RU2082270C1 - Способ разграничения броска тока намагничивания и тока короткого замыкания - Google Patents

Способ разграничения броска тока намагничивания и тока короткого замыкания Download PDF

Info

Publication number
RU2082270C1
RU2082270C1 RU94010717A RU94010717A RU2082270C1 RU 2082270 C1 RU2082270 C1 RU 2082270C1 RU 94010717 A RU94010717 A RU 94010717A RU 94010717 A RU94010717 A RU 94010717A RU 2082270 C1 RU2082270 C1 RU 2082270C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
current
level
differential
transformer
currents
Prior art date
Application number
RU94010717A
Other languages
English (en)
Other versions
RU94010717A (ru
Inventor
Ю.Я. Лямец
А.П. Арсентьев
А.М. Константинов
Original Assignee
Чувашский государственный университет им.И.Н.Ульянова
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Чувашский государственный университет им.И.Н.Ульянова filed Critical Чувашский государственный университет им.И.Н.Ульянова
Priority to RU94010717A priority Critical patent/RU2082270C1/ru
Publication of RU94010717A publication Critical patent/RU94010717A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2082270C1 publication Critical patent/RU2082270C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Protection Of Transformers (AREA)

Abstract

Использование: изобретение относится к релейной защите электроэнергетических систем, в частности к способам выполнения дифференциальной защиты трансформатора, с целью повышения быстродействия разграничения броска тока намагничивания и тока короткого замыкания в силовом трансформаторе. Сущность изобретения: за счет применения адаптивных фильтров 6-8, позволяющих проводить анализ состава первой полуволны переходных токов, когда еще нет потери информации, связанной с насыщением трансформатора, за время меньшее полупериода промышленной частоты и привлечения дополнительных информационных признаков в спектрах токов. При этом определяют уровни нечетных гармоник и уровни свободных составляющих измеряемых и дифференциальных токов, выделяют максимальные уровни свободной составляющей и нечетных гармоник измеряемых токов и производят пять сравнений уровней с уставками и между собой, при первом - уровень нечетных гармоник дифференциального тока с первой уставкой, при втором - уровень свободной составляющей дифференциального тока со второй уставкой, при третьем - уровень нечетных гармоник с уровнем свободной составляющей дифференциального тока, при четвертом - уровень нечетных гармоник дифференциального тока с максимальным уровнем нечетных гармоник измеряемых токов, при пятом - уровень свободной составляющей дифференциального тока с максимальным уровнем свободной составляющей измеряемых токов и, если при одновременном первом, третьем и четвертом сравнениях первые сравниваемые величины больше вторых сравниваемых величин, констатируют бросок тока намагничивания трансформатора, а если первая сравниваемая величина меньше второй при третьем сравнении, а при втором и пятом сравнениях первая сравниваемая величина больше второй, то констатируют короткое замыкание в трансформаторе. 7 ил.

