RU2655920C1 - Method of relay protection of three-phase transformer - Google Patents

Method of relay protection of three-phase transformer Download PDF

Info

Publication number
RU2655920C1
RU2655920C1 RU2017118704A RU2017118704A RU2655920C1 RU 2655920 C1 RU2655920 C1 RU 2655920C1 RU 2017118704 A RU2017118704 A RU 2017118704A RU 2017118704 A RU2017118704 A RU 2017118704A RU 2655920 C1 RU2655920 C1 RU 2655920C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
currents
transformer
voltages
primary
windings
Prior art date
Application number
RU2017118704A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Яковлевич Лямец
Александр Борисович Атнишкин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Релематика"
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 Общество с ограниченной ответственностью "Релематика" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Релематика"
Priority to RU2017118704A priority Critical patent/RU2655920C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2655920C1 publication Critical patent/RU2655920C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/04—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for transformers
    • H02H7/045—Differential protection of transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/04—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for transformers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Protection Of Transformers (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: use in electric power engineering. Operations of the method are oriented to the most common type of power transformers with primary windings connected in the "star with zero" scheme and secondary windings connected in a triangle. Currents and voltages of the primary windings and currents at the output of the triangle of the secondary windings are monitored. Monitored values are converted into two-dimensional signals using the intact transformer model, which is divided into three sub-models – primary windings, secondary windings and magnetic circuit. In the first submodel, the primary currents and voltages are converted into magnetizing voltages. In the second submodel, the magnetizing voltages are converted together with the secondary side currents of the transformer into the currents of its secondary windings. Third submodel implements the law of total current, transforming the currents of the primary and corresponding secondary windings of each phase into magnetizing currents. Two-dimensional signals are formed from voltages and magnetizing currents. On the planes of two-dimensional signals, the characteristics of the protection blocking are set, which play a priority role in this method. Protection is triggered if two conditions are met: the first is the failure of any of the blocking organs; the second is the activation of at least one of the permissive organs.
EFFECT: expansion of the functionality of the method.
1 cl, 12 dwg

Description

Изобретение относится к электроэнергетике. Предназначено для защиты силовых трансформаторов. Ориентировано на применение в микропроцессорной релейной защите.The invention relates to the electric power industry. Designed to protect power transformers. It is oriented on application in microprocessor relay protection.

В последние двадцать лет начал складываться новый класс алгоритмов релейной защиты, предполагающих моделирование защищаемого объекта [1]. Имеются в виду модели неповрежденного объекта, получившие название алгоритмических [2]. Они играют роль формирователей замеров и функционируют в реальном времени. Их не следует путать с имитационными моделями тех электрических систем, в состав которых входят защищаемые объекты. Имитационные модели охватывают всевозможные режимы системы, включая и повреждения объекта. Они воспроизводят любые ситуации, что востребовано не только при тестировании релейной защиты, но и при ее обучении [3, 4]. Имитационное моделирование совершается в отложенном времени.In the last twenty years, a new class of relay protection algorithms has begun to take shape, involving the modeling of the protected object [1]. This refers to the model of an intact object, called algorithmic [2]. They play the role of measurement formers and function in real time. They should not be confused with simulation models of those electrical systems that include protected objects. Simulation models cover all kinds of system modes, including damage to the object. They reproduce any situations, which is in demand not only when testing relay protection, but also during its training [3, 4]. Simulation is done in delayed time.

Алгоритмические модели работают в реальном времени, являясь структурной частью релейной защиты. Они моделируют не всю систему, а исключительно защищаемый объект, выполняя функцию преобразователей наблюдаемых токов и напряжений.Algorithmic models work in real time, being a structural part of relay protection. They model not the entire system, but an exclusively protected object, acting as converters of the observed currents and voltages.

Способы релейной защиты, основанные на применении алгоритмических моделей, получили развитие и внедрение в защите линий электропередачи [5]. Защита трансформаторов имеет ряд особенностей [6]. Алгоритмическая модель трансформатора представляет собой сложную структуру, состоящую из трех составных частей (подмоделей) - первичных обмоток, вторичных обмоток и магнитопровода. Способ защиты трансформатора по [6] исходит из предположения о полноте и даже избыточности информационной базы. Полнота относится к априорной информации, а избыточность - к текущей. Априорная информация задается в виде значений фиксированных параметров модели, возможно в интервальной форме, а также характеристики намагничивания сердечника. Текущую информацию представляют результаты наблюдения токов и напряжений на выводах обмоток трансформатора. В таких условиях структура и параметры алгоритмической модели полностью определены, и для ее активирования достаточно лишь части наблюдаемых величин. Остальные величины остаются в резерве, модель формирует их оценки, а по возникающей невязке между наблюдаемыми величинами и их оценками судят об адекватности модели и объекта или же о неадекватности. В случае адекватности делается вывод о нормальном состоянии объекта, коль скоро модель предполагает его исправность. А в случае явной неадекватности делается вывод о повреждении объекта и, следовательно, о том, что он нуждается в защите.Relay protection methods based on the use of algorithmic models have been developed and implemented in the protection of power lines [5]. Transformer protection has a number of features [6]. The algorithm model of the transformer is a complex structure consisting of three components (submodels) - primary windings, secondary windings and magnetic circuit. The transformer protection method according to [6] proceeds from the assumption of the completeness and even redundancy of the information base. Completeness refers to a priori information, and redundancy refers to current information. A priori information is set in the form of values of the fixed parameters of the model, possibly in an interval form, as well as the characteristics of core magnetization. Current information is provided by the results of observation of currents and voltages at the terminals of the transformer windings. Under such conditions, the structure and parameters of the algorithmic model are completely determined, and only part of the observed values is sufficient for its activation. The remaining values remain in reserve, the model generates their estimates, and judging by the discrepancy between the observed values and their estimates, the adequacy of the model and the object or inadequacy is judged. In case of adequacy, a conclusion is drawn about the normal state of the object, since the model assumes its serviceability. And in the case of obvious inadequacy, a conclusion is made about the damage to the object and, therefore, that it needs protection.

