Opracować model przekaźnika różnicowego do zabezpieczania transformatora dwuuzwojeniowego. Przeprowadzić analizę działania przekaźnika.

Transkrypt

1 PRZKŁAD C4 Opracować model przeaźna różncowego do zabezpeczana transformatora dwuuzwojenowego. Przeprowadzć analzę dzałana przeaźna. Model fragmentu sec eletrycznej wraz z zabezpeczenem różncowym transformatora jest poazany na rys. 1. Rozpatrywana seć z transformatorem jest taa, ja w Przyładze C2. Obwody pomarowe po obu stronach transformatora sładają sę z przeładnów prądowych oraz analogowych fltrów odcnających. Dla uproszczena schematu, wszyste te blo są przedstawone w postac elementów trójfazowych. Dysowe zbory zwązane z modelem znajdują sę w artotece: przyład_c4. Modele przeładnów prądowych wyonano w postac nestandardowych modułów, tóre reprezentują trzy przeładn umeszczone poszczególnych fazach. Moduł przeładna tworzą następujące zbory dysowe (CT ang. Current Transformer): CT_.dat - zbór źródłowy, CT_.lb - zbór somplowany, CT_.sup - zbór z modułem grafcznym. Rys. 1. Schemat modelu ATPDraw z zabezpeczenem różncowym transformatora Schemat eletryczny modułu przeładnów jest poazany na rys. 2. Do pomaru prądów wtórnych utworzono dzeln rezystancyjne: spade napęca na opornu R ES jest

2 2 Przyład C4 proporcjonalny do tego prądu. uład stanow jednocześne przetworn prąd/napęce ułatwa przyłączene fltru odcnającego. W rzeczywstych warunach rolę tę spełna dodatowy transformator, tóry wprowadza taże nezbędną separację galwanczną pomędzy obwodem wejścowym uładem wewnętrznym przeaźna. Strona zwązana z wysom napęcem przeładnów jest w modelu reprezentowana przez stronę wtórną transformatorów (s ang. secondary), natomast obwód pomarowy jest sojarzony ze stroną perwotną modelu transformatora (p ang. prmary). Obcążene przeładna stanową elementy: L A, R A oraz R ES w perwszej faze podobne w pozostałych fazach. Wartość oporna R ES (jednaowy we wszystch fazach) można przyjąć bardzo małą, na przyład,,1 Ω. Wówczas wartość charater obcążena będze pratyczne zależała od pozostałych dwóch elementów. Wyjśca napęcowe z tego modelu są zwązane z zacsam: CT_OUA, CT_OUB, CT_OUC. Są one podłączone do jednej nóż elementu grafcznego modelu. R P L P L S R S CT 1A L A Type 98 CT 2A CT_OUA R A R ES R P L P L S R S CT 1B L B Type 98 CT 2B CT_OUB R B R ES R P L P L S R S CT 1C L C Type 98 CT 2C CT_OUC R C R ES Rys. 2. Schemat przeładnów prądowych tworzących moduł CT_

3 Przyład C4 Charaterystya magnesowana rdzena jest reprezentowana podobne, ja w lasycznym modelu transformatora, za pomocą elementu nelnowego: Typ 98 (bez hsterezy). Użytown ne ma dostępu bezpośredno z edytora ATPDraw do zmany tej charaterysty. W raze potrzeby, należy odpowedno edytować zbór CT_.dat następne poddać go omplacj. Poza tym, użytown ma możlwość zmany pozostałych parametrów ażdego z przeładnów fazowych. Prąd znamonowy wtórny przeładnów prądowych ma wartość 1 A (wartość suteczna), natomast prądy perwotne: PP1: 1 A, PP2: 6 A. Model fltru odcnającego równeż wyonano w postac trójfazowej: w ażdej faze umeszczono fltr RC drugego rzędu zgodne z opsem przedstawonym w poprzednm punce. Dla częstotlwośc próbowana 1 Hz przyjęto częstotlwość odcęca fltru: 75 Hz. Model przeaźna jest reprezentowany przez blo Dff_Tr (rys. ). Jest to element 8- zacsowy, do tórego nóże doprowadzono po trzy napęca z ażdego fltru odcnającego oraz wartość sładowej urojonej napęca fazy A dla początowego stanu ustalonego sec. Welość ta ma oznaczene mssv, jao welość wejścowa do blou MODELS. Jej zastosowane w modelu ma znaczene drugorzędne: aby pomnąć stan przejścowy użytych w algorytme fltrów cyfrowych można ch pamęc wstępne zapełnć, orzystając z oblczanego przez program ATP stanu ustalonego, odpowadającego momentow startu programu (t=). Normalne dostępne są sładowe rzeczywste prądów napęć. Do pełnej znajomośc położena wetora napęca należy wczytać taże wartość sładowej urojonej. Do odwzorowana przeaźna różncowego należy oreślć prądy: różncowy wzdłużny w ażdej faze transformatora. Odpowedne zwąz zależą od sposobu połączena uzwojeń transformatora, przeładn zwojowych: transformatora oraz przeładnów prądowych oraz efetów salowana w torze pomarowym. Prąd różncowy pownen być odnesony do uzwojena olumny strony perwotnej lub wtórnej transformatora. Jeśl wyberzemy uzwojene strony, to odpowedne zwąz przyjmą następującą formę. Prądy różncowe w poszczególnych fazach: da db da gdze: ( + ( )) ( A( ) D ( DA( DC ( ))/ ( B ) D ( DB DA( ))/ ( ) ( ( ))/ (1) A D 1 = A B C, ndes D oznacza prąd fazowy od strony trójąta, + ndes od strony gwazdy. Prądy stablzujące (hamujące): sa ( ) + ( ( ))/ A D DA DA DC DC

