qgsjxmfs

ТТ могут функционировать с таким ассиметрично смещенным магнитным потоком в сердечнике. Но проблема может возникнуть при повторном КЗ, когда насыщение ТТ может произойти преждевременно.

Рисунок 4.9

Рисунок 4.10

4.6ССЫЛКИ

1.W.L.A. Neves and H.W. Dommel, “On Modelling Iron Core NonLinearities”, I.E.E.E Trans. on Power Systems, Vol 8, No.2, May 1993, pp. 417−423.

2.Working Group C−5 of the Systems Protection Subcommittee of the IEEE Power System Relaying Committee “Mathematical Models for Current, Voltage and Coupling Capacitor Voltage Transformers”, I.E.E.E Trans. on Power Delivery, Vol 15, No.1, January 2000, pp. 62−72.

RTDS	4-12

4.7МОДЕЛЬ ЕМКОСТНОГО ТРАНСФОРМАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

Емкостные трансформаторы напряжения (ТН) предназначены для пропорционального снижения первичного напряжения до уровня, используемого в устройствах релейной защиты и измерительных приборах. Емкостные ТН экономически эффективны как средства формирования вторичного напряжения, но они создают ряд проблем для устройств релейной защиты. Обычно интерес представляют происходящие в ТН затухающие переходные процессы и феррорезонанс, которые будут рассмотрены в данном уроке. При пропаже первичного напряжения энергия, накопленная в многослойных конденсаторах и подстроечном реакторе емкостного ТН, должна рассеиваться, вследствие чего возникает затухающий переходной процесс. Многие факторы влияют на переходную характеристику емкостного ТН, а именно:

фаза возникновения КЗ;

суммарная емкость конденсаторов;

особенности схемы подавления феррорезонанса;

ток нагрузки вторичной цепи.

Феррорезонанс – явление, возникающее вследствие взаимодействия между продольным (включенным последовательно) конденсатором и традиционным понижающим трансформатором напряжения. Для подавления феррорезонанса в емкостном ТН используются фильтры.

4.8МОДЕЛЬ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ

В этом уроке используется схема, приведенная на рисунке 4.11. Энергосистема включает источник 500 кВ, подключенный к трехфазному выключателю и активной нагрузке 100 Ом. Показан также контроллер, используемый для воздействия на выключатель.

Рисунок 4.11 - Схема энергосистемы с емкостным ТН

RTDS	4-13

Схема схожа cо случаем моделирования ТТ в разделе 4a. Чтобы не создавать повторно всю схему, можно сохранить схему случая моделирования ТТ под именем CVT. Для этого выполните:

в главном меню редактора Draft выберите File и пункт Save Circuit As;

введите новое имя файла.

Примечание – В модели выключателя параметр гашения дуги (Extinguish Arc for abs(I) at or below) необходимо задать 5 кА для устранения выдержки времени между моментом подачи команды на отключение выключателя и моментом срабатывания выключателя. Если абсолютное значение тока, протекающего через выключатель, ниже порогового значения, заданного параметром гашения дуги, произойдет прерывание тока. Как правило, указанный параметр задается равным 0.0, поскольку резко прерывающийся ток в индуктивной цепи вызывает скачок напряжения, который, в свою очередь, может вызвать повреждение внешнего оборудования, подключенного к симулятору RTDS.

Теперь внесите изменения в схему так, чтобы она соответствовала схеме, приведенной на рисунке 4.11. Эквивалентная схема замещения емкостного ТН и ее параметры показаны на рисунке 4.12. Параметры емкостного ТН 500 кВ, используемые в данном уроке, приведены в [1].

