Численное и лабораторное моделирование насыщения трансформатора в зависимости от начальной фазы тока

DOI: 10.47026/1810-1909-2023-4-5-14

УДК 621.314

ББК 31.211

О.Н. АНДРЕЕВ, Л.Н. ВАСИЛЬЕВА, Е.К. МАТВЕЕВ, А.Л. СЛАВУТСКИЙ

Ключевые слова

насыщение трансформатора тока, нелинейные искажения, фаза тока, апериодическая составляющая, вторичная обмотка

Аннотация

При коротких замыканиях в системах электроэнергетики возможны аварийные режимы, сопровождающиеся насыщением трансформаторов. При них во вторичной обмотке трансформатора возникают значительные искажения сигналов тока с возникновением апериодической составляющей и гармоник, уровень которых сопоставим с сигналом на основной промышленной частоте. Требования к устройствам релейной защиты и автоматизации предполагают необходимость определения времени от начала переходного процесса до начала искажений сигнала тока во вторичной обмотке.

Цель исследования – анализ насыщения трансформатора в зависимости от начальной фазы переходного процесса.

Материалы и методы. Для моделирования участка энергосистемы использована платформа PSCAD. Модель позволяет на качественном уровне описывать насыщение понижающего трансформатора при коротком замыкании на низкой стороне с учетом гистерезисных явлений в магнитной системе. Экспериментальная проверка проводилась в лабораторных условиях с использованием измерительного (промежуточного) трансформатора тока.

Результаты. Показано, что в зависимости от фазы тока в момент начала переходного процесса картина насыщения и, соответственно, искажения тока существенно меняется. Искажение временной формы сигнала тока во вторичной обмотке трансформатора может начинаться как через доли периода сигнала промышленной частоты, так и через несколько периодов.

Выводы. Оценка режимов насыщения трансформаторов должна проводиться с учетом того, что начальные условия для переходных процессов при коротких замыканиях являются случайными и при анализе таких процессов необходим учет сдвига фаз между током и напряжением.

