RU2708228C1 - Способ фильтрации тока намагничивания и воспроизведения первичного тока измерительных трансформаторов тока - Google Patents
Способ фильтрации тока намагничивания и воспроизведения первичного тока измерительных трансформаторов тока Download PDFInfo
- Publication number
- RU2708228C1 RU2708228C1 RU2019116511A RU2019116511A RU2708228C1 RU 2708228 C1 RU2708228 C1 RU 2708228C1 RU 2019116511 A RU2019116511 A RU 2019116511A RU 2019116511 A RU2019116511 A RU 2019116511A RU 2708228 C1 RU2708228 C1 RU 2708228C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- magnetization
- transformer
- primary
- core
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
- H01F27/42—Circuits specially adapted for the purpose of modifying, or compensating for, electric characteristics of transformers, reactors, or choke coils
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
- H01F38/20—Instruments transformers
- H01F38/22—Instruments transformers for single phase ac
- H01F38/28—Current transformers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электротехнике, к измерительным трансформаторам тока, и может быть использовано в средствах противоаварийного управления энергосистем, релейной защиты, измерения, регистрации аварийных событий. Способ фильтрации тока намагничивания и воспроизведения первичных токов трансформаторов тока включает составление системы нелинейных уравнений, отражающих реальные электромагнитные физические процессы в трансформаторе, выбор измерительных преобразователей для подключения к энергосистеме и для организации замкнутой вычислительной системы, работающей в реальном времени, на выходе которой формируют напряжения, пропорциональные составляющим тока намагничивания и воспроизведенному первичному току, в аналоговом или цифровом виде осуществляют визуализацию выходной информации и дополнительно управляют вычислительным процессом, контролируя ошибки воспроизведения. Технический результат состоит в снижении погрешности фильтрации тока намагничивания и воспроизведения первичных токов в нестационарных и стационарных режимах за счет реализации характеристик намагничивания трансформаторов тока с учетом гистерезиса, в расширении функциональных возможностей для практического использования и исследовательских целей различной направленности. 9 ил.
Description
Изобретение относится к электротехнике, а именно к измерительным трансформаторам тока, и может быть использовано в средствах противоаварийного управления энергосистем, релейной защиты, измерения, регистрации аварийных событий.
Известны способы воспроизведения первичного тока измерительных трансформаторов тока (Патент RU 2526834; Ванин В.К., Павлов Г.М. Релейная защита на элементах вычислительной техники «Энергоатомиздат», 1991, пл.21, с. 266, 267; Патент RU 2538214) путем фильтрации тока намагничивания и решения задачи воспроизведения (восстановления) первичного тока, которое осуществляется суммированием измеренного вторичного тока и тока намагничивания.
Известен также способ фильтрации тока намагничивания силового трансформатора и воспроизведения его первичного тока (Compesated differential relaying method and sestem for protecting transformer. United States. Pub.US/ 2007/0007943 A1, Jun.11.2007. Yond-Chcol Kang K.R. Sang-Hee Kang, Seonl [KR]) для компенсации тока небаланса в цепях дифференциальной защиты, обусловленного неравенством первичного и приведенного к нему вторичного токов трансформатора при внешних коротких замыканиях и процессах их включения. Однако, недостатком используемого при этом способа фильтрации тока намагничивания является его большая погрешность в переходных (нестационарных) процессах в энергосистеме, обусловленная применением практически электрической схемы замещения трансформатора, в которой отсутствует учет взаимной индуктивности обмоток и потерь на гистерезис и вихревые токи [Атабеков Г.И. Теоретические основы электротехники, ч. I. Линейные электрические цепи. М. Энергия, 1964. 312 с., с. 124, 125, 126. Теоретические основы электротехники, ч. II-III. Нелинейные цепи. Электромагнитное поле. – М. Энергия. 1966. 280 с., с. 81. 82].
Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является способ, изложенный в монографии Ванин В.К., Павлов М.Г. Релейная защита на элементах вычислительной техники «Энергоатомиздат», 1991, пл.21, с. 266, 267. В этом способе фильтрации тока намагничивания и воспроизведения первичного тока измерительных трансформаторов тока реализуется следующая система нелинейных уравнений, отражающая последовательность выполнения операций для определения первоначально тока намагничивания, а затем первичного тока трансформатора:
Эти параметры являются паспортными данными трансформаторов. Указываются также негативные факторы, влияющие на точность решения задачи.
Основным негативным (отрицательным) фактором является то, что для реализации способа должна использоваться вычислительная система без обратной связи. Это, при наличии интегрирующего элемента в цепи, делает её физически нереализуемой в указанных ранее практических приложениях (в средствах противоаварийного управления энергосистем, релейной защиты, измерения, регистрации аварийных событий и др.) из-за невозможности обеспечения устойчивости работы и обусловливается наличием, так называемого, смещения нуля выходного напряжения решающих элементов. Для устранения такого явления используют различные обратные связи, что и сделано в прототипе. Однако при этом существенно увеличивается погрешность решения задачи, также приводящая в реальных практических случаях к нарушению устойчивости.
Общей частью прототипа и заявляемого способа решаемой технической проблемы является фильтрация тока намагничивания измерительного трансформатора тока. Недостатками прототипа и технической проблемой являются: 1) большая погрешность фильтрации тока намагничивания, обусловленная использованием дополнительных обратных связей для компенсации смещения нуля; 2) понижение при этом устойчивости решения задачи воспроизведения первичного тока.
Решение указанной технической проблемы осуществляется с помощью заявляемого способа фильтрации тока намагничивания и воспроизведения первичного тока измерительных трансформаторов тока.
Техническим результатом, получаемым при решении с помощью заявляемого способа технической проблемы, является снижение погрешности фильтрации тока намагничивания, воспроизведение первичного тока в переходных и установившихся режимах оборудования энергосистемы, на котором устанавливаются трансформаторы тока, а также повышение устойчивости решения этой задачи и расширение линейного диапазона измерения токов.
Следует отметить, что для большинства промышленных приложений оценка погрешности измерительных трансформаторов тока производится по максимальным действующим значениям тока намагничивания промышленной частоты 50 Гц. Что может приводить к ошибкам при выполнении проектных и других работ. В действительности, методическая погрешность трансформаторов обусловливается, в основном, неучетом гистерезиса и динамических характеристик намагничивания стали сердечников, обладающих существенной нелинейностью.
Поэтому, технический результат достигается тем, что предложен способ фильтрации тока намагничивания и воспроизведения первичного тока, в котором составляют систему нелинейных уравнений, отражающую реальные электромагнитные физические процессы в трансформаторе и включающую в себя следующие уравнения:
– потокосцепление вторичной обмотки, обусловленное взаимной индукцией первичной и вторичной обмоток ;
– ток намагничивания, определяемый по кривой намагничивания стали сердечника и создающий магнитный поток;
– вторая составляющая тока намагничивания, создающая потери в сердечнике на гистерезис и вихревые токи,
Затем выбирают элементы для организации вычислительного и измерительного процессов, определяют параметры измерительного трансформатора тока, масштабируют соответствующим образом зависимые и независимые переменные, выбирают разрядность и быстродействие аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей, параметры цифровых и аналоговых микросхем.
На прилагаемых к описанию чертежах дано:
• фиг. 1 - схема фильтрации тока намагничивания и воспроизведения первичного тока измерительных трансформаторов тока;
• фиг. 2 - воспроизводимые характеристики намагничивания при вариации частоты (50 Гц, 10 Гц, 500 Гц) входного сигнала тока;
• фиг. 3 - воспроизводимые характеристики намагничивания при вариации (1 Ом, 5 Ом) вторичной нагрузки;
• фиг. 4 - воспроизводимые характеристики намагничивания при нестационарном (переходном) режиме в первичной цепи трансформатора тока;
• фиг. 7 - осциллограммы токов намагничивания , , вторичного тока и воспроизведенного первичного тока;
Последовательность выполнения измерительных и вычислительных операций и назначение элементов отображено на фигуре 1. На фиг. 1 также показаны обозначения основных величин, участвующих в вычислительном процессе и коэффициенты их преобразования отдельными блоками. Так элементом 1 отображена энергосистема, к которой подключена линия электропередачи 2, на которой установлен измерительный трансформатор тока 3. У этого трансформатора определяют ток намагничивания и воспроизводят первичный ток . С помощью измерительного трансформатора тока 3 первичной ток преобразуют в стандартную величину, а вторичный преобразователь тока преобразует ток в напряжение пропорциональное току и удовлетворяющее требованиям аналоговой и цифровой микроэлектроники. Если вычислительный процесс реализуют цифровыми средствами, то на выходе блока 4 дополнительно включают аналогово-цифровой преобразователь.