Несмотря на то что способ защиты трансформатора по [6] представляет собой решение общей задачи, в распространенном частном случае он оказывается недостаточно эффективным и нуждается в совершенствовании. Имеется в виду исполнение трехфазного трансформатора с соединением вторичных обмоток в треугольник. В обсуждаемом способе, как и в существующей практике, при моделировании такой конструкции осуществляется переход от фазных координат к линейным, т.е. к разностям фазных величин. Как следствие, сокращается информационная база релейной защиты: вместо трех независимых фазных контуров получаются два линейных, иначе говоря, из рассмотрения исключается нулевая последовательность электрических величин. Между тем, ток нулевой последовательности замыкается в треугольнике обмоток и существенно влияет на токи намагничивания стержней магнитопровода. Понятно, что в базисе линейных координат невозможно полноценно распознать насыщение одной или нескольких фаз магнитной цепи.Despite the fact that the transformer protection method according to [6] is a solution to the general problem, in the common particular case it turns out to be insufficiently effective and needs to be improved. This refers to the execution of a three-phase transformer with the connection of the secondary windings into a triangle. In the method under discussion, as in existing practice, when modeling such a structure, a transition is made from phase to linear coordinates, i.e. to the differences in phase quantities. As a result, the information base of relay protection is reduced: instead of three independent phase circuits, two linear ones are obtained, in other words, a zero sequence of electrical quantities is excluded from consideration. Meanwhile, the zero-sequence current closes in the triangle of the windings and significantly affects the magnetization currents of the cores of the magnetic circuit. It is clear that in the basis of linear coordinates it is impossible to fully recognize the saturation of one or more phases of the magnetic circuit.

Цель настоящего изобретения - расширение функциональных возможностей способа защиты трехфазного трансформатора, у которого имеется хотя бы одна группа обмоток, соединенных в треугольник, притом, что токи в треугольнике не наблюдаются. Вносимые усовершенствования направлены на то, чтобы и в таких условиях получить возможность отслеживать процессы в магнитопроводе, в каждой его фазе. Выполняемые операции подобраны в расчете на простейшую конструкцию трансформатора с двумя группами обмоток. Первичные обмотки соединены в звезду, вторичные - в треугольник. Наблюдают токи и напряжения на выводах первичных обмоток (первые величины), а также токи на выводах треугольника (вторые токи). Как и в прототипе, наблюдаемые величины преобразуют в двумерные сигналы, правда, иной природы, нежели в прототипе. Преобразование совершают при помощи модели трансформатора в неповрежденном состоянии, что является центральным ограничительным признаком изобретения. Модель, предназначенную для преобразования информации, составляют из трех автономных частей (подмоделей): первая - подмодель первичных обмоток, вторая - вторичных обмоток, третья - подмодель магнитной системы. Именно подмодели осуществляют формирование двумерных сигналов, на плоскостях которых задают характеристики защиты.The purpose of the present invention is to expand the functionality of a method for protecting a three-phase transformer, which has at least one group of windings connected in a triangle, despite the fact that no currents are observed in the triangle. The introduced improvements are aimed at, in such conditions, being able to monitor processes in the magnetic circuit, in each phase. The operations performed are selected based on the simplest design of a transformer with two groups of windings. Primary windings are connected in a star, secondary - in a triangle. Currents and voltages are observed at the terminals of the primary windings (first quantities), as well as currents at the terminals of the triangle (second currents). As in the prototype, the observed values are converted into two-dimensional signals, however, of a different nature than in the prototype. The conversion is performed using the transformer model in an intact state, which is the central limiting feature of the invention. A model designed to convert information is made up of three autonomous parts (submodels): the first is a submodel of the primary windings, the second is the secondary windings, and the third is a submodel of the magnetic system. It is the submodels that generate two-dimensional signals, on the planes of which the protection characteristics are set.

