Автоматизация расчетов времени до насыщения электромагнитных трансформаторов тока при коротком замыкании
А.А. Яблоков, А.В. Панащатенко, Е.А. Воробьева, А.В. Гусенков
Вестник ИГЭУ, 2025 г. выпуск 5, сс. 28—38
Скачать PDF
Состояние вопроса. Начиная с 2019 года при проектировании и эксплуатации систем релейной защиты и автоматики большое внимание уделяется работе электромагнитных трансформаторов тока в переходных режимах коротких замыканий. В качестве характеристики работы трансформаторов тока в таких режимах используется расчетное значение времени до насыщения магнитопровода трансформаторов тока. Данное время сравнивается с временем точной трансформации тока, необходимым для правильной и устойчивой работы устройств релейной защиты и автоматики. Учитывая, что внедрение подобных расчетов произошло недавно, с введением ГОСТ Р 58669-2019 объем опубликованных исследований по данной проблеме относительно невелик, а в имеющихся работах зачастую отсутствуют рекомендации по практическому применению предлагаемых методик для специальных случаев (например, схемы соединения вторичных обмоток трансформаторов тока «сумма токов двух звезд») и возможных способов повышения их точности, актуальным является вопрос автоматизации расчетов времени до насыщения трансформаторов тока, поскольку инженеры-проектировщики отмечают, что выполнение расчетов «ручным» способом занимает много времени и требует больших трудозатрат. Кроме того, в ГОСТ Р 58669-2019 предусмотрены допущения, предназначенные для «ручных» расчетов, которые можно избежать при автоматизации и при этом повысить итоговую точность.
Материалы и методы. Использованы методы математического анализа выражений для определения времени до насыщения магнитопроводов трансформаторов тока различных классов и выражений, составленных в соответствии с основополагающими законами теоретических основ электротехники для расчета величины нагрузки, подключенной к трансформаторам тока при различных схемах соединения вторичных обмоток и реле. Выведенные аналитические формулы проверены с использованием программного комплекса имитационного моделирования MATLAB/Simulink.
Результаты. Рассмотрены отдельные аспекты, позволяющие нивелировать существующие недостатки расчетных методик ГОСТ Р 58669-2019. Выведены и проверены аналитические формулы для определения начальной фазы периодической составляющей тока коротких замыканий, при которой достигается минимальное время до насыщения магнитопроводов трансформаторов тока (классов P, PR, TPX, TPY, TPZ) при первом и втором (в цикле автоматического повторного включения) коротких замыканиях. Приведены уточненные аналитические формулы для определения величины нагрузки, подключенной к трансформаторам тока при различных схемах соединения их вторичных обмоток и реле для всех возможных видов коротких замыканий. Рассмотрены случаи применения выведенных формул при выполнении расчетов для отдельных ветвей схемы замещения первичной сети, питающих место коротких замыканий. Выполнена программная реализация разработанных аналитических выражений и формул в едином расчетном сервисе.
Выводы. Полученные аналитические формулы могут быть использованы при осуществлении проектных расчетов в части выбора характеристик трансформаторов тока, обеспечивающих требуемое время до насыщения их магнитопроводов при заданных условиях функционирования. Результаты исследования внедрены в облачный сервис для моделирования объектов электроэнергетики «Лаборатория РЗА». Будущие исследования связаны с разработкой способов точного определения значений постоянной времени затухания апериодической составляющей токов коротких замыканий в ветвях схемы замещения первичной сети с учетом межсистемных связей в целях повышения точности расчетов времени до насыщения магнитопроводов трансформаторов тока.
1. Анализ результатов исследований времени до насыщения магнитопроводов трансформаторов тока электроэнергетических объектов / А.А. Яблоков, А.В. Панащатенко, Н.А. Родин, А.С. Лифшиц // Релейная защита и автоматизация. – 2023. – № 2(51).
2. Королев Е.П., Либерзон Э.М. Расчеты допустимых нагрузок в токовых цепях релейной защиты. – М.: Изд-во «Энергия», 1980. – 208 с.
3. Проектирование кабельных сетей и проводок / под общ. ред. Г.Е. Хромченко. – М.: Энергия, 1980. – 383 с.
4. Определение остаточных магнитных индукций в тороидальных сердечниках трансформаторов тока класса Р для релейной защиты / А.А. Дегтярев, С.Л. Кужеков, Н.А. Дони, А.А. Шурупов // Релейная защита и автоматизация. – 2021. – № 3(44). – С. 44–57. – EDN QTYYAM.
5. Соловьев В.А. Колобродов Е.Н., Рыбин Д.С. Особенности работы дифференциальной защиты при подключении к ТТ с различными классами точности // Электрические станции. – 2023. – № 9. – С. 26–34.
6. О применении трансформаторов тока с немагнитными зазорами для устройств релейной защиты / В.С. Воробьев, В.В. Москаленко, А.И. Расщепляев и др. // Энергетик. – 2022. – № 5. – С. 20–26. – EDN MVVPAJ.
7. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2022615025 Российская Федерация. Программа для определения времени до насыщения магнитопроводов трансформаторов тока: дата поступления 21.03.22; в реестре программ для ЭВМ 29.03.22 / А.А. Яблоков, А.В. Панащатенко, Е.Е. Готовкина; заявитель и правообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина».
8. Электротехнический справочник: в 3 т. / под общ. ред. И.Н. Орлова. – 7-е изд., испр. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1985–1988. Т. 3: в 2 кн., кн. 1: Производство и распределение электрической энергии. – 1988. – 878 с.
9. Математическое моделирование переходных процессов электроэнергетических систем: лабораторный практикум / А.Е. Аржанникова, А.А. Братолюбов, В.П. Голов и др.; Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина. – Иваново, 2019. – 148 с. – EDN GSCOIO.
10. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2025619089 Российская Федерация. Облачный сервис «Лаборатория РЗА»: дата поступления 19.03.25; в реестре программ для ЭВМ 14.04.25 / А.С. Лифшиц, А.А. Яблоков, А.Ю. Мурзин и др.; заявитель и правообладатель Общество с ограниченной ответственностью «Лаборатория РЗА».