Вычислительный процесс далее реализуют методом переменных состояния, при этом уравнение (1) системы записывают относительно выходной величины (тока намагничивания):
Это позволяет избежать выполнения операции дифференцирования и существенно повышает устойчивость и точность решения задачи. Затем определяют числитель уравнения (9) с помощью сумматора 5 и, тем самым, рассчитывается производная потокосцепления вторичной обмотки , которая интегрируется интегратором 6, и далее сумматором 7 формируется сигнал пропорциональный потокосцеплению с учётом индуктивности рассеяния. Потокосцепление преобразуют согласно реальной характеристике намагничивания стали сердечника в ток намагничивания функциональным преобразователем 8. Найдя ток намагничивания, определяют потери на гистерезисе и вихревые токи решением уравнений (2), (3) для чего замыкают обратную связь в вычислительном процессе и дополнительно создают параллельный контур с помощью блока потерь (9).
В результате получают фильтр тока намагничивания на основе вычислительной системы с обратной связью и параллельным контуром, включающей преобразователи 3, 4 и блоки 5, 6, 7, 8, 9. Далее суммируют вторичный ток с полным током намагничивания с помощью сумматора 10 и получают воспроизведенный, приведенный первичный ток трансформатора, который умножают на коэффициент трансформации n с помощью блока 11 и получают первичный ток трансформатора.
Для контроля вычислительного процесса формируют ошибку е путем определения разницы приведенного первичного тока и тока намагничивания со вторичным током блоком 12. При превышении ошибки допустимого значения, вычислительный процесс останавливается. В противном случае, его не прерывают до отключения блоком управления. Дополнительно контролируется производная потокосцепления на выходе блока 5 и, при превышении ею допустимого среднего за период значения , вычислительный процесс прерывается и блоком управления формируется сигнал аварийной остановки. Величины, представляющие интерес для оценки параметров системы в различных практических приложениях поступают на блок их регистрации 13 – многоканальный осциллограф, управление вычислительным процессом осуществляется блоком 14.
При проверке заявляемого способа было проведено его математическое моделирование в программной среде Matlab Simulink в приложении к трансформатору тока с коэффициентом трансформации 50/5 А и активным сопротивлением нагрузки 1 Ом с учетом потерь на гистерезис и вихревые токи, а также проведено математическое моделирование процесса перенапряжения, которое может возникнуть при разрыве цепи подключения нагрузки к трансформатору. Кроме того, в модельном трансформаторе был использован сердечник с повышенным значением максимальной индукции Вm до уровня 1,5 – 1,7 Тл, что позволяет ориентировочно оценить процессы в других трансформаторах с сердечниками на основе холоднокатаной стали.
В первую очередь интерес представляет решение задачи воспроизведения первичного тока в стационарных, т.е. установившихся и нестационарных, т.е. переходных режимах с учетом реальных нелинейностей динамических характеристик намагничивания электротехнической стали. Из эксперимента следует, что трансформация первичного тока с помощью традиционных трансформаторов тока приводит к недопустимым ошибкам во многих, указанных выше, практических случаях.