Первую подмодель используют, как и в прототипе, для преобразования первых токов и напряжений в напряжения намагничивания. Вторую и третью подмодели в предлагаемом способе используют не так, как в прототипе, и это обстоятельство относится к числу ограничительных признаков. Вторую подмодель используют для преобразования напряжений намагничивания совместно со вторыми токами в токи вторичных обмоток, соединенных в треугольник. Наконец, третью подмодель, относящуюся к магнитопроводу, используют для преобразования токов первичных и вторичных обмоток каждой фазы в токи намагничивания. Принципиально важную роль играет операция формирования двумерных сигналов. Их формируют из величин, относящихся к магнитной системе трансформатора, а именно из напряжений намагничивания и токов намагничивания каждой фазы магнитопровода. Существенно и то, что на плоскостях двумерных сигналов задают характеристики блокирования защиты, которым в данном способе придается первостепенное значение. Характеристики срабатывания играют подчиненную роль. Срабатывание защиты производят в случае выполнения главного условия. Оно заключается в том, что ни один из двумерных сигналов не отобразится в области блокирования, ограниченной на его плоскости характеристикой блокирования. Для большей надежности могут быть задействованы еще и характеристики срабатывания.The first submodel is used, as in the prototype, to convert the first currents and voltages to magnetization voltages. The second and third submodels in the proposed method are used differently than in the prototype, and this circumstance is among the restrictive features. The second submodel is used to convert the magnetization voltages together with the second currents to the currents of the secondary windings connected in a triangle. Finally, a third submodel related to the magnetic circuit is used to convert the currents of the primary and secondary windings of each phase into magnetization currents. The operation of generating two-dimensional signals plays a fundamentally important role. They are formed from values related to the magnetic system of the transformer, namely from the magnetizing voltages and the magnetizing currents of each phase of the magnetic circuit. It is also significant that on the planes of two-dimensional signals the characteristics of protection blocking are set, which are given paramount importance in this method. The response characteristics play a subordinate role. The protection is triggered if the main condition is met. It consists in the fact that none of the two-dimensional signals is displayed in the blocking region limited on its plane by the blocking characteristic. For greater reliability, triggering characteristics can also be used.

В зависимом пункте формулы изобретения конкретизуется вид двумерных сигналов и операция их формирования.In the dependent claim, the type of two-dimensional signals and the operation of their formation are specified.

На фиг. 1 приведена структурная схема трехфазного двухобмоточного трансформатора; на фиг. 2 - его схемная модель; на фиг. 3-5 - алгоритмические модели (подмодели), первая (фиг. 3) - первичных обмоток, вторая (фиг. 4) - вторичных обмоток, третья (фиг. 5) имеет отношение к магнитопроводу. На фиг. 6 дана иллюстрация операции формирования двумерного сигнала, а на фиг. 7 изображена плоскость двумерного сигнала с указанной на ней областью блокирования релейной защиты. На фиг. 8 - примерный вид характеристики намагничивания стали. Функциональные схемы по фиг. 9-11 поясняют действие релейной защиты трансформатора, на фиг. 9 - структура первой подмодели в трехфазном исполнении, фиг. 10 - структура формирователя двумерных сигналов, фиг. 11 - оконечный модуль защиты трансформатора. На фиг. 12 представлены результаты экспериментальной проверки предлагаемого способа.In FIG. 1 shows a structural diagram of a three-phase double-winding transformer; in FIG. 2 - its circuit model; in FIG. 3-5 - algorithmic models (submodels), the first (Fig. 3) - primary windings, the second (Fig. 4) - secondary windings, the third (Fig. 5) is related to the magnetic circuit. In FIG. 6 illustrates the operation of generating a two-dimensional signal, and FIG. 7 shows a plane of a two-dimensional signal with the relay protection blocking area indicated on it. In FIG. 8 is an exemplary view of the magnetization characteristic of steel. Functional diagrams of FIG. 9-11 explain the effect of relay protection of the transformer, in FIG. 9 - structure of the first submodel in three-phase execution, FIG. 10 - structure of the driver of two-dimensional signals, FIG. 11 - terminal transformer protection module. In FIG. 12 presents the results of experimental verification of the proposed method.

Предлагаемый способ излагается на примере трансформатора с минимальным набором трехфазных обмоток - первичной 1 и вторичной 2 - и магнитопроводом 3. Первичная трехфазная обмотка состоит их фазных обмоток 4-6, соединенных по схеме «звезда с нулем». Вторичная трехфазная обмотка состоит из обмоток 7-9, соединенных в треугольник. Наблюдаются фазные токи и напряжения iν1(t), uν1(t), ν=A, B, C на выводах A1, B1, C1 первичной обмотки. Фазные токи iνΔ(t) вторичной обмотки не наблюдаются. Наблюдаются линейные токи iν2(t) на выводах треугольника A2, B2, C2.The proposed method is described on the example of a transformer with a minimum set of three-phase windings - primary 1 and secondary 2 - and magnetic circuit 3. The primary three-phase winding consists of phase windings 4-6 connected according to the "star with zero" scheme. The secondary three-phase winding consists of windings 7-9 connected in a triangle. Phase currents and voltages i ν1 (t), u ν1 (t), ν = A, B, C are observed at the terminals A 1 , B 1 , C 1 of the primary winding. Phase currents i νΔ (t) of the secondary winding are not observed. Linear currents i ν2 (t) are observed at the terminals of the triangle A 2 , B 2 , C 2 .

