Моделювання пристрою максимального струму в Matlab / Simulink

Размещено на http://www.allbest.ru/

МОДЕЛЮВАННЯ ПРИСТРОЮ МАКСИМАЛЬНОГО СТРУМУ В MATLAB/SIMULINK

Гадай А.В.

Simulation of the maximum current device in Matlab/Simulink.

The logic of the maximum current relay for protection of elements of the power supply system by means of the Matlab/Simulink package is described. The Sim Power System toolkit was used for detailed simulation of the maximum current relay, transmission line and damage simulation.

Постановка проблеми

У звичайних умовах система електропостачання працює в збалансованому режимі з усім обладнанням, що має нормальні струми навантаження та напруги на шинах у встановлених межах. Цей стан може бути порушений через несправність системи. Несправність кола - це несправність, яка перешкоджає нормальному протіканню струму. Коротке замикання виникає, коли пошкоджується ізоляція системи, що призводить до низького опору між фазами або фазою до землі. Це викликає надмірно високі струми, що протікають в колі. В такому випадку вимагається робота захисних пристроїв для запобігання пошкодженню первинного обладнання. Помилкове налаштування реле максимального струму в системі живлення спричиняє помилки під час спрацювання. Тому реле потрібно правильно підключати до системи живлення.

Аналіз останніх досліджень та публікацій. Для забезпечення селективності дії захистів у розподільній мережі проводиться узгодження характеристик максимального струмового захисту за струмом спрацювання і часом спрацювання. Це завдання ускладнюється тим, що схеми розподільних мереж дуже різноманітні [1], а для захисту окремих елементів розподільної мережі можуть використовуватись різні пристрої.

Максимальний струмовий захист складається з двох, або трьох трансформаторів струму, реле максимального струму, реле часу та вихідного елемента, який діє на вимкнення силового вимикача. Стандарт [2] встановлює мінімальні вимоги до максимальних струмових реле.

Формування цілей статті. Необхідно розробити модель пристрою максимального струму.

Виклад основного матеріалу дослідження

Максимальний струмовий захист (МСЗ) широко використовуються в розподільних мережах для захисту окремих елементів від міжфазних коротких замикань (КЗ). В даний час в Україні електромеханічні пристрої захисту замінюються мікропроцесорними пристроями захисту виробництва вітчизняних та зарубіжних фірм.

Як правило, у мікропроцесорних пристроях передбачається можливість виконання МСЗ із незалежною або зворотнозалежною від струму характеристикою часу спрацювання. Користувач вибирає незалежну або одну з низки зворотно залежних характеристикою, які можуть реалізовуватися за різними стандартами. Проте питанню вибору оптимальної тимчасової характеристики спрацювання МСЗ у літературі приділяється недостатня увага. струмовий захист релейний замикання

Захисні функції реле, як вхідні, так і вихідні елементи вимірювань, характеристики витримки часу і функціональна логіка роботи реле представлені на рис. 1.

Рисунок 1 - Функціональний блок діаграм виконання захисту

Matlab - це потужне програмне забезпечення для аналізу, яке має можливість моделювати компоненти енергосистеми за допомогою інструментів Sim Power Systems у пакеті Simulink. У цьому наборі інструментів багато доступних компонентів систем живлення, таких як трансформатор трифазний, навантаження трифазний, розподілений можуть бути параметри лінії, трифазного джерела, вимикача тощо використовується для застосування змінного або постійного струму [3].

Однією з особливостей пакету Simulink є те, що розроблена модель може бути включена в один набір блоків шляхом створення підсистеми для розробленої моделі. Ця функція мінімізує використання простору всередині файлу для складної системи. Крім того, створений набір блоків підсистеми також можна використати в будь-якій моделі або файлі, що запобігає багаторазовому створенні однакових моделей.

На рис. 2 показана модель пристрою максимального струму.

Рисунок 2 - Модель пристрою релейного захисту з вимикаючим елементом

На рис. З показана загальна трифазна модель розробленої мережі електропостачання на якій досліджується робота моделлю реле максимального струму у випадку виникнення трифазного замикання.

Рисунок 3 - Модель пристрою релейного захисту з вимикаючим елементом

Основними компонентами тестової установки є трифазне джерело напруги (лінійна напруга 10 кВ частотою 50 Гц). Трифазний блок несправності вводить пошкодження через 0,25 секунди кроковим сигналом. Коли струм пошкодження входить в блок реле, струм несправності порівнюється з попередньо встановленим значенням. Якщо струм несправності перевищує значення спрацювання, логічне значення виводить сигнал відключення на трифазний вимикач, який вимикає трифазну лінію передачі. Як тільки буде отриманий сигнал відключення, несправна частина ізолюється від справної ділянки. Якщо фазний струм менший, ніж нижче значення спрацювання, то з блоку реле не генерується сигнал відключення, що забезпечує неперервне живлення лінії передачі.

На рис. 4... 6 наведені графіки зміни струму та напруги в місцях встановлення захистів під час нормального режиму, виникнення короткого замикання та його вимкнення для кратності часу спрацювання 0,1.

Рисунок 4 - Зміна струму та напруги на навантаженні за Кз-0,1

Рисунок 5 - Зміна струму та напруги на лінія за Кю ₃ =0,1

Рисунок 6 - Зміна струму та напруги на лінії ПС-10 за Кіс з --ОД

Рисунок 7 - Зміна струму та напруги на навантаженні за К^с,₃ =0,02

Рисунок 8 - Зміна струму та напруги на лінії за Кі_С.₃ --0_?02

Рисунок 9 - Зміна струму та напруги на лінії ПС-10 за К_ІС;=0.02

На рис. 7... 9 наведені графіки зміни струму та напруги в місцях встановлення захистів під час нормального режиму, виникнення короткого замикання та його вимкнення для кратності часу спрацювання 0,02.

В вказаних випадках захист працює із заданою витримкою часу і виключає пошкодження.

Висновки

У статті розглянута модель реле максимального струму, розроблена за допомогою MATLAB/SIMULINK. Експлуатаційні характеристики реле оцінені для трифазного замикання. Запропонована модель пропонує ефективні засоби для пояснення поведінки реле максимального струму. Показано, що ці моделі пропонують ефективні засоби для пояснення функціональності реле максимального струму в різних режимах роботи.

Перспективи подальших досліджень. Необхідно дослідити вплив різних параметрів моделювання, таких як дані енергосистеми, лінії передачі, навантаження та несправності, на характеристики пошкодження та збільшення струму. Для майбутнього вдосконалення модель може бути розширена для інших типів характеристик реле (диференційних реле, реле опору, реле напряму потужності) та типів пошкодження.

Перелік джерел посилання

1. Шабад, М. А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей М. А. Шабад. - Л.: Энергоатомиздат, 1985. - 296 с.

2. ІЕС 60255--151:2009 Measuring relays and protection equipment -- Part 151: Functional requirements for over/under current protection/

3. Muhd Hafizi Idris, Surya Hardi, Mohd Zarnri Hasan. Teaching Distance Relay Using Matlab/Simulink Graphical User Interface. Malaysian Technical Universities Conference on Engineering & Technology 2012, MUCET 2012.

Размещено на Allbest.ru