Способ фильтрации тока намагничивания и воспроизведения первичного тока измерительных трансформаторов тока позволяет существенно снизить погрешность фильтрации тока намагничивания и воспроизведения первичного тока в переходных и установившихся режимах введением более точного описания физических процессов в трансформаторе на основе учета параметров динамических характеристик намагничивания электротехнической стали сердечников трансформаторов, учитывающих потери на гистерезис и вихревые токи. Ток намагничивания и первичный ток определяются при этом с помощью замкнутой двухконтурной вычислительной системы, содержащей контур определения первой составляющей тока намагничивания, создающей поток и вызывающей в сердечнике первую составляющую потерь, и параллельный контур, создающий вторую составляющую тока намагничивания, вызывающую потери обусловленные производной потокосцепления намагничивания, чем обеспечивается устойчивость вычислительного процесса и повышенная точность, что особенно важно и характерно для непрерывных систем измерения, контроля и управления. Таким образом, совокупность отличительных признаков достаточна и необходима для решения поставленной задачи.
Claims (32)
- Способ фильтрации тока намагничивания и воспроизведения первичного тока измерительных трансформаторов тока, включающий их подключение к различному оборудованию энергетических систем, а на выходе этих трансформаторов подключение вторичных преобразователей тока с целью масштабирования сигналов и преобразования их в вид, необходимый для использования в аналоговых или цифровых средствах обработки измерительной информации, для дальнейшего суммирования, интегрирования, функционального преобразования и получения сигналов, пропорциональных току намагничивания и первичному току трансформатора, отличающийся тем, что эти сигналы формируют согласно следующей системе нелинейных уравнений:
- затем для организации вычислительного процесса уравнение (1) записывают в виде
- с одновременным интегрированием этой суммы с нелинейным масштабным коэффициентом и получают величину первой составляющей тока намагничивания, создающего магнитный поток в сердечнике, затем определяют потери в стали трансформатора и замыкают обратную связь в вычислительном процессе, при этом получают производную потокосцепления вторичной обмотки и, используя уравнение 3 и параллельный контур, находят вторую составляющую тока намагничивания , вызывающую потери в сердечнике, обе составляющие тока намагничивания непрерывно суммируют, решая уравнение 4, и определяют полный ток намагничивания , который, в свою очередь, суммируется со вторичным током , и этим самым формируют приведенное значение воспроизведенного первичного тока, которое умножают на коэффициент трансформации n и получают мгновенные значения воспроизведенного первичного тока, которые используют в различных указанных выше технических приложениях, кроме того, формируют ошибку для управления вычислительным процессом, который дополнительно также контролируется определением превышения допустимых значений производной потокосцепления вторичной обмотки.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019116511A RU2708228C1 (ru) | 2019-05-28 | 2019-05-28 | Способ фильтрации тока намагничивания и воспроизведения первичного тока измерительных трансформаторов тока |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019116511A RU2708228C1 (ru) | 2019-05-28 | 2019-05-28 | Способ фильтрации тока намагничивания и воспроизведения первичного тока измерительных трансформаторов тока |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2708228C1 true RU2708228C1 (ru) | 2019-12-05 |
Family
ID=68836391
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019116511A RU2708228C1 (ru) | 2019-05-28 | 2019-05-28 | Способ фильтрации тока намагничивания и воспроизведения первичного тока измерительных трансформаторов тока |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2708228C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2728510C1 (ru) * | 2019-12-23 | 2020-07-30 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Способ фильтрации тока намагничивания и воспроизведения первичного напряжения измерительных двухобмоточных трансформаторов напряжения |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070007943A1 (en) * | 2004-05-10 | 2007-01-11 | Myungji University | Compensated current differential relaying method and system for protecting transformer |
RU2526834C2 (ru) * | 2012-12-18 | 2014-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет" (ФГБОУ ВПО "СПбГПУ") | Способ компенсации погрешности трансформатора тока |
RU2538214C1 (ru) * | 2013-06-19 | 2015-01-10 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Способ дифференциальной защиты электроустановки |
RU2586115C1 (ru) * | 2015-05-05 | 2016-06-10 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Способ фильтрации тока намагничивания и воспроизведения вторичного тока силовых и измерительных трансформаторов напряжения |