В схемной модели трансформатора магнитопровод представлен в виде фазных сердечников 10-12. Выделены параметры обмоток - активные сопротивления R1, R2, индуктивности рассеяния L1, L2. В обмотках остаются напряжения намагничивания - первичные uμν1(t) и вторичные uμν2(t), связанные с потоком в сердечнике Фν законом электромагнитной индукцииIn the circuit model of the transformer, the magnetic circuit is presented in the form of phase cores 10-12. The parameters of the windings are selected - active resistances R 1 , R 2 , dissipation inductance L 1 , L 2 . Magnetization voltages remain in the windings - primary u μν1 (t) and secondary u μν2 (t) associated with the flux in the core Ф ν by the law of electromagnetic induction

Figure 00000001
Figure 00000002
Figure 00000001
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000004
Figure 00000003
Figure 00000004

где Ψ - потокосцепления, w1 и w2 - числа витков обмоток, ν+1 - индекс опережающей фазы.where Ψ - flux linkage, w 1 and w 2 - the number of turns of the windings, ν + 1 - index of the leading phase.

Заметим, что фазные напряжения вторичных обмоток являются вместе с тем линейными напряжениями отходящей сети, в связи с чем они и обозначаются так, как это принято для линейных напряжений.Note that the phase voltages of the secondary windings are at the same time the linear voltages of the outgoing network, and therefore they are denoted as is customary for linear voltages.

Первая подмодель 13 функционирует в соответствии со схемой первичной обмотки, ее входы 14, 15 передают на выход 16 сигнал, представляющий напряжение намагничивания со стороны первичной обмоткиThe first submodel 13 operates in accordance with the primary winding circuit, its inputs 14, 15 transmit to output 16 a signal representing the magnetization voltage from the primary side

Figure 00000005
Figure 00000005

а после умножения на коэффициент трансформации k=w2/w1 - и со стороны вторичной обмоткиand after multiplying by the transformation coefficient k = w 2 / w 1 - and from the side of the secondary winding

Figure 00000006
Figure 00000006

Вторая подмодель 17 действует в соответствии с закономерностями, присущими вторичной стороне трансформатораThe second submodel 17 operates in accordance with the laws inherent in the secondary side of the transformer

Figure 00000007
Figure 00000007

Входными величинами для подмодели 17 являются напряжения uμAC2, uμBA2, uμCB2, подаваемые на входы 18-20, и токи на выходе треугольника вторичных обмоток iA2, iB2, iC2, поступающие на входы 21-23. Выходные величины - токи вторичных обмоток iAΔ, iBΔ, iCΔ на выходах 24-26. Описание (3) представляет собой дифференциальное уравнение первого порядка, моделируемое разностной схемой.The input quantities for submodel 17 are the voltages u μAC2 , u μBA2 , u μCB2 supplied to the inputs 18-20, and the currents at the output of the triangle of the secondary windings i A2 , i B2 , i C2 supplied to the inputs 21-23. The output values are the currents of the secondary windings i AΔ , i BΔ , i CΔ at the outputs 24-26. Description (3) is a first-order differential equation modeled by a difference scheme.

Наконец, третья подмодель 27 действует в соответствии с законом полного тока в приложении к магнитопроводам 10-12Finally, the third submodel 27 operates in accordance with the law of the total current as applied to the magnetic circuits 10-12

Figure 00000008
Figure 00000008

Состояние каждого фазного магнитопровода отслеживается при помощи напряжения и тока ветви намагничивания uμν1 и iμν1. Возможны различные варианты преобразования этих величин в двумерный сигнал z. Простейший из них - разделение формирователя 31 двумерного сигнал на автономные модули 32, 33. На вход 34 первого из них подается напряжение намагничивания uμν1(t), а с выхода 35 снимается интегральная величина - приращение потокосцепления за время Δt, начиная от момента tx The state of each phase magnetic circuit is monitored using the voltage and current of the magnetization branch u μν1 and i μν1 . There are various options for converting these quantities into a two-dimensional signal z. The simplest of them is the separation of the shaper 31 of the two-dimensional signal into autonomous modules 32, 33. The magnetization voltage u μν1 (t) is applied to the input 34 of the first of them, and the integral quantity is removed from output 35 — the flux link increment over time Δt, starting from the moment t x

Figure 00000009
Figure 00000009

Второй модуль 33 выполняет более простую операцию определения приращения за то же время тока намагничивания. Из величины iμν1(t), поступающей на вход 36, выбирают два отсчета iμν1(tx) и iμν1(tx+Δt). На выход 37 подается разностьThe second module 33 performs a simpler operation of determining the increment for the same time the magnetization current. From the magnitude i μν1 (t), supplied to the input 36, the two selected reference frame i μν1 (t x) and i μν1 (t x + Δt) . Output 37 is the difference

