Title
Digitalna zaštita energetskih transformatora od unutrašnjih kvarova
Creator
Krstivojević, Jelisaveta P., 1982-
Copyright date
2015
Object Links
Select license
Autorstvo-Nekomercijalno-Deliti pod istim uslovima 3.0 Srbija (CC BY-NC-SA 3.0)
License description
Dozvoljavate umnožavanje, distribuciju i javno saopštavanje dela, i prerade, ako se navede ime autora na način odredjen od strane autora ili davaoca licence i ako se prerada distribuira pod istom ili sličnom licencom. Ova licenca ne dozvoljava komercijalnu upotrebu dela i prerada. Osnovni opis Licence: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/rs/deed.sr_LATN Sadržaj ugovora u celini: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/rs/legalcode.sr-Latn
Language
Serbian
Cobiss-ID
Theses Type
Doktorska disertacija
description
Datum odbrane: 28.09.2015.
Other responsibilities
mentor
Đurić, Milenko
mentor
Mikulić, Jovan
član komisije
Tasić, Dragan
član komisije
Stojanović, Zoran, 1979-
član komisije
Lazarević, Zoran, 1956-
University
Univerzitet u Beogradu
Faculty
Elektrotehnički fakultet
Alternative title
Digital protection of power transformers against internal faults
Publisher
[J. Krstivojević]
Format
182 lista
description
Tehničke nauke, Elektrotehnika - Elektroenergetski sistemi / Technical science, Electrical engineering - Power Systems
Abstract (sr)
U ovoj doktorskoj disertaciji predstavljeni su algoritmi za digitalnu zaštitu
energetskih transformatora (ET-a) od unutrašnjih kvarova. Predstavljeni algoritmi za
zaštitu od kratkih spojeva namotaja ET-a i za zaštitu ET-a od zemljospojeva baziraju se
na primeni digitalne fazne komparacije u vremenskom domenu. Digitalni fazni
komparator ne računa direktno fazni pomeraj između signala koje poredi, već
proračunava integral proizvoda dva signala na intervalu dužine polovine osnovne
periode signala.
Ispitana je mogućnost primene fazne komparacije primarne i sekundarne struje za
detekciju unutrašnjih kratkih spojeva u ET-u. U normalnom režimu rada i tokom
kvarova van zone zaštite struje primara i sekundara su u fazi, dok se u slučaju
unutrašnjih kratkih spojeva pojavljuje fazni pomeraj između ove dve struje. U disertaciji
je pokazano da fazni pomeraj između struja primara i sekundara tokom unutrašnjih
kratkih spojeva zavisi kako od procenta kratkospojenih navojaka, tako i od parametara
mreže i radnog režima koji je prethodio kvaru. Korišćenjem fazne komparacije primarne
i sekundarne struje mogu se detektovati unutrašnji kratki spojevi.
Zbog postojanja opadajuće jednosmerne komponente u struji kvara algoritam je
proširen digitalnim filterom opadajuće jednosmerne komponente, a zbog postojanja
viših harmonika digitalnim Fourier-ovim filterom. Na ovaj način poboljšane su
performanse algoritma.
Zatim je predstavljen algoritam koji koristi novi pristup u rešavanju problema
nepotrebnog reagovanja diferencijalne zaštite ET-a usled kvarova van štićene zone
praćenih zasićenjem strujnih transformatora (ST-a). Novi pristup se zasniva na faznoj
komparaciji primarne i sekundarne struje i služi za indikaciju prisustva kvara van
štićene zone. Prikazani rezultati potvrđuju da algoritam može da identifikuje prisustvo
spoljašnjeg kvara i aktivira signal za blokadu pre nego što ST-i uđu u zasićenje.
Njegovom primenom uspešno bi se moglo eliminisati nepotrebno delovanje
diferencijalne zaštite i na taj način povećala njena sigurnost u radu.