RU2684169C2 (ru) * | 2017-06-30 | 2019-04-04 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" | Способ фильтрации тока намагничивания и воспроизведения вторичных токов многообмоточных силовых трансформаторов |
-
2019
- 2019-05-28 RU RU2019116511A patent/RU2708228C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070007943A1 (en) * | 2004-05-10 | 2007-01-11 | Myungji University | Compensated current differential relaying method and system for protecting transformer |
RU2526834C2 (ru) * | 2012-12-18 | 2014-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет" (ФГБОУ ВПО "СПбГПУ") | Способ компенсации погрешности трансформатора тока |
RU2538214C1 (ru) * | 2013-06-19 | 2015-01-10 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Способ дифференциальной защиты электроустановки |
RU2586115C1 (ru) * | 2015-05-05 | 2016-06-10 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Способ фильтрации тока намагничивания и воспроизведения вторичного тока силовых и измерительных трансформаторов напряжения |
RU2684169C2 (ru) * | 2017-06-30 | 2019-04-04 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" | Способ фильтрации тока намагничивания и воспроизведения вторичных токов многообмоточных силовых трансформаторов |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Ванин В.К., Павлов Г.М. "Релейная защита на элементах вычислительной техники, "Энергоатомиздат", 1999, пл.21, с.266-267. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2728510C1 (ru) * | 2019-12-23 | 2020-07-30 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Способ фильтрации тока намагничивания и воспроизведения первичного напряжения измерительных двухобмоточных трансформаторов напряжения |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kang et al. | An algorithm for compensating secondary currents of current transformers | |
Sidhu et al. | Online identification of magnetizing inrush and internal faults in three-phase transformers | |
CN107656221A (zh) | 一种基于局部磁滞回线斜率的变压器铁芯剩磁估算方法 | |
Hui et al. | A generalized dynamic circuit model of magnetic cores for low-and high-frequency applications. II. Circuit model formulation and implementation | |
Solovev | Experimental data based current transformer mathematical simulation in micro-cap program | |
RU2708228C1 (ru) | Способ фильтрации тока намагничивания и воспроизведения первичного тока измерительных трансформаторов тока | |
Chisepo et al. | Measurement and FEM analysis of DC/GIC effects on transformer magnetization parameters | |
CA2280281C (en) | Current transformer saturation correction using artificial neural networks | |
RU2586115C1 (ru) | Способ фильтрации тока намагничивания и воспроизведения вторичного тока силовых и измерительных трансформаторов напряжения | |
RU2684169C2 (ru) | Способ фильтрации тока намагничивания и воспроизведения вторичных токов многообмоточных силовых трансформаторов | |
Vanin et al. | The Reliability of the Measurement and Control of Electrical Voltage Signals in Modern Devices of Relay Protection and Emergency Automation | |
KR100860570B1 (ko) | 철심의 히스테리시스 특성을 고려한 측정용 변류기 오차보상 방법 | |
Stumberger et al. | Determining magnetically nonlinear characteristics of transformers and iron core inductors by differential evolution | |
Duan et al. | Modeling and experimental validation of a dynamic regional saturation JA model for protective current transformer | |
Taghikhani et al. | Inrush current modeling of three-limb core-type power transformers based on efficient analytical-numerical hybrid method | |
Jin et al. | Parameter identification of the transformer winding based on least-squares method | |
Kang et al. | Development of a compensation algorithm for a measurement current transformer | |
Lesniewska et al. | Behaviour of measuring current transformers with cores composed from different magnetic materials at non‐rated loads and overcurrents | |
Huang et al. | A harmonic model for the nonlinearities of single-phase transformer with describing functions | |
Lesniewska et al. | Influence of the number of core air gaps on transient state parameters of TPZ class protective current transformers | |
RU2728510C1 (ru) | Способ фильтрации тока намагничивания и воспроизведения первичного напряжения измерительных двухобмоточных трансформаторов напряжения | |
Matussek et al. | Current transformer model with hysteresis for improving the protection response in electrical transmission systems | |
Kuzhekov et al. | Determination of the time-to-saturation of current transformers in short-circuit transient regimes | |
Zhang et al. | Investigation of harmonic and global loss of three-phase transformer based on a permeance capacitance analogy model | |
Stulov et al. | Model of special transformer for transient processes analysis in three-phase mode |