Figure 00000010
Figure 00000010

Двумерный сигнал zν представляет собой вектор, компонуемый путем совмещения элементов 38, 39Two-dimensional signal z ν is a vector of composable by combining elements 38, 39

Figure 00000011
Figure 00000011

который отображается точкой 40 на плоскости 41. Задаваемая на плоскости область блокирования защиты Sбл состоит из двух частей 42, 43, которые располагаются вблизи оси координаты Δiμν1 в первом и третьем квадранте, что имеет простое объяснение. В альтернативных режимах трансформатор не поврежден, как следствие, соотношение между потокосцеплением и током намагничивания сердечника определяется характеристикой намагничивания стали B(H), где B - индукция, H - напряженность магнитного поля. Электротехническая сталь характеризуется малым гистерезисом, поэтому характеристика B(H) проходит по первому и третьему квадрантам и состоит из трех частей - почти вертикального рабочего участка 44 и почти горизонтальных участков насыщения 45, 46. Совпадение знаков индукции B и напряженности H имеет следствием совпадение знаков потокосцепления Ψν1 и тока намагничивания iμν1. Далее тоже правило распространяется на приращения ΔΨν1 и Δiμν1.which is displayed by a point 40 on the plane 41. The protection blocking region S bl defined on the plane consists of two parts 42, 43, which are located near the coordinate axis Δi μν1 in the first and third quadrants, which has a simple explanation. In alternative modes, the transformer is not damaged, as a result, the ratio between flux linkage and core magnetization current is determined by the magnetization characteristic of steel B (H), where B is the induction, H is the magnetic field strength. Electrical steel is characterized by low hysteresis, so the characteristic B (H) passes along the first and third quadrants and consists of three parts - an almost vertical working section 44 and almost horizontal saturation sections 45, 46. The coincidence of the signs of induction B and the tension H results in coincidence of the signs of flux linkage Ψ ν1 and the magnetization current i μν1 . Further, the same rule also applies to increments ΔΨ ν1 and Δi μν1 .

Трехфазная структурная схема защиты, реализующая предлагаемый способ, начинается с модели 47 первичной обмотки трансформатора, детализирующей модель 13. Масштабирующей блок 48 переводит первичные напряжения намагничивания во вторичные uμAC2, uμBA2, uμCB2, которые необходимы для активирования модели вторичной обмотки 17, а затем и моделей 27 магнитопровода. Структурные элементы 49-59 детализируют операции, совершаемые формирователями 32, 33. Формирователь замеров имеет собственную структуру, состоящую из пускового органа 49 и формирователя переменных двумерных сигналов 50.The three-phase protection block diagram that implements the proposed method begins with the transformer primary winding model 47 detailing model 13. The scaling unit 48 converts the primary magnetization voltages to secondary u μAC2 , u μBA2 , u μCB2 , which are necessary to activate the secondary winding model 17, and then and models 27 of the magnetic circuit. Structural elements 49-59 detail the operations performed by the shapers 32, 33. The shaper of measurements has its own structure, consisting of a starting body 49 and a shaper of variable two-dimensional signals 50.

Структура оконечной части защиты включает в свой состав разрешающие исполнительные органы 51-53, блокирующие органы 54-56, трехвходовые логические элементы ИЛИ 57, 58, двухвходовый логический элемент И 59 с одним инверсным входом.The structure of the end part of the protection includes permitting executive bodies 51-53, blocking bodies 54-56, three-input logic elements OR 57, 58, two-input logic element AND 59 with one inverse input.

На подготовительном этапе, до ввода релейной защиты в эксплуатацию, задают параметры трех подмоделей трансформатора 47, 17, 27: сопротивления R1 и R2, индуктивности L1 и L2, коэффициент трансформации k. На этом же этапе проводят обучение защиты и определяют блокирующую характеристику 39. Характеристику срабатывания, иначе разрешающую характеристику, задают в соответствии с общим критерием повреждения, обеспечивающим отстройку от коммутаций нагрузки и от случайных помех. Блокирующие характеристики придают исполнительным органам 54-56, а разрешающие - органам 51-53.At the preparatory stage, before putting the relay protection into operation, the parameters of the three submodels of the transformer 47, 17, 27 are set: resistance R 1 and R 2 , inductance L 1 and L 2 , transformation coefficient k. At the same stage, protection training is carried out and the blocking characteristic 39 is determined. The response characteristic, otherwise the resolving characteristic, is set in accordance with the general damage criterion, which ensures detuning from load switching and from random interference. Blocking characteristics are given to executive bodies 54-56, and permissive ones to bodies 51-53.

