УДК:621.311

Жунусов А.К., Малышева Е.П., Тонышев В.Ф.

О РЕАЛИЗАЦИИ БЛОКИРОВКИ МАКСИМАЛЬНОЙ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ, ПИТАЮЩИХ

МОЩНУЮ СИНХРОННУЮ НАГРУЗКУ

Новосибирская Государственная Академия Водного Транспорта

В данном докладе рассматривается реализация блокировки максимальной токовой защиты трансформаторов при самозапуске мощной синхронной нагрузки.

Ключевые слова: максимальная токовая защита, узел мощной нагрузки, синхронные двигатели.

This work is about “Blocking realization of maximal current protection of transformer for self-starting powerful synchronous load”

Keywords: maximal current loading, powerful load node, synchronous engines

В связи с ростом единичной мощности синхронных двигателей до десятков Мвт и повышение их концентрации в узлах нагрузки наблюдаются случаи неселективной работы максимальной токовой защиты силовых трансформаторов в режиме резервирования защит линий, отходящих от шин подстанций, при отключении коротких замыканий на этих линиях с последующим самозапуском синхронных двигателей, запитанных от шин подстанций.

С целью устранения этого явления предлагается блокировать ложную работу защиты путем контроля модуля и фазы тока силового трансформатора, которые определяются токовыми частотными характеристиками синхронных двигателей [1].

Алгоритм, предложенный ранее в [1] для идентификации асинхронных режимов, мощных синхронных двигателей целесообразно доработать с использованием аппарата нечеткой логики [2].

На основе анализа исходных данных и предварительной оценки сложности моделируемого устройства, принят оптимальный вариант построения алгоритма на основе логического вывода Мамдани. Данный алгоритм позволяет наиболее наглядно представить процесс логического вывода при проектировании управляющего устройства. Нечеткий логический вывод Мамдани выполняется по базе знаний, в которой все значения входных и выходных переменных заданы нечеткими множествами.

В качестве входных переменных системы нечеткого логического вывода приняты действующие значения тока и значение фазы тока. Выходной функцией является управляющий сигнал, при появлении которого блокируется исполнительная цепь максимальной токовой защиты.

Ряд возможных значений тока представлены в виде терм-множества лингвистической переменной «ток», значение фазы – в виде терм-множества лингвистической переменной «фаза», значений управляющего сигнала – в виде терм-множества лингвистической переменной «управляющий сигнал». В зависимости значения реальной физической величины, сопутствующей ей лингвистическая переменная представляется в виде так называемого терма, являющегося одним из элементов представленного терм-множества. Терм задается нечетким множеством посредством функции принадлежности, которая позволяет вычислить степень принадлежности значения лингвистической переменной к тому, или иному терму, принадлежащему соответствующему терм-множеству. Каждая из представленных трех логических переменных может принимать значения термов «короткое замыкание» и «самозапуск». Основные задачи при проектировании систем управления на основе нечеткого логического вывода построение функции принадлежности и формирование наиболее полноценной нечеткой базы знаний, содержащей в себе информацию о зависимости выходной переменной в функции соотношений между входными переменными в виде лингвистических правил «если-то».

Существует множество различных методов построения функции принадлежности. В нашем случае ряд исходных данных представлен в виде фактических измеряемых величин (действующее значение тока, фаза тока), полученных на основе токовых частотных характеристик синхронных двигателей без возбуждения, т.е. в режиме самозапуска, что позволяет произвести построение функций принадлежности с помощью прямого метода, когда на основе экспертной оценки для каждого значения лингвистической переменной устанавливается заданное значение функции принадлежности, так как она позволяет учесть разброс значений лингвистических переменных на границах абсолютной принадлежности, т.е. при неопределенных условиях функция принадлежности принимает значение от нуля до единицы.

Терм «короткое замыкание» лингвистической переменной «ток» определяется диапазоном фактической величины тока от значения тока короткого замыкания в начале защищаемой линии до его значения при коротком замыкании на шинах защищаемого трансформатора. Величину функции принадлежности по току на этом диапазоне считаем равной единице.

Известно, что величина фазы тока при коротком замыкании принимает значения близкие к π/2, вследствие значительной индуктивной составляющей цепи короткого замыкания. Именно на основе этого производится построение функции принадлежности терма «короткое замыкание» для лингвистической переменной «фаза». В качестве нижней границы терма «короткое замыкание» принимается значение фазы тока, близкое к π/2. Верхняя граница терма «короткое замыкание», равно как диапазоны терма «самозапуск» для лингвистических переменных «ток» и «фаза» установлена индивидуально расчетным путем в соответствии с параметрами оборудования проектируемого устройства.

В отличие от функции принадлежности входных лингвистических переменных, функция принадлежности определяется разработчиком в зависимости способа управляющего воздействия. Одним из возможных вариантов осуществления блокировки МТЗ является установка промежуточного блокировочного реле, контакты которого принимают замкнутое или разомкнутое положение в зависимости значения лингвистической переменной «управляющий сигнал».

Следует отметить, что функции принадлежности термов «короткое замыкание» и «самозапуск» лингвистической переменной «фаза» как правило не пересекаются (в отличие от функции принадлежности лингвистической переменной «ток», где данное пересечение возможно). Именно это положение позволяет различать режимы короткое замыкание и самозапуск в системе нечеткого логического вывода.

Алгоритм Мамдани предполагает осуществление нечеткого логического вывода на основе проведения логических операций между входными лингвистическими переменными. В рассматриваемой системе величина выходной функции определяется на основе конъюнкции (логического умножения) входных переменных. С учетом этого формулируется правила нечеткой базы знаний. Если лингвистическая переменная «ток» и лингвистическая переменная «фаза» принимают значения соответствующие терму «короткое замыкание», то «управляющий сигнал» принимает значение терма «короткое замыкание», т.е. данный режим идентифицируется как короткое замыкание, а напряжение на блокировочном реле отсутствует. Аналогично формулируется второе правило, согласно которому значениям «самозапуск» «тока» и «фазы» соответствует значение «самозапуск» выходной переменной «управляющий сигнал», т.е. данный режим идентифицируется как самозапуск и происходит срабатывание блокировочного реле.

Проведенная серия расчетов позволяет сделать вывод о существенном повышение селективности токовой защиты силовых трансформаторов.

Литература:

1. Гамм Б.З., Тонышев В.Ф. Выявитель асинхронного режима по фазовому углу синхронной машины // Промышленная энергетика. – 1985. - №6. – с.21-26.

2. Штовба С.Д. Проектирование нечетких систем средствами MATLAB / С.Д. Штовба – М.: Горячая линия – Телеком, 2007. – 288 с. ил.