188
I.
В
ВЕДЕНИЕ
Силовой трансформатор является одним из наиболее
важных и ответственных компонентов энергосистемы.
Однако эффективность релейной защиты силового
трансформатора является одной из самых низких. Лишь в
70 % случаев повреждений релейная защита правильно и
своевременное реагирует, предотвращая дальнейшее
развитие аварийной ситуации. Одной из главных проблем
является
распознание
внутренних
замыканий
в
трансформаторе, таких как витковые замыкания в обмотке.
Совершенствование систем релейной защиты, повышения
их чувствительности, надежности и быстродействия всегда
является актуальным вопросом. С использованием
искусственной
нейронной
сети
(ИНС)
можно
совершенствовать существующие решения и реализовывать
новые.
II.
М
АТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ
ВИТКОВЫХ ЗАМЫКАНИЙ В СИЛОВОМ ТРАНСФОРМАТОРЕ
A.
Выбор модели и ее элементов
Для исследования была выбрана схема, изображенная
на рис. 1. Она включает электроэнергетическую систему
220 кВ, воздушную линию электропередачи 220 кВ длиной
100 км, трансформатор ТДН- 63000/220-У1, кабельную
линию 10 кВ длиной 1 км и промышленную нагрузку 10
кВ. Промышленная нагрузка представлена в виде
фиксированной нагрузки с возможностью задавать
значения активной и реактивной мощности.
ТДН-63000/220
220 кВ
10 кВ
ВЛ 220, 100 км
КЛ 10, 1 км
P+jQ
Рис. 1 – Схема исследуемой сети
B.
Моделирование виткового замыкания в
трансформаторе
Математическая модель силового трансформатора
представляет собой систему из шести индуктивно
связанных катушек. То есть для определения его
параметров будет необходимо рассчитать 6 собственных и
15 взаимных сопротивлений.
Учитывая симметрию трансформатора, а также связь
параметров вторичной и первичной обмоток через
отношение числа витков
KNM
, схема содержит три
неизвестные переменные [1]:
•
собственное сопротивление обмотки ВН
ZN + RN
;
•
взаимное сопротивление
ZmNM
между обмотками
на одном стержне;
•
взаимное сопротивление
ZmNN’
между обмотками
одного класса напряжения на разных стержнях.
Остальные переменные (
ZmNM’, ZM, RM, ZmMM’
) могу
быть получены из трех вышеуказанные параметры через
отношение чисел витков
KNT
обмоток ВН и НН. Таким
образом, неповрежденный трехфазный двухобмоточный
трансформатор представляется матрицами: активных и
индуктивных сопротивлений.
При внутреннем замыкании в трансформаторе обмотка
разделяется на несколько частей в зависимости от вида
повреждения и места повреждения. Например, при КЗ на
землю одной фазы соответствующая обмотка разделяется
на две части, а при межвитковых замыканиях количество
частей будет зависеть от места возникновения КЗ. При
возникновении замыкания в начале или в конце обмотки
она будет разделена на две части, при замыканиях же в
середине обмотки она разделится на три обмотки (рис.2).
Рис. 2 – Расщепление обмотки при возникновении внутреннего повреждения
При реализации данного принципа используется
элемент
Mutual Inductance
из библиотеки
MATLAB
Simulink/SimPowerSystems,
который может применяться
для моделирования необходимого числа катушек
связанных взаимной индуктивностью.
C.
Набор статистики работы силового трансформатора
Для полного охвата всех возможных условий работы
трансформатора необходимо рассмотреть всевозможные
режимы сети и условия работы трансформатора. Было
реализовано моделирование нормальных (загрузка
трансформатора на 70%) и аварийных режимов
(межвитковые замыкания). Получение статистических
данных по работе схемы осуществлялось на имитационных
моделях с изменяющимися параметрами сети в
соответствующих диапазонах (табл.1) в ПК
Matlab.
Таблица I.
Д
ИАПАЗОНЫ ИЗМЕНЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СЕТИ
Параметр
Обозн-е
Диапазон
изменения
Напряжение системы
Es
[0,95…1,05] о.е.
Модуль сопротивления прямой
последовательности системы
Zs
[10…42] Ом
Угол сопротивления прямой
последовательности системы
deltaZs
[80…90] град.
Величина
нагрузки
Активная мощность
P
[10…40] кВт
tgφ
tg
PQ
[0,2…0,4] о.е.
Для
межвитковых
замыканий:
Изменение числа
замкнувшихся
витков обмотки
L
[0,02…1] %
Напряжение
возникновение
замыкания
-
ВН, НН
Фаза замыкания
-
А, В, С
III.
И
СПОЛЬЗОВАНИЕ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ В АЛГОРИТМАХ
РАСПОЗНАВАНИЯ ВИТКОВЫХ ЗАМЫКАНИЙ В ТРАНСФОРМАТОРЕ
Понятие ИНС рассмотрено в [2-4]. Предложено два
варианта использования нейросетевых алгоритмов для
защиты силового трансформатора для распознавания
витковых замыканий. Первое - использовать нейронную
сеть непосредственно для принятия решения, второе -
использовать нейронную сеть для расчета коэффициентов
многопараметрической защиты [5]. Процесс изменения
коэффициентов взвешенного суммирования ИНС с целью
достижения ожидаемого результата называется обучением
сети.