Терминал релейной защиты, подключенный к реальному трансформатору, получает девять входных величин - токи iν1, iν2 и напряжения uν1, ν=A, B, C. Их обработка осуществляется в последовательности, предусмотренной предлагаемым способом. Первая подмодель 47 играет роль входного блока защиты, обрабатывающего шесть входных величин iν1, uν1 в соответствии с алгоритмом (1). Масштабирующий блок 48 осуществляет операцию (2), приводящую его входные напряжения ко вторичной стороне трансформатора. Вторая подмодель 17 является вторым каскадом структурной схемы защиты, получающим сигналы от блока 48, а также со входа терминала защиты - токи iν2 вторичной стороны трансформатора. Модель описывается соотношением (3), правая часть которого определена входными сигналами. Алгоритм действия модели заключается в интегрировании дифференциального уравнения первого порядка, определяющего токи обмоток, соединенных в треугольник.The relay protection terminal connected to a real transformer receives nine input values - currents i ν1 , i ν2 and voltages u ν1 , ν = A, B, C. Their processing is carried out in the sequence provided by the proposed method. The first submodel 47 plays the role of an input protection unit that processes six input values i ν1 , u ν1 in accordance with algorithm (1). The scaling unit 48 performs operation (2), bringing its input voltage to the secondary side of the transformer. The second submodel 17 is the second cascade of the protective protection circuit, receiving signals from block 48, and also from the input of the protection terminal - currents i ν2 of the secondary side of the transformer. The model is described by relation (3), the right side of which is determined by the input signals. The algorithm of the model’s action is to integrate a first-order differential equation that determines the currents of windings connected in a triangle.

Третья подмодель 27 и, соответственно, третий каскад защиты, реализует закон полного тока, например, в простейшей форме (4). Четвертый каскад - формирователь двумерных сигналов 50 с пусковым органом 49. Пусковой орган реагирует на изменение закономерности своих входных сигналовThe third submodel 27 and, accordingly, the third cascade of protection, implements the law of the total current, for example, in the simplest form (4). The fourth cascade is a two-dimensional signal driver 50 with a trigger 49. The trigger responds to changes in the pattern of its input signals

Figure 00000012
Figure 00000013
Figure 00000012
Figure 00000013

а формирователь 50 реализует операции (5)-(7).and the shaper 50 implements operations (5) - (7).

Оконечный каскад 51-59, не задействованный на предварительном этапе обучения защиты, включается в работу при вводе защиты в эксплуатацию. Исполнительные органы 51-56 сравнивают отображения двумерных сигналов zν с заданными областями. Каждый орган срабатывает, если сигнал отобразится в его области. Если сработает хотя бы один из блокирующих органов 54-56, то блокируется и выходной орган 59, предотвращая срабатывание защиты. Для срабатывания защиты требуется выполнения двух условий: первое - несрабатывание всех блокирующих органов 54-56; второе - срабатывание по меньшей мере одного из трех разрешающих органов 51-53.The terminal cascade 51-59, not involved in the preliminary stage of protection training, is included in the operation when the protection is put into operation. Executive bodies 51-56 compare the display of two-dimensional signals z ν with predetermined areas. Each organ is triggered if a signal is displayed in its area. If at least one of the blocking bodies 54-56 is triggered, then the output body 59 is also blocked, preventing the protection from tripping. For the protection to operate, two conditions must be met: the first is the failure of all blocking organs 54-56; the second is the operation of at least one of the three authorizing bodies 51-53.

Результаты испытания распознающей способности предлагаемого способа защиты трансформатора приведены на фиг. 12. Броски намагничивающего тока вызывались путем подачи на имитационную модель ненагруженного трансформатора симметричной трехфазной системы напряжений

Figure 00000014
при γA=0. Параметры обмоток трансформатора: R1=0,4082 Ом, L1=0,0351 Гн, R2=0,1373 Ом, L2=0,0118 Гн, коэффициент трансформации k=0,5799. Характеристика намагничивания стали в координатах Ψ1(iμ1) задавалась в кусочно-линейном виде с двумя фиксированными точками на участке насыщения: первая - 298,88 Вб и 2,236 А, вторая - 298,97 Вб и 4,473 А. Витковое замыкание через переходное сопротивление 0,1 Ом создавалось в одном витке фазы B первичной обмотки. Момент времени tx совпадал либо с моментом начала броска намагничивающего тока, либо с началом короткого замыкания. Приращение времени Δt увеличивалось непрерывно, начиная с минимального значения в 2 мс. Как видно из фиг. 12, во всех трех фазах трансформатора при включении под напряжение наблюдается бросок намагничивающего тока, годограф которого располагается в первом квадранте (фаза A) или в третьем (фазы B и C). Внутривитковое замыкание характеризуется иной формой и иным место расположения годографов, что свидетельствует о надежном разграничении режимов замыкания и броска намагничивающего тока трансформатора.The recognition results of the proposed transformer protection method are shown in FIG. 12. Magnetic current surges were triggered by applying to the simulation model of an unloaded transformer a symmetric three-phase voltage system
Figure 00000014
for γ A = 0. The parameters of the transformer windings: R 1 = 0.4082 Ohm, L 1 = 0.0351 H, R 2 = 0.1373 Ohm, L 2 = 0.0118 H, transformation coefficient k = 0.5799. The steel magnetization characteristic in coordinates Ψ 1 (i μ1 ) was set in a piecewise linear form with two fixed points in the saturation region: the first 298.88 Vb and 2.236 A, the second 298.97 Vb and 4.473 A. 0.1 Ohm was created in one turn of phase B of the primary winding. The time t x coincided either with the moment of the start of the magnetizing current surge, or with the beginning of the short circuit. The time increment Δt increased continuously, starting with a minimum value of 2 ms. As can be seen from FIG. 12, in all three phases of the transformer, when turned on, a surge of magnetizing current is observed, the hodograph of which is located in the first quadrant (phase A) or in the third (phases B and C). The intra-turn closure is characterized by a different shape and location of the hodographs, which indicates a reliable differentiation of the closure and inrush magnetizing current transformer.