Литература

1. Анализ мероприятий, исключающих неселективные действия дифференциальных защит сборных шин при внешних двухфазных коротких замыканиях с насыщением трансформаторов тока, включённых в неповреждённую фазу / С.Л. Кужеков, А.А. Дегтярев, Н.А. Дони и др. // Электрические станции. 2019. № 9(1058). С. 22–29.
2. Гуревич В. Проблема электромагнитных воздействий на микропроцессорные устройства релейной защиты. Часть 2 // Компоненты и технологии. 2010. № 3(104). С. 91–96.
3. Законьшек Я.В., Шамис М.А., Иванов Ф.А. Современные программно-аппаратные комплексы на базе симулятора RTDS для моделирования по технологии Phil // Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем России (РЕЛАВЭКСПО-2019): сб. докл. V Междунар. науч.-практ. конф. (Чебоксары, 23–26 апреля 2019 г.). Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2019. С. 243–246.
4. Кощеев М.И., Славутский А.Л., Славутский Л.А. Элементарный персептрон как инструмент анализа переходных процессов // Вестник Чувашского университета. 2020. № 3. С. 84–93. DOI: 10.47026/1810-1909-2020-3-84-93.
5. Кужеков С.Л., Дегтярев А.А., Воробьев В.С., Москаленко В.В. Определение времени до насыщения трансформаторов тока в переходных режимах коротких замыканий // Электрические станции. 2017. № 1(1026). С. 42-47.
6. Кужеков С.Л. Дегтярев А.А., Сербиновский Б.Б. Обеспечение правильного функционирования дифференциальных защит сборных шин в условиях насыщения трансформаторов тока // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2017. Т. 60, № 4. С. 76–84. DOI: 10.17213/0136-3360-2017-4-76-84.
7. Кужеков С.Л., Нудельман Г.С. Обеспечение правильной работы микропроцессорных устройств дифференциальной защиты при насыщении трансформаторов тока // Электромеханика. 2009. № 4. С. 12–17.
8. Лямец Ю.Я., Никонов И.Ю., Петряшин И.Е. Восстановление нелинейно искажённого тока короткого замыкания по малому числу отсчётов // Электрические станции. 2021. № 1(1074). С. 31–35.
9. Математическое моделирование трансформаторов тока в режимах с глубоким насыщением магнитопроводов / Л. Кужеков, А.А. Дегтярёв, P. Forsyth и др. // Современные направления развития релейной защиты и автоматики энергосистем: материалы 5-й Междунар. науч.-техн. конф. 1-5 июня 2015 г.: сб. докл. Междунар. науч.-техн. конф. [Электронный ресурс]. Сочи, 2015. 1 электрон. опт. диск (CD-ROM).
10. Требования к метрологическим характеристикам преобразователей аналоговых сигналов / Р.С. Плакидин, Д.Н. Ульянов, Д.Н. Попов и др. // Релейная защита и автоматизация. 2021. № 1(42). С. 38–44.
11. Шамис М.А., Иванов Ф.А., Васильев С.П., Законьшек Я. Новые возможности по детальному моделированию переходных процессов в больших энергосистемах // Современные тенденции развития цифровых систем релейной защиты и автоматики: материалы науч.-техн. Конф. молодых специалистов в рамках форума «РЕЛАВЭКСПО-2021» (Чебоксары, 20–22 апреля 2021 г.). Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2021. С. 204-207.
12. Andreev O.N., Slavutskiy A.L., Slavutskii L.A. Neural network in a sliding window for power grids signals structural analysis. In: IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2022, 990 012054. DOI 10.1088/1755-1315/990/1/012054.
13. Dommel H.W. Digital Computer Solution of Electromagnetic Transients in Single- and Multiphase Networks. IEEE Transactions on power apparatus and systems, 1969, vol. PAS-88, no. 4, pp. 388–399.
14. Hajipour E., Vakilian M., Sanaye-Pasand M. Current transformer saturation compensation for transformer differential re-lays IEEE Trans. Power Deliv, 2015, vol. 30, no. 5, pp. 2293–2302.
15. Slavutskiy A, Slavutskii L., Slavutskaya E. Neural Network for Real-Time Signal Processing: the Nonlinear Distortions Filtering. In: 2021 International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon), 2021, pp. 84–88. DOI: 10.1109/UralCon52005.2021.9559619.
16. Vorobyev E., Antonov V., Ivanov N. et al. Fundamentals of Multichannelstructural Analysis of Electrical Signals. In: 2021 Ural-Siberian Smart Energy Conference (USSEC), 2021, pp. 30–34. DOI: 10.1109/USSEC53120.2021.9655762.
17. Zirka S.E., Moroz Y.I., Chiesa N. et al. Implementation of Inverse Hysteresis Model Into EMTP – Part II: Dynamic Model. In: IEEE Transactions on Power Delivery, 2015, vol. 30, no. 5, pp. 2233–2241. DOI: 10.1109/TPWRD.2015.2416199.
18. Zirka S.E., Moroz Y.I., Elovaara J. et al. Simplified models of three-phase, five-limb transformer for studying GIC effects. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 2018, vol. 103, pp. 168–175. DOI: 10.1016/j.ijepes.2018.05.035.

Сведения об авторах

Андреев Олег Николаевич – аспирант кафедры автоматики и управления в технических системах, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары, (helga013@yandex.ru; ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2974-2502).

Васильева Лидия Николаевна – кандидат педагогических наук, доцент кафедры автоматики и управления в технических системах, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары (oln2404@mail.ru; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2809-9044).

Матвеев Евгений Константинович – магистрант кафедры автоматики и управления в технических системах, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары (mzhenyak@yandex.ru).

Славутский Александр Леонидович – кандидат технических наук, заместитель начальника отдела разработки программных продуктов, Обособленное подразделение ООО «Юнител Инжиниринг», Россия, Чебоксары (slavutskii@gmail.com; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6315-2445).

Формат цитирования

Андреев О.Н., Васильева Л.Н., Матвеев Е.К., Славутский А.Л. Численное и лабораторное моделирование насыщения трансформатора в зависимости от начальной фазы тока // Вестник Чувашского университета. – 2023. – № 4. – С. 5–14. DOI: 10.47026/1810-1909-2023-4-5-14.

Загрузить полный текст статьи