U nastavku je predstavljen algoritam za zemljospojnu zaštitu energetskog
transformatora koji se bazira na faznoj komparaciji sume struja na priključcima ET-a i
struje neutralnog provodnika. Prikazani algoritam predstavlja novo rešenje za realizaciju
zemljospojne zaštite energetskog transformatora. Primenom predstavljenog algoritma
eliminisalo bi se nepotrebno reagovanje konvencionalne zemljospojne zaštite ET-a
bazirane na diferencijalnom principu tokom spoljašnjih kvarova i uključenja
neopterećenog ET-a praćenih zasićenjem ST-a. Algoritam koristi signale koji se ne
filtriraju digitalnom Fourier-ovom transformacijom. Takođe, algoritam ne koristi
blokadu po drugom harmoniku što ima prednost u brzini formiranja signala reagovanja.
Prikazano je da se dodatnim usrednjavanjem vrednosti indeksa usmerenosti povećava
otpornost algoritma na oscilacije indeksa koje nastaju usled zasićenja ST-a.
Svi algoritmi koji su predstavljeni u ovoj doktorskoj disertaciji su testirani
pomoću signala koji su snimljeni u laboratoriji na fizičkim modelima jednofaznog i
trofaznog energetskog transformatora i pomoću kompjuterski generisanih signala.
Prednost algoritama, koji su predstavljeni u ovoj doktorskoj disertaciji, za
primenu u zaštiti energetskog transformatora čini njihova jednostavnost, kratko vreme
odziva, pouzdanost i sigurnost u radu. Predstavljeni algoritmi se lako mogu
implementirati u već postojeće jedinice za zaštitu energetskog transformatora. Zaštita
energetskog transformatora najčešće obuhvata nekoliko jedinica, među kojima su
diferencijalni releji i zemljospojni releji. Za rad pomenutih jedinica vrši se merenje
struja na priključcima transformatora i struje neutralnog provodnika. Tako da su u već
postojećim jedinicama za zaštitu ET-a, signali potrebni za rad predloženih algoritma
obezbeđeni.
Na osnovu razvijenih algoritama za zaštitu energetskog transformatora kreiran je
softverski alat pomoću koga su korisniku slikovito i jasno približeni principi rada
tradicionalne diferencijalne zaštite i zemljospojne zaštite ET-a, i predstavljen je rad
algoritama za zaštitu koji se baziraju na faznoj komparaciji u vremenskom domenu.
Softverski alat omogućava da se algoritmi za zaštitu testiraju učitavanjem realnih
signala koji su snimljeni u laboratoriji ili korišćenjem signala koji su generisani
kompjuterskim simulacijama. Kreirani softverski alat se može koristiti u edukativne
svrhe.
Abstract (en)
Algorithms for digital protection of power transformers (PT) against internal
faults have been presented in this doctoral dissertation. The presented algorithms for
protection against short circuits of PT windings and for protection against ground-faults
are based on time domain digital phase comparison. The digital phase comparator does
not calculate the phase displacement between the signals which are being compared, but
calculates the integral of the product of two signals over one basic half-period of the
signals.
The possibility of applying the phase comparison of the primary and secondary
currents aimed at detecting internal faults in PTs has been investigated. In normal
operating regimes and during faults outside the protection zone, the primary and
secondary currents are in phase, while in case of internal short-circuit faults a phase
shift appears between these two currents. In this dissertation, it has been shown that the
phase shift between the primary and secondary currents during internal short-circuits
depends both on the percentage of the short circuited windings and the network
parameters as well as operating regime prior to the fault. It is possible to detect internal
short-circuit faults by utilizing the phase comparison of the primary and secondary
currents.
The algorithm has been expanded by adding a digital filter for the dc component
due to the existence of a decreasing dc current component in the fault current; in
addition to this, the algorithm has been extended by adding the digital Fourier filter due
to the existence of higher harmonics. In this way, the algorithm performance has been
enhanced.