Источники информацииInformation sources

1. Патент США №5671112, H02H 3/18, 1997.1. US patent No. 5671112, H02H 3/18, 1997.

2. Лямец Ю.Я., Нудельман Г.С., Павлов А.О. Эволюция дистанционной релейной защиты. - Электричество, 1999, №3, с. 8-15.2. Lyamets Yu.Ya., Nudelman G.S., Pavlov A.O. The evolution of distance relay protection. - Electricity, 1999, No. 3, p. 8-15.

3. Лямец Ю.Я., Мартынов М.В., Нудельман Г.С., Романов Ю.В., Воронов П.И. Обучаемая релейная защита. Ч. 1. Методы условных отображений. - Электричество, 2012, №2, с. 15-19.3. Lyamets Yu.Ya., Martynov M.V., Nudelman G.S., Romanov Yu.V., Voronov P.I. Trained relay protection. Part 1. Methods of conditional mappings. - Electricity, 2012, No. 2, p. 15-19.

4. Лямец Ю.Я., Мартынов М.В., Нудельман Г.С., Романов Ю.В., Воронов П.И. Обучаемая релейная защита. Ч. 2. Информационный портрет многомодульной распознающей структуры. - Электричество, 2012, №3, с. 12-18.4. Lyamets Yu.Ya., Martynov M.V., Nudelman G.S., Romanov Yu.V., Voronov P.I. Trained relay protection. Part 2. Information portrait of a multi-module recognition structure. - Electricity, 2012, No. 3, p. 12-18.

5. Патент РФ на полезную модель №166909, H02H 7/26, G01R 31/08, 2015.5. RF patent for utility model No. 166909, H02H 7/26, G01R 31/08, 2015.

6. Патент РФ №2617714, H02H 7/045, 2017.6. RF patent No. 2617714, H02H 7/045, 2017.

Claims (7)

1. Способ релейной защиты трехфазного трансформатора, состоящего из магнитопровода, первичных обмоток, соединенных в звезду с заземленной нейтралью, вторичных обмоток, соединенных в треугольник, путем наблюдения первых токов и напряжений на выводах первичных обмоток и вторых токов на выводах треугольника вторичных обмоток, преобразования наблюдаемых величин в двумерные сигналы с использованием модели неповрежденного трансформатора, задания характеристик релейной защиты на плоскостях двумерных сигналов, составления модели неповрежденного трансформатора из трех подмоделей, первая из которых моделирует первичные обмотки, вторая - вторичные обмотки, третья - магнитопровод, причем в первой подмодели преобразуют первые токи и напряжения в напряжения намагничивания трансформатора, отличающийся тем, что во второй подмодели преобразуют напряжения намагничивания совместно со вторыми токами в токи вторичных обмоток, в третьей подмодели преобразуют токи первичных и соответствующих вторичных обмоток каждой фазы в токи намагничивания, формируют двумерные сигналы из напряжений и токов намагничивания, задают на плоскостях двумерных сигналов характеристики блокирования защиты и производят срабатывание релейной защиты, если ни один из двумерных сигналов не отобразится в своей области, ограниченной характеристикой блокирования, и по меньшей мере один двумерный сигнал отобразится в своей области, ограниченной характеристикой срабатывания.1. The method of relay protection of a three-phase transformer, consisting of a magnetic circuit, primary windings connected to a star with a grounded neutral, secondary windings connected to a triangle by observing the first currents and voltages at the terminals of the primary windings and second currents at the terminals of the triangle of the secondary windings, converting the observed values into two-dimensional signals using the model of an intact transformer, specifying the characteristics of relay protection on the planes of two-dimensional signals, compiling a model of intact a transformer of three submodels, the first of which models the primary windings, the second - secondary windings, the third - the magnetic circuit, and in the first submodel convert the first currents and voltages to the magnetization voltages of the transformer, characterized in that the second submodel converts the magnetization voltages together with the second currents in the currents of the secondary windings, in the third submodel, they convert the currents of the primary and corresponding secondary windings of each phase into magnetization currents, form two-dimensional signals from the voltage of magnetization currents and currents, they set the protection blocking characteristics on the planes of two-dimensional signals and trigger relay protection if none of the two-dimensional signals is displayed in its area limited by the blocking characteristic and at least one two-dimensional signal is displayed in its area limited by the response characteristic . 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что двумерные сигналы формируют в виде векторов2. The method according to p. 1, characterized in that two-dimensional signals are formed in the form of vectors
Figure 00000015
,
Figure 00000015
, элементами которых являются приращения ΔΨν1, Δiμν1, за время Δtx, начиная с момента tx, основных потокосцеплений Ψν1 и токов намагничивания iμν1 трансформатора в фазах ν=A, B, С, причем указанные приращения определяют по соотношениямwhose elements are the increments ΔΨ ν1 , Δi μν1 , during the time Δt x , starting from the moment t x , the main flux linkages Ψ ν1 and the magnetization currents i μν1 of the transformer in the phases ν = A, B, C, and these increments are determined by the relations
Figure 00000016
,
Figure 00000016
, Δiμν1=iμν1(tx+Δtx)-iμν1(tx),Δi μν1 = i μν1 (t x + Δt x ) -i μν1 (t x ), где uμν1 (t) - напряжение намагничивания на первичной стороне трансформатора.where u μν1 (t) is the magnetization voltage on the primary side of the transformer.
RU2017118704A 2017-05-29 2017-05-29 Method of relay protection of three-phase transformer RU2655920C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017118704A RU2655920C1 (en) 2017-05-29 2017-05-29 Method of relay protection of three-phase transformer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017118704A RU2655920C1 (en) 2017-05-29 2017-05-29 Method of relay protection of three-phase transformer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2655920C1 true RU2655920C1 (en) 2018-05-30