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите электроэнергетических систем, и может быть использовано для выполнения дифференциальных защит трансформаторов.
Короткие замыкания в защищаемом электрооборудовании сопровождаются переходными процессами. Переходный процесс протекает в трансформаторе и в аномальном режиме броске тока намагничивания, возникающем при включении трансформатора на холостой ход, либо при восстановлении напряжения после отключения внешнего короткого замыкания. В связи с этим необходимо принимать специальные меры для отстройки дифференциальных защит трансформаторов от броска тока намагничивания.
Известен способ разграничения броска тока намагничивания и тока короткого замыкания трансформатора с помощью вспомогательного насыщающегося трансформатора тока [1] Способ основан на выявлении апериодической составляющей броска тока намагничивания и блокировки действия дифференциальной защиты на время ее затухания. Однако он не обеспечивает необходимых чувствительности и быстродействия.
Известен времяимпульсный способ разграничения режимов броска тока намагничивания и короткого замыкания [2] Способ осуществляют путем установления различий в формах токов этих режимов, в частности на наличии в броске тока намагничивания токовых пауз, обусловленных насыщением трансформатора. Согласно этому способу сравнивают длительность паузы дифференциального тока на заданном уровне замера с задним временем (уставки из расчета на наихудший случай) в сочетании с блокировкой по второй гармонике тока. В случае превышения длительности токовой паузы заданной уставки идентифицируют бросок намагничивающего тока и блокируют срабатывание защиты. Время срабатывания защиты, выполненной по этом способу, в неблагоприятных условиях превышает два периода промышленной частоты [3]
Наиболее близким к предлагаемому способу разграничения броска тока намагничивания и тока короткого замыкания трансформатора является способ, при котором измеряют токи трансформатора, формируют дифференциальный ток, выделяют из измеряемых и дифференциального токов с помощью адаптивного фильтра Калмана информационные составляющие токов, а именно, составляющие второй гармоники промышленной частоты, которые используются для формирования управляющего сигнала, блокирующего защиту от броска тока намагничивания [4]
При превышении уровня управляющего сигнала блокировки заданной уставки констатируют бросок намагничивающего тока трансформатора. Адаптивный фильтр Калмана используют с целью повышения точности измерений информационных параметров при отклонении частоты сети от номинальной. Быстродействие этого способа ограничено периодом промышленной частоты, так как вторая гармоника как составная часть спектра формируется лишь с появлением несимметрии положительных и отрицательных полуволн, конкретно начиная с токовой паузы, следующей за первой полуволной.
Цель изобретения повышение быстродействия разграничения броска тока намагничивания и тока короткого замыкания в силовом трансформаторе.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе разграничения броска тока намагничивания и тока короткого замыкания трансформатора путем измерения его токов, формирования из них дифференциального тока, выделения информационных составляющих токов с помощью их обработки адаптивными фильтрами, каждый раз настраивают адаптивные фильтры на подавление соответствующего тока, выделяют нечетные гармоники и свободную составляющую каждого тока, определяют уровень нечетных гармоник и уровень свободной составляющей измеряемых токов и производят пять сравнений, полученных в итоге уровней с уставками и между собой: при первом уровень нечетных гармоник дифференциального тока с первой уставкой, при втором уровень свободной составляющей дифференциального тока со второй уставкой, при третьем уровень нечетных гармоник с уровнем свободной составляющей дифференциального тока, при четвертом уровень нечетных гармоник дифференциального тока с максимальным уровнем нечетных гармоник измеряемых токов, при пятом уровень свободной составляющей дифференциального тока с максимальным уровнем свободной составляющей измеряемых токов и, если при одновременном первом, третьем и четвертом сравнениях первые сравниваемые величины больше вторых сравниваемых величин, констатируют бросок тока намагничивания, если же первая сравниваемая величина меньше второй при третьем сравнении, а при втором и пятом сравнениях первая сравниваемая величина больше второй констатируют короткое замыкание в трансформаторе.
Сущность предлагаемого способа разграничения броска тока намагничивания и тока короткого замыкания заключается в использовании для анализа состава измеряемых и дифференциального токов первой же полуволны тока, когда еще не происходит потери информации, связанной с насыщением измерительного трансформатора тока. Способ основан на таких качественных различиях составов броска тока намагничивания и тока короткого замыкания, которые обусловлены отличием соответствующих физических процессов. Для обнаружения этих отличий используются особые качества нерекурсивных адаптивных фильтров, выражающиеся в способности распознавать за фиксированное и вполне определенное время состав переходного процесса [5] Принцип разграничения режимов основан на высоком содержании в первом же полупериоде сигнала броска тока намагничивания нечетных гармоник.
На фиг. 1 дана функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 схема адаптивного фильтра; на фиг. 3, фиг. 4 и фиг. 5
соответственно вебер-амперная характеристика силового трансформатора, форма первой полуволны броска тока намагничивания и схема замещения короткого замыкания в трансформаторе; фиг. 6 и фиг. 7 осциллограммы и результаты анализов состава реальных режимов броска тока намагничивания и тока короткого замыкания, подтверждающие теоретические положения и тока короткого замыкания, подтверждающие теоретические положения способа.
На фиг. 1 изображены электрическая система 1, силовой трансформатор 2, по концам которого установлены измерительные трансформаторы тока 3 и 4, сумматор 5, адаптивные фильтры 6-8, селекторы 9-10, сравнивающие элементы 11-15, инвертор 16, элементы И 17-18; на фиг. 2 элементы задержки 19-21, умножители 22-24, сумматор 25, задающий блок 26, генераторы периодического сигнала 27-28, амплитудно-фазовый корректор 29, формирователь уровня периодического сигнала 30, вычитатель 31 и амплитудный детектор 32.
Способ разграничения броска тока намагничивания и тока короткого замыкания трансформатора реализуется последовательностью операций, иллюстрируемой схемой фиг. 1. Все операции совершаются в дискретном времени l = ent (t/τ) где t непрерывное время, τ 1/fд интервал, а fд - частота дискретизации. В общем случае в составе токов присутствуют периодические установившиеся iy(l) и свободная ic(l) слагаемые
i(l) iy(l) + ic(l),
Figure 00000002

