Моделирование дифференциального реле с торможением

Дифференциальное реле используется при реализации основных защит различного оборудования: генераторов, трансформаторов, линий электропередачи и др. Применение реле с тормозной характеристикой препятствует неселективному действию защиты.

На вход дифференциального реле с торможением подаются два замера: дифференциальный и тормозной токи. Вариантов реализации замера тормозного тока много, и они зависят от производителя устройства релейной защиты. Примеры формирования тормозного тока приведены в [1].

Рассмотрим тормозную характеристику дифференциального реле, представленную на рис. 1 [1].

Рис. 1. Характеристика реле направления мощности

Представленная на рис. 1 тормозная характеристика описывается двумя уравнениями прямых, одна из которых параллельна оси абсцисс, а другая проходит через начало координат. Отсюда следует, что их задания необходимо всего две уставки: уставка дифференциального тока I_уст и коэффициент торможения k_т. Срабатывание дифференциального реле с торможением происходит при одновременном выполнении следующих условий:

.

Следует учесть, что данное реле, как и обычные реле максимального и минимального действия, обладает коэффициентом возврата k_в, поэтому для дифференциального реле необходимо и его задание. Таким образом, выражения, описывающие действие дифференциального реле с торможением, выглядят следующим образом:

,

где y[k] – выходное значение реле в дискретный момент времени k, y[k-1] – выходное значение реле в предшествующий момент времени.

Вариант реализации представленного дифференциального реле с торможением в Simulink приведён в файле biased_diff_relay.mdl. Вид схемы приведён на рис. 2.

Рис. 2. Реализация дифференциального реле с торможением в Simulink

Протестируем полученное реле. Для этого будем использовать схему, представленную на рис. 3.

Рис. 3. Схема для тестирования дифференциального реле с торможением в Simulink

Выставим уставки реле I_уст = 1, k_т = 0,5, k_в = 0,85. На вход будем подавать изменяемый дифференциальный ток при постоянном тормозном токе. Проверим правильность срабатывания реле и его коэффициент возврата.

Для начала подадим нулевой тормозной ток. На рис. 4 приведены результаты срабатывания реле. Видим срабатывание реле при I_д = 1 и возврат реле при I_д = 0,85. Коэффициент возврата обеспечивается.

Рис. 4. Результаты тестирования дифференциального реле при нулевом тормозном токе

Подадим тормозной ток, равный 4 А. На рис. 5 приведены результаты срабатывания реле. Видим срабатывание реле при I_д = 2 и возврат реле при I_д = 1,7. Проверим правильность срабатывания реле. Рассчитаем ожидаемое значение дифференциального тока, необходимого для срабатывания реле при указанном значении тормозного тока:

I_д,сраб = k_т ∙ I_т = 0,5 ∙ 4 = 2 А.

Таким образом, реле срабатывает правильно. Коэффициент возврата также обеспечивается.

Рис. 5. Результаты тестирования дифференциального реле при ненулевом тормозном токе

Итак, мы смоделировали и протестировали дифференциальное реле с торможением.

Список использованной литературы:

1. Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита. ­­– М.: Энергоатомиздат, 2007.