C1	= 5.84e−3 μF	Lp= 10 Η	RF1	= 0.0871 Ω	RF = 14.53 Ω
C2	= 161.72e−3 μF	Rs = 0.18 Ω	LF1	= 0.0591 Η	Rbp = 1454.75 Ω
Lc= 42 Η		Ls = 0.47e−3 Η	RF2	= 1.339 Ω	Rb = 462.88 Ω
Rp = 1100 Ω		CF = 151.79 μF	LF2	= 0.0 Η	Lb = 2.19 Η

Рисунок 4.12 - Эквивалентная схема CVT

Многослойные конденсаторы C1 и C2 используются для обеспечения подходящего уровня промежуточного напряжения, поступающего на вход ТН, что позволяет снизить сложность конструкции трансформатора. Уровень промежуточного напряжения 17 кВ определяется уравнением 4.9.

RTDS	4-14

(4.9)

Подстроечный реактор Lc настраивается для устранения сдвига фаз между первичным и вторичным напряжениями трансформатора на частоте энергосистемы. Значение индуктивности реактора можно рассчитать по уравнению 4.10.

(4.10)

где: ω0 = 2 π * f системы.

Емкость конденсатора и индуктивность подстроечного реактора из [1] не представлялись достоверными на базе уравнений 4.9 и 4.10. Поэтому параметры C1,C2 и Lc были уточне-

ны [2].

Подробные параметры магнитопровода также отсутствуют. Поэтому использовались типовые данные для емкостного трансформатора напряжения 500 кВ. Площадь поперечного сечения 6.5e−3 м2, длина пути 0.5 метра и характеристика насыщения приведены в табли-

це 4.1.

Таблица 4.1 - Параметры насыщения емкостного ТН

Магнитная индукция (B),	Напряженность магнитного поля (H),
Вб/м2	Ампер/м
0.5	10.0
1.0	25.0
1.2	30.0
1.4	45.0
1.6	100.0
1.65	150.0
1.7	250.0
1.75	400.0
1.76	500.0
1.77	600.0

Количество витков в первичной и вторичной обмотках рассчитано по формуле 4.11. Была построена кривая намагничивания B-H, приведенная на рисунке 4.13, с использованием характеристики намагничивания из таблицы 4.1. В формулу 4.11 требуется ввести максимальный магнитный поток, который можно определить по точке перегиба кривой намагничивания B−H. Согласно рисунку 4.13, в точке перегиба кривой намагничивания значение магнитной индукции составляет приблизительно 1.4 Вб/м2, значение магнитного потока можно определить умножением магнитной индукции на площадь поперечного сечения сердечника. При ЭДС в первичной обмотке E=17 кВ (промежуточное напряжение) и максимальном потоке Φp = 6.5e−3 Вб рассчитанное количество витков в первичной обмотке составляет 7000. Аналогичным образом при ЭДС во вторичной обмотке E=115 В рассчитанное число витков во вторичной обмотке составляет 47.

RTDS	4-15

(4.11)

где Φp - максимальный магнитный поток

Рисунок 4.13 – Кривая намагничивания

Феррорезонансные фильтры, как правило, состоят из определенного сочетания настроенных контуров LC, подключенных через резистор к земле. В данном примере индуктивность фильтра Lf1 немного выше необходимого для резонанса значения. Это делается для обеспечения нагрузочного тока при компенсации коэффициента мощности нагрузки во вторичной обмотке трансформатора. При частоте основной гармоники для затухания колебаний используется демпфирующий резистор Rf.

Схема нагрузки во вторичной обмотке ТН состоит из резистора и параллельно ему резистора с индуктивностью. Феррорезонанс обычно возникает при малой нагрузке. По этой причине использовалась нагрузка 20 ВА с cos φ = 0.8. Значения каждого из элементов рас-

считывались по стандарту CSA Standard CAN3−C13.1−M79. Так, Rb = 462.875 Ом, Rbp = 1454.75 О м , Lb = 2.19 Гн.

