Цифровой измерительный орган тока для функционирования в условиях глубокого насыщения трансформатора тока

Рассмотрены построение и реализация цифрового измерительного органа тока микропроцессорной защиты, способного функционировать в условиях глубокого насыщения стали магнитопровода трансформатора тока. В переходных режимах работы трансформатора тока линейность трансформации первичного тока во вторичный существенно нарушается. При этом вторичный ток трансформатора тока, который является входным сигналом для измерительных органов микропроцессорных защит, отличается от идеально трансформированного как по форме, так и по величине. Это приводит к тому, что время установления сигнала на выходе стандартного цифрового измерительного органа тока затягивается до недопустимых значений. В результате нарушаются основные требования к устройствам защиты, такие как быстродействие и надежность, что в ряде случаев делает быстродействующую защиту электрооборудования малоэффективной. Для решения этой проблемы предлагается формировать выходной сигнал цифрового измерительного органа тока в зависимости от величины коэффициента нелинейных искажений, которым определяется степень насыщения трансформатора тока. Причем целесообразно формировать выходной сигнал так, чтобы при малой степени насыщения трансформатора тока он незначительно отличался от действующего значения контролируемого сигнала, а при глубокой степени насыщения превышал данное значение. Модель цифрового измерительного органа тока разработана в среде моделирования MatLab-Simulink. Основу модели составляют блоки, реализующие: цифровой фильтр, предназначенный для вычисления значения амплитуды основной гармоники контролируемого сигнала; цифровой фильтр действующего значения контролируемого сигнала, а также типовые математические блоки, необходимые для формирования алгоритма функционирования предлагаемого цифрового измерительного органа тока. Проверка работоспособности модели цифрового измерительного органа тока проводилась входным воздействием, близким по форме к искаженному вследствие насыщения стали магнитопровода вторичному току трансформатора тока. Проведенные исследования показали, что предложенный цифровой измерительный орган тока по сравнению со стандартным обеспечивает стабильную работоспособность и повышенное быстродействие в переходных режимах.

1. Баглейбтер, А. И. Трансформатор тока в сетях релейной защиты. Противодействие насыщению ТТ апериодической составляющей тока КЗ / А. И. Баглейбтер // Новости электротехники. 2008. Т. 53, № 5.

2. Cosse, R. E. CT Saturation Calculations – are they Applicable in the Modern World? Part I: The Question / R. E. Cosse, D. G. Dunn, R. M. Spiewak // IEEE Transactions on Industry Applications. 2005. Vol. 45. No 2. P. 444–452. https://doi.org/10.1109/tia.2006.890023.

3. Benmouyal, G. The Impact of High Fault Current and CT Rating Limits on Overcurrent Protection / G. Benmouyal, S. E. Zocholl // Proceedings of the 29th Annual Western Protective Relay Conference, Spokane, WA. 2002.

4. Instantaneous Overcurrent Element for Heavily Saturated Current in a Power System: pat. US US6757146 B2 / G. Benmouyal, S. E. Zocholl, A. Guzman-Casillas. Publ. date 29.06.2004.

5. Schweitzer, E. O. Filtering for Protective Relays / Е. О. Schweitzer, D. Hou // IEEE WESCANEX 93 Communications, Computers and Power in the Modern Environment – Conference Proceedings. Saskatoon, Canada. 1992. https://doi.org/10.1109/wescan.1993.270548.

6. Измерительный орган тока для функционирования в условиях глубокого насыщения магнитопровода трансформатора тока: пат. 20808 Респ. Беларусь МПК (2006.01) H 02H 3/08 / Ю. В. Румянцев, Ф. А. Романюк, В. Ю. Румянцев, И. В. Новаш; дата публ. 28.02.2017.

7. SimPowerSystems. User’s Guide. Version 4 [Electronic resource] // The MathWorks. Mode of Access: http://www.mathworks.com/help/releases/R14sp2/pdf_doc/physmod/powersys/powersys.pdf. Date of Access: 01.12.2015.

8. Дэбни, Дж. Б. Simulink 4. Секреты мастерства / Дж. Б. Дэбни, Т. Л. Харман; пер. с англ. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2003. 403 с.

9. Программно-информационное обеспечение комплексов для функциональных испытаний цифровых токовых защит электроустановок в системе динамического моделирования MatLab-Simulink / И. В. Новаш [и др.] // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2017. Т. 60, № 4. С. 291–308. https://doi.org/10.21122/10297448-2017-60-4-291-308.

10. Реализация цифровых фильтров в микропроцессорных устройствах релейной защиты / Ю. В. Румянцев [и др.] // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2016. Т. 59, № 5. С. 397–417. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2016-59-5-397-417.

11. Новаш, И. В. Упрощенная модель трехфазной группы трансформаторов тока в системе динамического моделирования / И. В. Новаш, Ю. В. Румянцев // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2015. № 5. С. 23–38.