Сравнительный анализ эффективности алгоритмов торможения в дифференциальной защите в условиях глубокого насыщения трансформаторов тока

Алексей Валентинович Лукьянов; Денис Сергеевич Федосов

Сравнительный анализ эффективности алгоритмов торможения в дифференциальной защите в условиях глубокого насыщения трансформаторов тока

Алексей Валентинович Лукьянов, Денис Сергеевич Федосов

Аннотация

Рукопись поступила в редакцию 19.08.2025, утверждена редколлегией в печать 12.11.2025.

Рассмотрена актуальная задача обеспечения надёжного функционирования дифференциальной защиты в условиях глубокого насыщения трансформаторов тока. Проведён сравнительный анализ четырёх алгоритмов формирования тока торможения: торможение по полусумме модулей токов плеч, по максимальному из токов плеч, по модулю векторной полуразности токов плеч и направленное торможение. Исследования выполнены на имитационной модели дифференциальной защиты синхронного генератора, разработанной в среде MATLAB Simulink, с учётом режимов внешних КЗ, сопровождающихся глубоким насыщением трансформаторов тока. Для каждого алгоритма торможения проанализировано 300 режимов с различными начальными условиями, задающими разную остаточную индукцию в магнитопроводах трансформаторов тока с двух сторон генератора, величину вторичной нагрузки трансформаторов тока в обоих плечах защиты и начальную фазу напряжения при возникновении короткого замыкания. Установлено, что три из четырёх алгоритмов торможения демонстрируют схожую эффективность, при этом направленное торможение оказалось менее надёжным и допускающим большее число некорректных срабатываний. Рассмотрено дополнение алгоритма направленного торможения уставкой блокировкой торможения, моделирование показало, что такая модификация полностью исключает неправильные срабатывания при внешних коротких замыканиях даже в условиях глубокого насыщения трансформаторов тока, при этом сохраняется высокое быстродействие и чувствительность защиты при внутренних повреждениях. Направленное торможение должно рассматриваться как основной алгоритм реализации торможения в дифференциальных защитах.

DOI: 10.71841/EP.elst.2025.1132.11.07

Ключевые слова

дифференциальная защита, насыщение трансформатора тока, релейная защита, синхронный генератор, ток небаланса, ток торможения, трансформатор тока.

Полный текст:

PDF

Литература

Осинцев, А.А. О расчетных переходных режимах дифференциальной защиты генератора / А.А. Осинцев, И.И. Литвинов // Вестник КГЭУ. – 2020. – № 3 (47). – С. 49 -- 56.

Сапунков, М.Л. Особенности микропроцессорной дифференциальной токовой защиты трансформаторов / М.Л. Сапунков, К.А. Черданцев // Недропользование. – 2006. – № 1. – С. 248 -- 252.

Иванов, И.Ю. Исследование работы дифференциальной защиты линий электропередачи напряжением 110 -- 220 кВ с помощью моделирования в среде Matlab / И.Ю. Иванов // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Технические науки. – 2012. – № 3. – С. 186 -- 192.

Кужеков, С.Л. Обеспечение правильного функционирования дифференциальных защит сборных шин в условиях насыщения трансформаторов тока / С.Л. Кужеков, А.А. Дегтярев, Б.Б. Сербиновский // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. – 2017. – Т. 60, № 4. – С. 76 -- 84.

Указание по применению использования MiCOM P342, P343, P344, P345: пособие по эксплуатации: J (P342/3/4) K P345, 2007. – 105 с.

Шкаф микропроцессорной защиты синхронного генератора типа «Бреслер ШГ 2114.11»: руководство по эксплуатации. – Чебоксары, 2010. – 108 с.

Терминал защит, автоматик, управления выключателем и сигнализации генератора мощностью до 12 МВт Экра 217(А) 0101: руководство по эксплуатации. – Чебоксары: ЭКРА, 2022. – 149 с.

Микропроцессорное устройство защиты «Сириус-ГС-02»: руководство по эксплуатации. – М., 2021. – 135 с.

Рыбин, Д.С. Повышение надежности работы ДЗТ при насыщении ТТ. Контроль изменения тока / Д.С. Рыбин, Е.Н. Колобродов, П.В. Гурьев, Д.С. Щукин // Релейщик. – 2021. – № 3(41). – С. 10 -- 13.

Ершов, Ю.А. Моделирование микропроцессорных релейных защит в среде MATLAB / Ю.А. Ершов, А.В. Малеев // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии. – 2010. – Т. 3, № 2. – С. 220 -- 228.

Белянин, А.А. Исследование чувствительности дифференциальной токовой защиты трансформатора к сложным видам повреждений / А.А. Белянин, А.Н. Маслов, И.В. Смирнова, М.Ю. Широкин // Вестник ЧГУ. – 2019. – № 3. – С. 29 -- 35.

Осинцев, А.А. Критерии определения переходных режимов для анализа поведения дифференциальной защиты / А.А. Осинцев, И.И. Литвинов // Вестник КГЭУ. – 2021. – № 2 (50). – С. 78 -- 88.

Каченя, В.С. Формирование мгновенных дифференциальных и тормозных токов дифференциальной защиты сборных шин / В.С. Каченя, М.С. Ломан // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. – 2020. – № 5. – С. 411 -- 422.

Косых, Д.А. Сравнение технических характеристик современных продольных дифференциальных токовых защит генераторов / Д.А. Косых // Энергетик. – 2009. – № 12. – С. 23 -- 25.

Xia, J. Research Differential Protection of Generator Based on New Braking Mode / J. Xia, S. Li, S. Gao, W. Shao, G. Song, C. Chen // Energis. – 2021. – Vol. 14. – 1857.

Кужеков, С.Л. Обеспечение правильной работы микропроцессорных устройств дифференциальной защиты при насыщении трансформаторов тока / С.Л. Кужеков, Г.С. Нудельман // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. – 2009. – № 4. – С. 12 -- 18.

Кужеков, С.Л. Определение времени до насыщения трансформаторов тока в переходных режимах коротких замыканий / С.Л. Кужеков, А.А. Дегтярев, В.С. Воробьев, В.В. Москаленко // Электрические станции. – 2017. – № 1(1026). – С. 42 -- 47.

Medeiros, R.P. A Wavelet-Based Transformer Differential Protection with Differential Current Transformer Saturation and Cross-Country Fault Detection / R.P. Medeiros, F.B. Costa // IEEE Transactions on Power Delivery. – 2018. – Vol. 33, No. 2. – P. 789 -- 799.

Wang, X. A transmission line current differential protection based on virtual restraint current / X. Wang, Z. Zhou, H. Liu // 2015 IEEE Power & Energy Society General Meeting. – Denver, CO, USA, 2015. – P. 1 -- 4.