Next, the algorithm that uses a new approach to solve the problem of misoperation
of the transformer differential protection due to faults outside the protected zone
accompanied by current transformer (CT) saturation has been presented. The new
approach is based on the phase comparison of the primary and secondary currents, and
is used as indication of an external fault presence. The presented results confirm that the
algorithm can identify an external fault presence and activates the blocking signal
before CTs reach saturation. Its application would successfully eliminate an
unnecessary operation of the differential protection and so increase its security.
In the part that follows, an algorithm for restricted earth fault protection of power
transformers has been presented based on the phase comparison of the sum of phase
currents and the neutral conductor current. The presented algorithm represents a new
solution for realization of restricted earth fault protection of power transformers. By
applying this algorithm one would eliminate false tripping of the conventional restricted
earth fault protection of PTs based on the differential principle during external faults or
energization of an unladen PT accompanied by CT saturation. The algorithm utilizes the
signals that are not filtered by means of the digital Fourier transform. Moreover, the
new method does not make use of second harmonic blockade which results in a high
speed of making trip decision. It has been shown that an additional averaging of the
directional index values increases robustness of the algorithm to oscillations of the
directional index caused by CT saturation.
All algorithms presented in the thesis have been tested by the laboratory recorded
signals using physical models of a single-phase or three-phase PT and also by computer
generated signals.
The advantage of the algorithms, which have been presented in this doctoral
dissertation, in the domain of their application in PT protection lies in their simplicity,
short response time, reliability and security. The presented algorithms can easily be
implemented in already existing PT protection units. The PT protection usually requires
several units, these being differential relays and ground fault relays. The phase currents
at transformer terminals and current of the neutral conductor are measured with the aim
of enabling proper function of these units. In such a way, the already existing PT
protection units require signals necessary for the proposed algorithms’ functionality.
On the basis of the developed PT protection algorithms a software tool has been
created with the help of which the principles of operation of the traditional differential
protection and restricted earth fault protection of power transformers have been brought
closer to an end user in order to understand them visually and clearly. In addition to this,
the performance of new protection algorithms that are based on time domain phase
comparison has been presented. The software tool enables the protection algorithms to
undergo testing by loading the genuine signals, recorded in the laboratory, or by means
of computer simulation generated signals. The created software tool can also be used for
educational purposes.
Authors Key words
relejna zaštita, digitalni releji, zaštita energetskog transformatora,
zemljospojna zaštita energetskog transformatora, fazni komparator
Authors Key words
relay protection, digital relaying, power transformer protection, power
transformer ground fault protection, phase comparator
Classification
621.3(043.3)
Type
Tekst
Abstract (sr)
U ovoj doktorskoj disertaciji predstavljeni su algoritmi za digitalnu zaštitu
energetskih transformatora (ET-a) od unutrašnjih kvarova. Predstavljeni algoritmi za
zaštitu od kratkih spojeva namotaja ET-a i za zaštitu ET-a od zemljospojeva baziraju se
na primeni digitalne fazne komparacije u vremenskom domenu. Digitalni fazni
komparator ne računa direktno fazni pomeraj između signala koje poredi, već
proračunava integral proizvoda dva signala na intervalu dužine polovine osnovne
periode signala.
Ispitana je mogućnost primene fazne komparacije primarne i sekundarne struje za
detekciju unutrašnjih kratkih spojeva u ET-u. U normalnom režimu rada i tokom
kvarova van zone zaštite struje primara i sekundara su u fazi, dok se u slučaju
unutrašnjih kratkih spojeva pojavljuje fazni pomeraj između ove dve struje. U disertaciji
je pokazano da fazni pomeraj između struja primara i sekundara tokom unutrašnjih
kratkih spojeva zavisi kako od procenta kratkospojenih navojaka, tako i od parametara
mreže i radnog režima koji je prethodio kvaru. Korišćenjem fazne komparacije primarne
i sekundarne struje mogu se detektovati unutrašnji kratki spojevi.