где
Figure 00000003
комплексная амплитуда r-й гармоники разложения периодической установившейся слагаемой в дискретный ряд Фурье, f промышленная (основная) частота, k ent(fN/f), fN fд/2 частота Найквиста.
Согласно предлагаемому способу, измеряют с помощью датчиков 3 и 4 токи iизм1(l) и iизм2(l) защищаемого трансформатора 2, включенного в электрическую систему 1. Формируют в сумматоре 5 дифференциальный ток
iд(l) iизм1(l) + iизм2(l).
Анализируют составы измеряемых и дифференциального токов и формируют на выходах адаптивных фильтров 6-8 сигналы, пропорциональные уровням высших нечетных гармоник, установившихся Iн,изм1, Iнд,изм2, Iнд и свободных слагаемых всех токов Iс,изм1, Iс,изм2, Iсд.
Нерекурсивный адаптивный фильтр обладает способностью настраиваться на полное подавление экспоненциально-гармонических сигналов за малое и вполне определенное время, что адекватно способности распознавать их состав [5] Анализ тока с помощью адаптивного фильтра (фиг. 2) сводится к следующей последовательности операций:
1. Настройке нерекурсивного фильтра типа 6-8, реализованного на элементах задержки 19-20, умножителях 22-24 и сумматоре 25 и генераторе периодического сигнала 27. Настройка адаптивного фильтра осуществляется путем подавления его выходного сигнала
Figure 00000004

где m порядок, а
Figure 00000005
варьируемые параметры фильтра. Условие настройки среднеквадратический критерий
Figure 00000006

где n число используемых при настройке фильтра отсчетов тока i(l). Варьируемые при настройке параметры фильтра (1) Ir,
Figure 00000007
as,
Figure 00000008
, вырабатываются задающим блоком 26 как решение системы (в общем случае переопределенной) линейных алгебраических уравнений вытекающей из (1) и (2). Для настройки адаптивного фильтра на подавление экспоненциального сигнала с неизвестными амплитудой и затуханием требуется два отсчета входного тока i(l). Для подавления гармонического сигнала с неизвестными амплитудой и фазой, но заданной частотой также два отсчета тока i(l). В общем случае для подавления сигнала, заданного в экспоненциально-гармоническом базисе функций потребуется столько отсчетов nmin, сколько неизвестных параметров (амплитуд, фаз, затуханий и частот) содержат в сумме отдельные экспоненциально-гармонические составляющие тока i(l). Поэтому частота дискретизации fд преобразования тока в цифровую форму выбирается из условия получения необходимого числа отсчетов за первую полуволну броска тока намагничивания.
2. Амплитудно-фазовой коррекции гармоник установившейся слагаемой тока в корректоре 2
Figure 00000009

3. Формированию уровня нечетных гармоник установившейся слагаемой точкой в формирователе уровня периодического сигнала 30
Figure 00000010

4. Формированию установившейся слагаемой точкой в генераторе периодического сигнала 28 по его спектру
Figure 00000011

5. Выделению свободной составляющей тока с помощью вычитателя 31
ic(l) i(l) iy(l).
6. Определению максимального уровня свободной составляющей тока Ic амплитудным детектором 32.
Нелинейность характеристики намагничивания трансформатора наделяет его способностью генерировать высшие гармоники. У характеристики три специфических участка (фиг. 3): рабочий, где ток намагничивания iμ пренебрежимо мал, и области насыщения, где в окрестности любого значения потокосцепления jx справедлива аппроксимация нечетной функцией в общем случае полиномом [6]
iμ=b1(ψ-ψx)+b3(ψ-ψx)3+b5(ψ-ψx)5+..., (3)
где b1, b3, b5, некоторые константы, определяемые характеристикой намагничивания трансформатора. Под действием синусоидального напряжения потокосцепление изменяется по закону (без учета затухания)
ψ= ψm•sin(ω1t+α)+ψ(0)-ψm•sinα, (4)
где α начальная фаза. Подстановка (4) в (3) при jx= ψ(0)- ψm•sinα доказывает правомерность утверждения: в области насыщения спектр тока намагничивания образован нечетными гармониками
Figure 00000012