4 4 Przyład C4 sb sa ( B ) + D ( DB DA( ))/ ( ) + ( ( ))/ (2) A W powyższych równanach, jest współczynnem, przez tóry należy pomnożyć prąd (w modelu jest to napęce) na wejścu przeaźna, aby otrzymać prąd w obwodze perwotnym (na wejścu przeładna prądowego) po strone gwazdy. Podobne, współczynn D odnos sę do prądu po strone uzwojena połączonego w trójąt. Dzę temu, prądy oblczone zgodne z (1), (2) są odnesone do strony gwazdy transformatora. Można zauważyć, że w powyższych wyrażenach od prądu fazowego strony odejmowana jest sładowa zerowa. Wyna to stąd, że w prądach fazowych strony taa sładowa ne występuje. Prądy: różncowy stablzujący mogą być taże oblczane względem strony. W blou pomarowym oblczane są następujące welośc: - ampltuda perwszej, drugej pątej harmoncznej prądu różncowego, - ampltuda sładowej podstawowej prądu stablzującego. Sładowe ortogonalne m-tej harmoncznej oblczane są według następujących zależnośc reursywnych: X X cm sm = X = X cm sm 2 ( 1) + h N 2 ( 1) + h N cm sm D DA DC ( y( y( N) ) ( y( y( N) ) gdze: N - lczba próbe w orese (wszyste sładowe są oblczane w one o długośc N próbe; h cm (, h sm ( - funcje mpulsowe fltrów osnusowego snusowego, odpowedno. Funcje mpulsowe fltrów są oreślane według zależnośc (a=2π/n): hcm( = cos( a(,5) ) hsm( = sn( a(,5) ) - dla sładowej podstawowej, hcm( = cos( 2a(,5) ) hsm( = sn( 2a(,5) ) - dla drugej harmoncznej, hcm( = cos( 5a(,5) ) hsm( = sn( 5a(,5) ) - dla pątej harmoncznej. Ampltudy tych sładowych oblczane są według zależnośc: X = 2 X cm + X Szczegółowy algorytm członu decyzyjnego zabezpeczena różncowego w postac bloowej dla jednej fazy transformatora jest poazany na rys.. 2 sm () (4)

5 Przyład C4 5 Próbowane ms1> ms1:=ms1-1 ms1= ms1:=ms1-1 ne było przeroczena wartośc rozruchowej d1>a rel1:=ns+1 ms1:=ms rel1=ns+1 d1>a2 rel2:=nc+ndx t1<b y:=a t1<b1 sprawdzene przeroczena charaterysty rozruchowejj y:=a+(t1-b) 1 t1<b2 y:=a1+(t1-b1) 2 y:=a2 y:=a d1>y d2<c2 d1 d5<c5 d1 rel2<ndx+nc rel2:=rel2+1 sprawdzene bloady od drugej pątej harmoncznej rel2=ndx+nc trp:=1 Rys.. Schemat algorytmu zabezpeczena (dla jednej fazy transformatora)

6 6 Przyład C4 Oznaczena zmennych są dentyczne, ja w programe T_Dff.mod, tóry tworzy moduł ATPDraw. Zaps algorytmu jest nadmarowy (netóre zmenne warun można usunąć bez wpływu na wyn dzałana procedury), jedna doładne odwzorowuje on procedurę w języu MODELS, zapsaną w zborze T_Dff.mod. W blou pomarowym, w ażdym rou próbowana, oblczane są prób prądu różncowego stablzacyjnego, a taże ch ampltudy dla perwszej, drugej pątej harmoncznej (te dwe ostatne tylo w odnesenu do prądu różncowego). Jeśl nastąp przeroczene progu rozruchowego (d1>a), to następuje sprawdzene przebegu trajetor prądu różncowego na charaterystyce rozruchowej przeaźna (rys. 4). Odpowedne nastawy punty na charaterystyce odnesone są do ampltud: prądu różncowego stablzującego. Odpowedne nastawy są dostępne w zborze T_Dff.mod. d a 2 obszar dzałana 2 a 1 y obszar bloowana a 1 b b 1 b 2 st Rys. 4. Charaterystya rozruchowa: oznaczena przyjęte w programe Jeśl warun dzałana zabezpeczena są spełnone, to w dalszej częśc procedury następuje sprawdzene warunów bloady od drugej pątej harmoncznej prądu różncowego. Odpowedne nastawy są tu wyrażone przez współczynn C 2 oraz C 5. Sygnał wyłączający wyłączn po obu stronach transformatora pojawa sę w przypadu, gdy wsaźn trp przyjmuje wartość 1 przynajmnej w jednej faze. Badane zabezpeczena Pełny model sec wraz z zabezpeczenem jest poazany na rys. 1. Ponżej podano wyn lu testów przeprowadzonych z wyorzystanem tego modelu.

