Моделирование максимальной токовой защиты с пуском по напряжению

Максимальная токовая защита (МТЗ) – защита, используемая практически на всех видах электрического оборудования. МТЗ реагирует на увеличение тока, протекаемого на защищаемом оборудовании.

Пройдите наш онлайн-курс по MATLAB/SIMULINK. Там вы научитесь пользоваться MATLAB как мощным калькулятором, создавать свои модели в SIMULINK, моделировать электрические цепи, а также сложные электроэнергетические системы с устройствами релейной защиты.

Смоделируем простейшую МТЗ, состоящую из двух ступеней:

• первая ступень представляет собой токовую отсечку (ТО);
• вторая ступень представляет собой МТЗ с пуском по напряжению.

При моделировании МТЗ будем пользоваться библиотекой для моделирования релейной защиты. А именно нам понадобятся:

• Реле максимального и минимального действия
• Выдержка времени на срабатывание
• Фильтр максимального/минимального значения
• Логические элементы
• Фильтр Фурье

Как известно [1], обычно токовые отсечки выполняются без выдержки времени. Для универсальности модели МТЗ её введём.

Вторую ступень МТЗ сделаем с пуском по минимальному фазному напряжению.

На рис. 1 приведена реализация МТЗ. Реализация МТЗ приведена в файле overcurrent_prot.mdl. Обратим внимание на то, что на вход модели МТЗ подаются действующие значения наблюдаемых токов и напряжений.

Рис. 1. Реализация двухступенчатой МТЗ в Simulink

Внимание! Для того, чтобы модель МТЗ запустилась, необходимо параллельно открыть библиотеку для моделирования релейной защиты.

Протестируем полученную модель. Для этого составим модель линии электропередачи с односторонним питанием, аналогичную той, которая использовалась при верификации модели линии электропередачи, составленной с помощью метода фазных координат. Модель для тестирования МТЗ приведена на рис. 2.

Рис. 2. Модель для тестирования МТЗ

Рассчитаем уставки МТЗ. Для этого смоделируем нагрузочный режим (для расчёта уставки 2 ступени МТЗ) и режим трёхфазного КЗ в конце защищаемой линии (для расчёта уставки 1 ступени МТЗ) в приложенной модели. Получим ток нагрузочного режима I_нг = 600 А, ток трёхфазного КЗ в конце защищаемой линии I_кз = 1180 А. Уставки рассчитаем упрощённо, умножив на коэффициент надёжности k_н = 1,3 полученные значения тока. Получим I_сраб,1 = 1534 А, I_сраб,2 = 780 А. Значение уставки реле минимального напряжения примем равной 70% от номинального фазного напряжения U_сраб,2 = 44 кВ.

Выставим остальные уставки полученной МТЗ. Уставку времени срабатывания первой ступени МТЗ T_сраб,1 примем равной 20 мс, второй ступени T_сраб,2 примем равной 420 мс.

Смоделируем трёхфазное КЗ на защищаемой линии. Т.к. в полученной схеме нет обратной связи с воздействием на выключатель, то мы в некоторых режимах должны наблюдать срабатывание обеих ступеней. Смоделируем трёхфазное КЗ на расстоянии 25% от длины линии. На рис. 3 представлены результаты моделирования. Видим, что после возникновения КЗ сперва происходит срабатывание 1 ступени с выдержкой времени 20 мс после того момента, как фильтр Фурье стал показывать значение тока, большее уставки, а затем спустя 420 мс происходит срабатывание 2 ступени.

Рис. 3. Осциллограмма трёхфазного КЗ

Итак, мы смоделировали и протестировали двухступенчатую максимальную токовую защиту с пуском по напряжению.

Список использованной литературы

1. Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. ­­– М.: Энергоатомиздат, 1998.