Чтобы симулировать феррорезонанс и затухающий переходный процесс в емкостном ТН, управление выключателем производится так, чтобы отключение происходило при переходе через 0 первичного напряжения, а повторное включение – при максимальном значении магнитного потока в сердечнике. Это значение не было известно заранее, до запуска моделирования, поэтому для изменения времени повторного включения в схему управления добавлен ползунок.

4.9ЗАПУСК МОДЕЛИРОВАНИЯ

Как только в редакторе Draft в схему внесены данные и выполнена компиляция исследуемого случая моделирования, в RunTime можно начать симуляцию. При симуляции сравнивается поведение емкостного ТН с феррорезонансным фильтром и без него. Чтобы моделировать емкостный ТН без феррорезонансного фильтра, параметры схемы феррорезо-

RTDS	4-16

нанса могут быть заданы значения 1e6 в редакторе Draft. В этом случае фильтр ведет себя как разомкнутая цепь.

Симуляция начинается со времени повторного включения выключателя, равного 66 мс. Результаты симулирования показали, что пиковое значение магнитного потока было зафиксировано в районе 0.1414 с. Поэтому положение ползунка установлено на 0.1414 с, что привело к повторному включению выключателя в момент максимума магнитного потока. Результаты показаны на рисунке 4.14 (без фильтра) и 4.15 (с фильтром). На рисунке 4.14 без фильтра показано влияние феррорезонанса на сигналы вторичной цепи. На рисунок 4.15 с феррорезонансным фильтром видно, что затухающий переходный процесс попрежнему существует, но феррорезонанс подавлен.

Рисунок 4.14 - Результаты моделирования без феррорезонансного фильтра

Рисунок 4.15 - Результаты моделирования с феррорезонансным фильтром

Чтобы показать, как фаза влияет на затухающий переходный процесс, симулирование может выполняться с выключателем, который отключается при переходе через ноль, и еще раз с выключателем, который отключается при произвольной фазе. Схема управления выключателя настроена на отключение при переходе через ноль первичного напряжения. Запустите указанную модель со временем повторного включения выключателя 2 с. При этом можно подробно изучить переходную характеристику. Для последующих исследуемых случаев моделирования используйте нагрузку во вторичной цепи ТН в 200 ВА (Rb = 46.2875 Ом, Rbp = 145.475 Ом, Lb = 0.219 Гн). Чтобы продемонстрировать случайную фа-

RTDS	4-17

зу пропажи первичного напряжения, необходимо создать удаленное КЗ в источнике. В редакторе Draft в параметрах элемента источника переменного тока во вкладке удаленного КЗ RemoteFaults задайте напряжение источника во время КЗ равным 0.0 о.е. и длительность равной 2 с. Повторите моделирование с новыми параметрами источника и нагрузкой во вторичной обмотке трансформатора 200 ВА. Внутреннее повреждение источника переменного тока в RunTime может инициироваться путем нажатия на кнопку Sources | Ftrg. При этом первичное напряжение снизится до нуля в произвольной фазе. «Наихудший» случай определяется по постоянной времени емкостного ТН и амплитудой переходного процесса.

На рисунке 4.16 на верхней кривой показан переходный процесс в емкостном ТН при срабатывании выключателя в произвольной фазе, а на нижней кривой – переходный процесс в точке перехода через ноль. Амплитуда напряжения переходного процесса на нижней кривой гораздо больше. Чтобы показать переходной процесс подробнее, масштаб упомянутого график был увеличен и показан на рисунке 4.17. Согласно рисункам 4.16 и 4.17 наихудший переходный процесс емкостного ТН возникает в случае, когда напряжение в первичной обмотке переходит через ноль.