Family

ID=62560104

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017118704A RU2655920C1 (en) 2017-05-29 2017-05-29 Method of relay protection of three-phase transformer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2655920C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5671112A (en) * 1996-05-13 1997-09-23 Abb Power T&D Company, Inc. Digital integrator V/Hz relay for generator and transformer over-excitation protection
RU160043U1 (en) * 2015-06-03 2016-02-27 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт релестроения с опытным производством" (ОАО "ВНИИР") MICROPROCESSOR DEVICE FOR DIFFERENTIAL PROTECTION
RU166909U1 (en) * 2015-12-28 2016-12-10 Общество с ограниченной ответственностью "Исследовательский центр "Бреслер" ADAPTIVE REMOTE PROTECTION OF THE ELECTRIC TRANSMISSION LINE
RU2617714C1 (en) * 2016-04-06 2017-04-26 Общество с ограниченной ответственностью "Исследовательский центр "Бреслер" Method of relay protection of transformer

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5671112A (en) * 1996-05-13 1997-09-23 Abb Power T&D Company, Inc. Digital integrator V/Hz relay for generator and transformer over-excitation protection
RU160043U1 (en) * 2015-06-03 2016-02-27 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт релестроения с опытным производством" (ОАО "ВНИИР") MICROPROCESSOR DEVICE FOR DIFFERENTIAL PROTECTION
RU166909U1 (en) * 2015-12-28 2016-12-10 Общество с ограниченной ответственностью "Исследовательский центр "Бреслер" ADAPTIVE REMOTE PROTECTION OF THE ELECTRIC TRANSMISSION LINE
RU2617714C1 (en) * 2016-04-06 2017-04-26 Общество с ограниченной ответственностью "Исследовательский центр "Бреслер" Method of relay protection of transformer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8717036B2 (en) Method and apparatus for detecting a phase-to-earth fault
Bastard et al. Neural network-based algorithm for power transformer differential relays
JP5208593B2 (en) Inrush current suppressing device for transformer and control method thereof
US6396279B1 (en) Method and device for testing differential protection relays or differential protection relay systems
EP2680385B1 (en) Differential protection in electrical power networks
EP3553539B1 (en) Apparatus and method for locating a fault in a plurality of windings of a transformer
CN107748311B (en) Short circuit bearing capacity verification system of power transformer
RU2655920C1 (en) Method of relay protection of three-phase transformer
JP5444162B2 (en) Excitation current suppression device
US20130043894A1 (en) Method and arrangement for determining impedance values
Lee et al. Phasor estimation algorithm based on the least square technique during CT saturation
Lyamets et al. A model of an intact power facility as an indicator of damage
Kletsel’ et al. Specific features of the development of differential-phase transformer protection systems on the basis of magnetic reed switches
RU2617714C1 (en) Method of relay protection of transformer
Nomandela et al. Transformer Differential Protection System Testing for Scholarly Benefits Using RTDS Hardware-in-the-Loop Technique
Demenko Representation of windings in the 3-D finite element description of electromagnetic converters
WO2021078943A1 (en) Method and device for controlled switching of a coupled load
Hilbrich et al. Development of a hybrid platform for automated type and online application testing of protection & control schemes
Kuparev et al. Harmonic analysis of the currents in the power transformer differential protection circuits in the cases of external and internal faults
Moravej et al. Testing of differential relay operation for power transformers protection using RTDS
Chowdhury et al. Using the multi-loop fault analysis method for setting and evaluating generator protection elements
RU2654056C1 (en) Method for relay protection of a power facility
Wannous et al. The development of the impedance measured by distance relay during near-to-generator short circuit
US1503997A (en) Protective device for alternating-current systems
Dhote et al. Modeling and simulation of three-phase power transformer