Иначе говоря, каждая отдельно взятая полуволна броска тока намагничивания, в том числе и самая первая (фиг. 4), подчиняется закономерности (5). Иное дело, что процесс броска в целом, протекающий не только в области насыщения, но и на рабочем участке, обладает более сложным спектром, так как наряду с последовательностью полуволн включает в себя и череду пауз. Последнее, однако, не имеет значения для предлагаемого способа, так как он, в отличие от известных, связан с анализом спектра отдельных полуволн тока, а не всего процесса в целом.
Если при коротком замыкании в трансформаторе возникает переходный процесс, уровень его свободной составляющей в дифференциальном токе больше, чем в любом из измеряемых токов, что обосновывается схемой замещения короткого замыкания трансформатора (фиг. 5).
Уровни высших нечетных гармоник Iн,изм1 и Iн,изм2 и уровни свободных составляющих Iс,изм1 и Iс,изм2 измеренных токов поступают соответственно на входы селекторов 9 и 10, где осуществляется отбор максимального уровня.
Над полученными величинами проводят пять сравнений с помощью элементов 11-15. Сравнивают: уровень нечетных гармоник дифференциального тока Iнд с первой уставкой δ1 уровень свободной составляющей дифференциального тока Iсд со второй уставкой δ2 уровень нечетных гармоник Iнд с уровнем свободной составляющей дифференциального тока Iсд уровень нечетных гармоник дифференциального тока Iнд с максимальным уровнем нечетных гармоник измеряемых токов Iн,изм1 и Iн,изм2, уровень свободной составляющей дифференциального тока Iсд с максимальным уровнем свободной составляющей измеряемых токов Iн,изм1 и Iс,изм2. По результатам сравнений формируют с помощью логических элементов И 17,18 и инвертора 16 сигналы БТН и КЗ соответствующие режимам работы трансформатора. Если первое, третье и четвертое сравнения одновременно дадут положительный результат (логическую 1), то констатируют бросок тока намагничивания (БТН). А если третье сравнение даст отрицательный, а второе и пятое положительный результат, то фиксируют короткое замыкание в трансформаторе. Уставки δ1 и δ2 выбирают из эмпирических соображений, исходя из соображений обеспечения необходимой чувствительности способа.
Таким образом применение адаптивных фильтров, позволяющих проводить анализ состава переходных токов за время меньшее полупериода промышленной частоты, и привлечение дополнительных информационных признаков в спектрах наблюдаемых токов позволяет сократить время идентификации режима работы трансформатора по сравнению с известными способами. В подтверждение этого на фиг. 6а и 7а приведены реальные осциллограммы броска тока намагничивания и тока короткого замыкания силового трансформатора, снятые с частотой дискретизации 3000 Гц, на фиг. 6б и 7б результаты анализа первого полупериода промышленной частоты с помощью адаптивных фильтров по 20 выборкам. Первая полуволна броска тока намагничивания состоит из двух (первой и третьей) гармоник (кривые а и б фиг. 6б) установившейся составляющей и не содержит свободной составляющей. Амплитуды гармоник 7,640 А и 2,221 А соответственно. В состав же первой полуволны тока короткого замыкания (фиг. 7б) помимо первой (основной) гармоники установившейся слагаемой с амплитудой 3,470 А (кривая а) входит и затухающая экспонента свободной составляющей тока (кривая б). Ее амплитуда 1,859 А.
Таким образом, применение предлагаемого способа разграничения броска тока намагничивания и тока короткого замыкания позволяет распознать режим работы трансформатора за время, меньшее полупериода промышленной частоты, что недостижимо в известных способах.

Claims (1)

  1. Способ разграничения броска тока намагничивания и тока короткого замыкания трансформатора путем измерения его токов, формирования дифференциального тока, выделения информационных составляющих измеряемого и дифференциального токов с помощью обработки токов адаптивными фильтрами и сравнения их между собой, отличающийся тем, что используют нерекурсивные адаптивные фильтры, которые настраивают каждый раз на подавление соответствующего тока, выделяют нечетные гармоники и свободную составляющую каждого тока, определяют уровень нечетных гармоник и уровень свободной составляющей дифференциального тока, определяют максимальный уровень свободной составляющей и максимальный уровень нечетных гармоник измеряемых токов, производят пять сравнений уровней с уставками и между собой, при первом - уровень нечетных гармоник дифференциального тока с первой уставкой, при втором уровень свободной составляющей дифференциального тока с второй уставкой, при третьем уровень нечетных гармоник с уровнем свободной составляющей дифференциального тока, при четвертом уровень нечетных гармоник дифференциального тока с максимальным уровнем нечетных гармоник измеряемых токов, при пятом уровень свободной составляющей дифференциального тока с максимальным уровнем свободной составляющей измеряемых токов и, если при одновременном первом, третьем и четвертом сравнениях первые сравниваемые величины больше вторых сравниваемых величин, констатируют бросок тока намагничивания трансформатора, а если первая сравниваемая величина меньше второй при третьем сравнении, а при втором и пятом сравнениях первая сравнительная величина больше второй, то констатируют короткое замыкание в трансформаторе.
RU94010717A 1994-03-25 1994-03-25 Способ разграничения броска тока намагничивания и тока короткого замыкания RU2082270C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94010717A RU2082270C1 (ru) 1994-03-25 1994-03-25 Способ разграничения броска тока намагничивания и тока короткого замыкания