Zbog postojanja opadajuće jednosmerne komponente u struji kvara algoritam je
proširen digitalnim filterom opadajuće jednosmerne komponente, a zbog postojanja
viših harmonika digitalnim Fourier-ovim filterom. Na ovaj način poboljšane su
performanse algoritma.
Zatim je predstavljen algoritam koji koristi novi pristup u rešavanju problema
nepotrebnog reagovanja diferencijalne zaštite ET-a usled kvarova van štićene zone
praćenih zasićenjem strujnih transformatora (ST-a). Novi pristup se zasniva na faznoj
komparaciji primarne i sekundarne struje i služi za indikaciju prisustva kvara van
štićene zone. Prikazani rezultati potvrđuju da algoritam može da identifikuje prisustvo
spoljašnjeg kvara i aktivira signal za blokadu pre nego što ST-i uđu u zasićenje.
Njegovom primenom uspešno bi se moglo eliminisati nepotrebno delovanje
diferencijalne zaštite i na taj način povećala njena sigurnost u radu.
U nastavku je predstavljen algoritam za zemljospojnu zaštitu energetskog
transformatora koji se bazira na faznoj komparaciji sume struja na priključcima ET-a i
struje neutralnog provodnika. Prikazani algoritam predstavlja novo rešenje za realizaciju
zemljospojne zaštite energetskog transformatora. Primenom predstavljenog algoritma
eliminisalo bi se nepotrebno reagovanje konvencionalne zemljospojne zaštite ET-a
bazirane na diferencijalnom principu tokom spoljašnjih kvarova i uključenja
neopterećenog ET-a praćenih zasićenjem ST-a. Algoritam koristi signale koji se ne
filtriraju digitalnom Fourier-ovom transformacijom. Takođe, algoritam ne koristi
blokadu po drugom harmoniku što ima prednost u brzini formiranja signala reagovanja.
Prikazano je da se dodatnim usrednjavanjem vrednosti indeksa usmerenosti povećava
otpornost algoritma na oscilacije indeksa koje nastaju usled zasićenja ST-a.
Svi algoritmi koji su predstavljeni u ovoj doktorskoj disertaciji su testirani
pomoću signala koji su snimljeni u laboratoriji na fizičkim modelima jednofaznog i
trofaznog energetskog transformatora i pomoću kompjuterski generisanih signala.
Prednost algoritama, koji su predstavljeni u ovoj doktorskoj disertaciji, za
primenu u zaštiti energetskog transformatora čini njihova jednostavnost, kratko vreme
odziva, pouzdanost i sigurnost u radu. Predstavljeni algoritmi se lako mogu
implementirati u već postojeće jedinice za zaštitu energetskog transformatora. Zaštita
energetskog transformatora najčešće obuhvata nekoliko jedinica, među kojima su
diferencijalni releji i zemljospojni releji. Za rad pomenutih jedinica vrši se merenje
struja na priključcima transformatora i struje neutralnog provodnika. Tako da su u već
postojećim jedinicama za zaštitu ET-a, signali potrebni za rad predloženih algoritma
obezbeđeni.
Na osnovu razvijenih algoritama za zaštitu energetskog transformatora kreiran je
softverski alat pomoću koga su korisniku slikovito i jasno približeni principi rada
tradicionalne diferencijalne zaštite i zemljospojne zaštite ET-a, i predstavljen je rad
algoritama za zaštitu koji se baziraju na faznoj komparaciji u vremenskom domenu.
Softverski alat omogućava da se algoritmi za zaštitu testiraju učitavanjem realnih
signala koji su snimljeni u laboratoriji ili korišćenjem signala koji su generisani
kompjuterskim simulacijama. Kreirani softverski alat se može koristiti u edukativne
svrhe.
“Data exchange” service offers individual users metadata transfer in several different formats. Citation formats are offered for transfers in texts as for the transfer into internet pages. Citation formats include permanent links that guarantee access to cited sources. For use are commonly structured metadata schemes : Dublin Core xml and ETUB-MS xml, local adaptation of international ETD-MS scheme intended for use in academic documents.