Рисунок 4.16 - Влияние срабатывания выключателя в точке на кривой на переходный процесс CVT

RTDS	4-18

Рисунок 4.17 - Кривые с рисунка 4.16 в увеличенном масштабе

Чтобы продемонстрировать влияние высоты конденсаторной колонны на затухание переходного процесса в емкостном ТН, симуляцию можно выполнить с текущей емкостью конденсатора и временем повторного включения выключателя 2 с. Запустить моделирование еще раз с измененными параметрами конденсатора ТН: емкости C1 = 0.01168 мкФ и C2 = 0.32344 мкФ. Из-за изменения емкостей конденсаторов компенсирующая индуктивность также должна измениться и составить 21.0 Гн. Промежуточное напряжение попрежнему составляет около 17 кВ. Таким образом, оставшиеся параметры ТН могут остаться прежними. На рисунке 4.18 сигнал VBURCOMP означает напряжение на вторичной обмотке емкостного ТН с увеличенной емкостью.

Рисунок 4.18 - Влияние емкости на затухание переходного процесса

RTDS	4-19

Сравнение между двумя сигналами показывает, что чем больше емкости (C1+C2), тем меньше амплитуда переходного процесса и больше его постоянная времени.

Подключенная к емкостному ТН нагрузка обеспечивает путь для рассеяния накопленной энергии. Поэтому полностью нагруженный ТН будет лучше функционировать. Симулирование запускалось с нагрузкой во вторичной цепи, равной 20 ВА (сигнал VBURCOMP) и 200 ВА (сигнал VBURA). На рисунке 4.19 показано, что продолжительность переходного процесса для 200 ВА VBURA гораздо короче.

Рисунок 4.19 - Влияние нагрузки на затухание переходного процесса

4.10ССЫЛКИ

[1]W.W.L. Keerthipala, R.P. Jayasinghe, P.G. McLaren, and J.R. Lucas , “A Simulation Model for Capacitively Coupled Voltage Transformers in Relay Studies”, International Power Engineering Conference, March 1993 Singapore, pp. 555−560.

[2]Dr. D.A.N. Jacobson and A.V. Castro, “Investigation of the False Operation of a Digital Directional Comparison Relay During 500−kV Series Capacitor Reinsertion”, International Conference on Power System Transients (IPST), June 2001 Rio de Janeiro.

[3]J.R. Lucas, P.G. McLaren, W.W.L. Keerthipala and R.P. Jayasinghe, “Improved Simulation Models for Current and Voltage Transformers in Relay Studies”, IEEE Transactions on Power Delivery, vol 7, no 1, January 1992, pp. 152−159.

[4]A. Sweetana, “Transient Response Characteristics of Capacitive Potential Devices”, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, vol. PAS−90, September/October 1971, pp.

1989−2001.

RTDS	4-20

5 АСИНХРОННАЯ МАШИНА

Асинхронные электрические машины (ЭМ) составляют значительную часть промышленных потребителей. Моделирование асинхронных ЭМ в RTDS может быть особенно важным в случае, когда интересует влияние процесса запуска двигателя на сеть электроснабжения. Также может представлять интерес влияние нагрузки асинхронного двигателя на работу энергосистемы.

5.1МОДЕЛЬ АСИНХРОННОЙ МАШИНЫ

Модель асинхронной ЭМ доступна в RTDS в виде элемента 3-фазной ЭМ, которая может рассматриваться как в генераторном, так и двигательном режимах. Обмотка статора подключена к 3-фазной шине, как показано на рисунке 5.1. Сигналы управления элементом асинхронной ЭМ используются для задания момента на валу или скорости, а также определяют текущий режим работы "по моменту" или "по скорости".

а)

б)

Рисунок 5.1 – Схема включения асинхронной ЭМ в однолинейном (а) и трехфазном (б) режимах отображения

Если асинхронная ЭМ находится в режиме «по моменту», то для ее работы в качестве генератора требуется положительный входной момент (т.е. поток энергии направлен от ЭМ в сеть переменного тока). Отрицательный момент на валу означает работу в двигательном режиме (т.е. поток энергии втекает в ЭМ от питающей сети переменного тока). В режиме "по скорости" ЭМ работает как генератор, если скорость вращения вала больше синхрон-

RTDS	5-1