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94010717A RU2082270C1 (ru) 1994-03-25 1994-03-25 Способ разграничения броска тока намагничивания и тока короткого замыкания

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU94010717A RU94010717A (ru) 1995-12-27
RU2082270C1 true RU2082270C1 (ru) 1997-06-20

Family

ID=20154038

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU94010717A RU2082270C1 (ru) 1994-03-25 1994-03-25 Способ разграничения броска тока намагничивания и тока короткого замыкания

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2082270C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2648991C1 (ru) * 2017-01-23 2018-03-29 Общество с ограниченной ответственностью "Релематика" Способ восстановления тока при насыщении трансформатора
RU2792285C1 (ru) * 2022-01-27 2023-03-21 Общество с ограниченной ответственностью "Релематика" Способ защиты линии электропередачи при броске тока намагничивания силового трансформатора

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Федосеев А.М., Федосеев М.А. Релейная защита электроэнергетических систем: Учеб. для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1992, с. 435 - 448. 2. Дмитренко А.М. Дифференциальная защита трансформаторов и автотрансформаторов. - Электричество, 1975, N 2, с. 1 - 9. 3. Дмитренко А.М., Линт М.Г. Влияние переходных процессов на быстродействие дифференциальной защиты ДЗТ-21. - Электрические станции, 1982, с. 53 - 57. 4. Girgis A.A., Hart D., Chang W. An adaptive scheme for digital protection of power transformers // IEEE Trans. Power Deliv, 1992, 7, N 2, p. 546 - 599. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2648991C1 (ru) * 2017-01-23 2018-03-29 Общество с ограниченной ответственностью "Релематика" Способ восстановления тока при насыщении трансформатора
RU2792285C1 (ru) * 2022-01-27 2023-03-21 Общество с ограниченной ответственностью "Релематика" Способ защиты линии электропередачи при броске тока намагничивания силового трансформатора

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5567994A (en) Active harmonic filter with time domain analysis
Lobos et al. Real-time determination of power system frequency
CA2106357A1 (en) Method for implementing selectable protective relay functions
Wang Frequency responses of phasor-based microprocessor relaying algorithms
KR830000301B1 (ko) 보호 계전 장치
MXPA04011988A (es) Elemento instantaneo de sobrecorriente para corriente pesadamente saturada en un sistema de energia.
KR101952063B1 (ko) 누설 전류 검출 장치
US4560922A (en) Method for determining the direction of the origin of a disturbance affecting an element of an electrical energy transfer network
FI86782B (fi) Digitalt impedansrelae.
KR101217440B1 (ko) 과전류 계전기
RU2082270C1 (ru) Способ разграничения броска тока намагничивания и тока короткого замыкания
Lázaro et al. Selective estimation of harmonic components in noisy electrical signals for protective relaying purposes
RU2589716C1 (ru) Способ отстройки от бросков тока намагничивания при включении под напряжение для дифференциальной защиты трансформатора
US4409636A (en) Device for detecting faulty phases in a multi-phase electrical network
Kennedy et al. Variable digital filter response time in a digital distance relay
US11355919B2 (en) Current differential relay apparatus
de Carvalho et al. A PID SRF‐PLL based algorithm for positive‐sequence synchrophasor measurements
US4947109A (en) Detector of quantity of electricity
Buryanina et al. High-speed relay equipment protection
JP2823423B2 (ja) 交流電流中の非対称成分による直流電流の測定装置
JPH07318590A (ja) 周期信号の妨害成分を除去するための方法及び装置、並びに電子静電容量変圧器への応用
US20210006059A1 (en) Protection relay
Nedeljkovic et al. Synchronization to the network without voltage zero-cross detection
GB2593052A (en) Overcurrent relay Device
Vaytelenok Modeling and Analysis of Operation of the Symmetrical Components Digital Filters