Обеспечение устойчивости функционирования цифровой дифференциальной защиты при бросках намагничивающих и пусковых токов с насыщением трансформаторов тока

Владимир Викторович Шиханцов; Денис Сергеевич Федосов; Александр Леонидович Куликов

Обеспечение устойчивости функционирования цифровой дифференциальной защиты при бросках намагничивающих и пусковых токов с насыщением трансформаторов тока

Владимир Викторович Шиханцов, Денис Сергеевич Федосов, Александр Леонидович Куликов

Аннотация

Рассмотрен специфический механизм неселективных срабатываний цифровой дифференциальной защиты трансформатора, обусловленный попаданием тока небаланса в зону начального участка тормозной характеристики при сквозных бросках пускового и намагничивающего токов, сопровождающихся насыщением трансформаторов тока. Показана недостаточность традиционных методов обеспечения устойчивости функционирования защиты (процентного торможения и блокировки по второй гармонике) в данных режимах. Предложена модификация алгоритма дифференциальной защиты с совместным применением дифференциально-фазного органа и органа блокировки по апериодической составляющей дифференциального тока. Эффективность алгоритма исследована на имитационной модели в MATLAB Simulink с нелинейной моделью трансформаторов тока (по 800 расчётных режимов для каждого вида переходного процесса) и верифицирована на аппаратно-программном прототипе на базе NI CompactRIO с использованием комплекса РЕТОМ-61. Установлено, что предложенное решение полностью устраняет ложные срабатывания при бросках пускового тока и внешних коротких замыканиях, а при бросках тока намагничивания силового трансформатора существенно снижает их число. Замедление срабатывания при внутренних повреждениях не превышает 0,1 с. Для практической реализации рекомендовано применение преобразователей тока с возможностью измерения постоянной составляющей. Результаты исследования могут быть использованы при разработке и модернизации терминалов релейной защиты.

Ключевые слова

апериодическая составляющая, бросок пускового тока, бросок тока намагничивания, дифференциальная защита, дифференциально-фазный орган, насыщение трансформаторов тока, цифровая релейная защита

Полный текст:

PDF

Литература

Циглер, Г. Цифровые устройства дифференциальной защиты. Принципы и область применения: пер. с англ. / под ред. чл.-корр. РАН А. Ф. Дьякова / Г. Циглер. – М.: Энергоиздат, 2005. – 273 с.

Засыпкин, А. С. Релейная защита трансформаторов / А. С. Засыпкин. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 240 с.

Куликов, А. Л. Устойчивость функционирования релейной защиты в системах электроснабжения промышленных потребителей / А. Л. Куликов, Д. С. Федосов // Электричество. – 2026. – № 3. – С. 41 – 53.

Пат. № 2538214 C1 РФ, МПК H02H 3 / 28. Способ дифференциальной защиты электроустановки: № 2013128192 / 07: заявл. 19.06.2013: опубл. 10.01.2015 / В. К. Ванин, М. Г. Попов, С. О. Попов ; заявитель ФГАОУ ВО “СПбПУ”.

Hossain, M. A current transformer (CT) saturation detection method for bus differential protection / M. Hossain, I. Leevongwat, P. Rastgoufard // 2018 Clemson University Power Systems Conference (PSC). – Charleston, SC, USA, 2018. – Р. 1 – 5

Пат. № 2824750 C1 РФ, МПК H02H 3 / 28. Способ дифференциальной релейной защиты, предназначенный в том числе и для переходных режимов, сопровождающихся насыщением измерительных трансформаторов тока (варианты): № 2024101180: заявл. 18.01.2024: опубл. 13.08.2024; заявитель АО “ТеконГруп”.

Bahari, S. A new stabilizing method of differential protection against current transformer saturation using current derivatives / S. Bahari, T. Hasani, H. Sevedi // 2020 14th International Conference on Protection and Automation of Power Systems (IPAPS). – Tehran, Iran, 2019. – P. 33 – 38.

Kumari, P. Time domain based security enhancement methodologies for transformer differential protection scheme / P. Kumari, R. Ananthanarayanan, S. Balamurugan // 2018 IEEE International Conference on Environment and Electrical Engineering and 2018 IEEE Industrial and Commercial Power Systems Europe (EEEIC / I&CPS Europe). – Palermo, Italy, 2018. – P. 1 – 6.

