбор измерительных трансформаторов тока и напряжения. Расчет дифференциальной, газовой и резервной защиты. Основные причины возникновения короткого замыкания. Расчет защиты от перегрузки.
реферат [537,9 K], добавлен 23.08.2012Расчёт коротких замыканий. Сопротивление кабельной линии. Отстройка от минимального рабочего напряжения линии. Выбор трансформатора тока. Проверка токовой отсечки по чувствительности. Расчет дифференциальной защиты трансформатора. Защита электродвигателя.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 15.03.2014Расчет номинальных и рабочих максимальных токов. Определение токов при трехфазных коротких замыканиях. Расчет дифференциальной защиты трансформаторов. Расчет дифференциальной токовой защиты двухобмоточного трансформатора Т2 с реле типа РНТ-565.
курсовая работа [71,4 K], добавлен 03.04.2012Описание коммутационного оборудования подстанции. Расчет продольной дифференциальной и максимальной токовой защиты трансформаторов. Сведения о вакуумных выключателях. Защита электрооборудования подстанции от атмосферных и внутренних перенапряжений.
дипломная работа [935,3 K], добавлен 17.06.2015Общие сведения о токовой защите в сетях 6-10 кВ. Требования, предъявляемые к релейной защите, основные органы токовых защит. Расчет уставки релейной защиты и проверка пригодности трансформаторов тока. Расчет токовой отсечки, максимальная токовая защита.
курсовая работа [2,8 M], добавлен 20.03.2013Выбор линии питания завода, трансформаторов на пункте приема электроэнергии и коммутационной аппаратуры. Расчет напряжения распределения по заводу, дифференциальной токовой защиты на основе реле РНТ-565 и максимальной токовой защиты трансформатора.
дипломная работа [3,4 M], добавлен 24.02.2013Расчет сопротивлений систем СA и СB прямой последовательности, автотрансформаторов системы СA АТ1 и АТ2. Выбор сечения проводов. Расчет ступенчатой токовой защиты линии, направленной поперечной дифференциальной. Выбор трансформаторов тока и напряжения.
курсовая работа [487,9 K], добавлен 11.07.2012Расчет параметров схемы замещения линии электропередач, трансформатора и максимального нагрузочного тока. Выбор уставок дифференциальной защиты линии, дифференциального органа с торможением. Проверка чувствительности максимальной токовой защиты.
курсовая работа [345,7 K], добавлен 21.03.2013Монтаж силовых трансформаторов, системы охлаждения и отдельных узлов. Испытание изоляции обмоток повышенным напряжением промышленной частоты. Включение трансформатора под напряжением. Отстройка дифференциальной защиты от бросков тока намагничивания.
реферат [343,8 K], добавлен 14.02.2013Параметры трансформатора тока (ТТ). Определение токовой погрешности. Схемы включения трансформатора тока, однофазного и трехфазного трансформатора напряжения. Первичная и вторичная обмотки ТТ. Определение номинального первичного и вторичного тока.
практическая работа [710,9 K], добавлен 12.01.2010Определение мощности потребителей. Составление схемы замещения прямой последовательности. Определение тока однофазного короткого замыкания. Выбор изоляторов, измерительных трансформаторов. Расчет сопротивлений и тока трехфазного короткого замыкания.
курсовая работа [2,6 M], добавлен 09.08.2015Механизм определения периодической составляющей тока в начальный момент короткого замыкания. Вычисление его ударного тока. Методика и этапы расчета апериодической составляющей тока короткого замыкания в момент начала расхождения контактов выключателя.
задача [373,4 K], добавлен 03.02.2016Определение значения сверхпереходного и ударного тока в точке короткого замыкания, а также наибольшего значения полного тока симметричного трехфазного и несимметричного двухфазного замыкания. Зависимость изменения тока короткого замыкания для генератора.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 13.01.2014Расчет мощности тяговой подстанции переменного тока, ее электрические характеристики. Расчет токов короткого замыкания и тепловых импульсов тока КЗ. Выбор токоведущих частей и изоляторов. Расчет трансформаторов напряжения, выбор устройств защиты.
дипломная работа [726,4 K], добавлен 04.09.2010Причины возникновения погрешностей и способы устранения недоучета электропотребления в автоматизированных системах контроля и учета электроэнергии. Предельные значения токовой и угловой погрешностей трансформаторов тока. Оценка экономического эффекта.
статья [56,9 K], добавлен 28.05.2010