7 Przyład C4 7 a) Załączane neobcążonego transformatora. Test został przeprowadzony zgodne z Przyładem C2. Przebeg prądów fazowych są poazane na rys. 5. Przebeg prądu różncowego w poszczególnych fazach jest poazany na rys. 6. Schodowy charater rzywych wyna z procesu próbowana. Należy zauważyć, że prądy te są odnesone do uzwojeń strony transformatora. Wdać, że prąd różncowy przybera wartośc przeraczające prąd znamonowy tej strony transformatora. Kryterum różncowe z pewnoścą spowodowałoby wyłączene transformatora. Potwerdzają to trajetore prądów różncowych we wszystch trzech fazach względem charaterysty rozruchowej przeaźna (rys. 7). Charaterystya ta jest w tym zarese zman prądu stablzującego ogranczona przez wartość rozruchową a, tóra jest nastawona na 2% prądu znamonowego transformatora. Jedna ampltuda drugej harmoncznej prądu różncowego w tym przypadu jest równeż duża (na rys. 8 są poazane przebeg ampltud w faze C) decyzja przeaźna jest bloowana. Udzał pątej harmoncznej jest newel jej wzrost mógłby być spowodowany wzrostem napęca lub obnżenem sę częstotlwośc., A 1 B 5-5 A -1 C -15,,2,4,6,8,1 t, s Rys. 5. Prądy po strone, po załączenu neobcążonego transformatora

8 8 Przyład C4 d 7 C B A -5,,2,4,6,8,1 t, s Rys. 6. Przebeg prądów różncowych podczas załączana neobcążonego transformatora I d1 4 I d1c 2 I d1a dzałane 1 a Id1B bloowane b I s1 Rys. 7. Trajetore prądów różncowych na charaterystyce rozruchowej przeaźna

9 Przyład C4 9 I d 5 I d I d I d5,,2,4,6,8,1 t, s Rys. 8. Ampltudy perwszej, drugej pątej harmoncznych prądu różncowego fazy C b) Zwarce 5% uzwojena. Rozpatrywane jest zwarce 5% zwojów uzwojena fazy C strony transformatora. Równeż ten przypade jest analzowany w Przyładze C2. Przebeg prądów jest poazany na rys. 9. Przebeg prądu różncowego przedstawa rys. 1. Wdać, że jest on stosunowo newel prąd fazy A jest mnej węcej równy prądow znamonowemu, tóry ma ampltudę równą 785 A. Wystarcza to jedna do pobudzena przeaźna (,1I N ). Trajetore perwszej harmoncznej prądu różncowego na charaterystyce rozruchowej przeaźna są poazane na rys. 11. Wdać, że tylo prąd fazy C przeracza tę charaterystyę. Prądy w pozostałych fazach są zbyt małe. Tym nemnej, zabezpeczene prawdłowo dzała, wyłączając uszodzony transformator. Interesująca jest taże analza charaterysty czasowych dzałana zabezpeczena. Sładowe harmonczne: druga pąta, są bardzo małe, węc w stane ustalonym ne powodują one bloowana dzałana zabezpeczena. Jedna stan przejścowy fltru drugej harmoncznej powoduje, że w tym czase przeaźn jest bloowany, wprowadzając zwłoę o długośc nemal jednego oresu sładowej podstawowej (rys. 12 sygnał wyłączający poazano na tle przebegów ampltud odpowednch harmoncznych prądu różncowego).

10 1 Przyład C4 15,1 z 1 A C B -15-2,,2,4,6,8,1 t, s Rys. 9. Prądy fazowe na strone H oraz prąd w mejscu zwarca ( z ) d C 6 4 A B -6-8,,2,4,6,8,1 t, s Rys. 1. Przebeg prądów różncowych podczas zwarca 5% uzwojena transformatora

11 Przyład C4 11 I d I d1c dzałane bloowane 2 1 a I d1b I d1a b I t1 Rys. 11. Trajetore prądów różncowych na charaterystyce rozruchowej przeaźna I d 7 6 I d1 5 4 sygnał wyjścowy (/1) 2 I d2 1 I d5,,2,4,6,8,1 t, s Rys. 12. Trajetore prądów różncowych na charaterystyce rozruchowej przeaźna