Zheng, T. Histogram-based method to avoid maloperation of transformer differential protection due to current-transformer saturation under external faults / T. Zheng, T. Huang, Y. Ma, Z. Zhang, L. Liu // IEEE Transactions on Power Delivery. – 2017. – Vol. 33, No. 2. – P. 610 – 619.

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.

Naseri, F. Fast detection and compensation of current transformer saturation using extended Kalman filter / F. Naseri, Z. Kazemi, E. Farjah, T. Ghanbari // IEEE Transactions on Power Delivery. – 2019. – Vol. 34, No. 3. – Pp. 1087–1097.

Hajipour, E. Current-transformer saturation prevention using a controlled voltage-source compensator / E. Hajipour, M. Vakilian, M. Sanaye-Pasand // IEEE Transactions on Power Delivery. – 2017. – Vol. 32, No. 2. – Pp. 1039 – 1048.

Schettino, B. M. A new method of current-transformer saturation detection in the presence of noise / B. M. Schettino, C. A. Duque, P. M. Silveira, P. F. Ribeiro, A. S. Cerqueira // IEEE Transactions on Power Delivery. – 2014. – Vol. 29, No. 4. – P. 1760 – 1767.

Пат. № 2772289 C1 РФ, МПК H02H 7 / 045. Способ продольно- дифференциальной защиты трансформатора: № 2020142585: заявл. 29.05.2019: опубл. 18.05.2022 / Ц. Гу, С. Чжан, Ц. Вэнь, Х. Лв, П. Мо, Ч. Чжэн, С. Гун, Ч. Сунь, С. Чэн; заявитель ЭнАр ЭЛЕКТРИК КО., ЛТД, ЭнАр ЭНЖИНИРИНГ КО., ЛТД.

Пат. № 2858295 C1 РФ, МПК H02H 3 / 28. Способ дифференциальной защиты электроустановки: заявл. 16.07.2025: опубл. 17.03.2026 / А. Л. Куликов, Д. С. Федосов, Е. В. Крюков; заявитель ФГБОУ ВО “НГТУ им. Р. Е. Алексеева”.

Лямец, Ю. Я. Восстановление тока, искаженного вследствие насыщения трансформатора тока, по малому числу отсчетов / Ю. Я. Лямец, И. Ю. Никонов, И. Е. Петряшин // Современные тенденции развития цифровых систем релейной защиты и автоматики : мат-лы науч.-техн. конференции молодых специалистов в рамках форума “РЕЛАВЭКСПО-2021”, Чебоксары, 20 – 22 апреля 2021 г. – Чебоксары: ЧГУ им. И. Н. Ульянова, 2021. – С. 95 – 99.

Вихарев, Д. Ю. Алгоритм восстановления приведённого первичного тока при насыщении электромагнитного трансформатора тока без использования характеристики намагничивания / Д.Ю. Вихарев, Н. А. Родин // Известия РАН. Энергетика. – 2022. – № 6. – С. 36 – 45.

Рыбалкин, А. Д. Прогнозирование тока короткого замыкания при насыщении магнитопровода трансформатора тока / А. Д. Рыбалкин, А. А. Шурупов, И. А. Ермолкин // Цифровая электротехника: проблемы и достижения: сб-к научных трудов НПП “ЭКРА”. Вып. V. – Чебоксары: РИЦ “СРЗАУ”, 2016. – С. 55 – 65.

Кужеков, С. Л. Анализ неселективных действий дифференциальных защит сборных шин при внешних однофазных КЗ с насыщением ТТ в неповреждённой фазе / С. Л. Кужеков, А. А. Дегтярев, Н. А. Дони, А. А. Шурупов, А. А. Петров, Л. Н. Костарев, М. А. Кошельков // Релейная защита и автоматизация. – 2019. –№ 1 (34). – С. 28 – 36.

Stanbury, M. The impact of current-transformer saturation on transformer differential protection / M. Stanbury, Z. Djekic // IEEE Transactions on Power Delivery. – 2015. – Vol. 30, No. 3. – P. 1278 – 1287.

Куликов, А. Л. Прототип цифровой дифференциальной защиты с улучшенной отстройкой от режимов с глубоким насыщением трансформаторов тока / А. Л. Куликов, Д. С. Федосов, Е. О. Анненков // Электротехника. – 2026. – № 5. – С. 64 – 71.