Электронный научный журнал
Международный студенческий научный вестник
ISSN 2409-529X

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В ДВУХТРАНСФОРМАТОРНОЙ ПОДСТАНЦИИ

Абазоков И.А. 1 Белойванов М.С. 1 Притоманов В.В. 1
1 Института сферы обслуживания и предпринимательства (филиал) ДГТУ
Трансформаторные подстанции являются основным звеном системы электроснабжения промышленных предприятий, гражданских объектов. В связи с этим моделирование переходных процессов, протекающих в двухтрансформаторной подстанции, является важной и актуальной задачей. Результаты моделирования позволят правильно выбрать оборудование, оценить влияние различных переходных процессов на качество электроснабжения, выбрать компенсирующие устройства и т.д. В работе рассмотрено построение и моделирование двухтрансформаторной подстанции, как наиболее распространенной. Также в работе проанализирована применимость полученной модели в реальных условиях проектирования систем электроснабжения. В статье рассматривается построение модели двухтрансформаторный подстанции в программной среде Matlab Simulink, прикладной библиотеке SymPowerSystems. В работе проводится расчет переходных процессов при одновременной работе трансформаторов, а также рассчитываются уравнительные токи трансформаторов.
трехфазное короткое замыкание
моделирование
трансформатор
1. Копылов, И. П. Математическое моделирование электрических машин. –М.: : Высш. шк., 2001 г.
2. Черных, И В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink. – M: ДМК Пресс; Питер, 2008.
3. Дьяконов, В. П., Пеньков, А. А. MATLAB и Simulink в электроэнергетике. Справочник. – М: Горячая линия-Телеком, 2009.
4. Валюкевич Ю.А., Алепко А.В., Дубовсков В.В., Яковенко Д.М. Анализ влияния конструктивных параметров манипулятора с параллельной структурой на точность позиционирования схвата опубликована в журнале "Фундаментальные исследования" № 11 (часть 4) 2016, стр. 687-690.
5. Валюкевич Ю.А., Алепко А.В., Дубовсков В.В., Яковенко Д.М. Определение параметров движения схвата параллельного манипулятора с гибкими звеньями под действием на груз внешней возмущающей силы "Фундаментальные исследования" № 2 (часть 1) 2016, стр. 28-32.

В системах электроснабжения промышленных предприятий наибольшее распространение получили двухтрансформаторные подстанции. Основным достоинством таких подстанций является возможность резервирования электроснабжения. В нормальных режимах для уменьшения токов короткого замыкания два трансформатора работают отдельно, т.е. секционный выключатель разомкнут. В случае исчезновения напряжения на шинах потребителя срабатывает система автоматического ввода резерва. Она отключает вводной выключатель секции без напряжения и только потом включает секционный выключатель, т.е. подключает нагрузку к оставшемуся в работе трансформатору.

При восстановлении напряжения схема возвращается в исходное состояние, при этом некоторое время трансформаторы работают параллельно. В свою очередь, для включения трансформатора необходимо выполнить ряд условий, а именно: трансформаторы должны принадлежать одной группе соединения; иметь одинаковые коэффициенты трансформации; иметь одинаковые напряжения короткого замыкания.

Таким образом, создание модели для изучения особенностей параллельной работы трансформаторов представляет определенный интерес. В статье рассматривается ситуация, когда трансформаторы работают параллельно и коэффициенты трансформации неравны.

Для решения поставленных задач собирается модель, которая представлена на рисунке 1 (силовая часть) и рисунке 2 (измерительная часть). Параметры трехфазных источников и трансформаторов подстанции такие же как у источника и трансформатора из [1]. Активное сопротивление всех выключателей равно 0,00014Ом. Во всех включателях задаем время коммутации равное 15c. В выключателях СB_1 и СB_2 устанавливаем начальное состояние – closed, в остальных – open. Время расчета задаем равным 0,024с. Решатель выбран ode23tb(stiff/Tr-BDf2), задаем относительную точность 1е-6 запускаем модель. На рисунке 2 представлены результаты расчета работы трансформаторов на холостом ходу.

Рисунок 1- Модель двухтрансформаторной подстанции

Рисунок 2 — Измерительная часть модели двухтрансформаторной подстанции

Показания Display B_1 и Display B_2 по активной мощности свидетельствуют о хорошей сходимости, поскольку расчетные значения потерь холостого хода трансформаторов соответственно равны 1902Вт и 1901Вт, а паспортное значение – 1900Вт.

Согласно данным, показанным на дисплеях Display B_3 и Display B_4, вторичные напряжения трансформаторов отличаются и равны 230.8 и 219.3.

Используемые в модели четыре подсистемы для вывода напряжений [2], токов и мощностей B1: V,I,S,P,Q, B2: V,I,S,P,Q, B3: V,I,S,P,Q, B4: V,I,S,P,Q и B_с: V,I,S,P,Q имеют в своем составе блоки, представленные на рисунке 3.


Рисунок 3 — Подсистема вывода напряжений, токов и мощностей.

Для определения уравнительных токов необходимо перевести выключатели СB_1 и СB_2 в состояние closed, секционный выключатель СB_c в состояние open [3]. Время коммутации последнего выбирается (0.025 0.16).

Время срабатывания выключателей СB_3 и СB_4 выбирается равным (0.16), а первоначальное состояние open. Время расчета увеличивается до 0.15 и после запуска модели получаются значения, представленные на рисунке 4.


Рисунок 4 — Результаты расчета уравнительных токов при независимой работе трансформаторов

Уравнительные токи, протекающие во вторичных обмотках трансформаторов, одинаковы и равны 668.2 А. Вторичные напряжения практически равны 225 В и 224.9 В. Токи в первичных обмотках трансформаторов отличаются на величину намагничивающего тока [4]. При этом потери в трансформаторах составили величину 1.135е+5 – 1.041е+5 = 9400 Вт, что превышает общие потери трансформаторов на холстом ходу, т.е. 3800 Вт.

Для определения токов при параллельной работе трансформаторов и номинальной нагрузке в выключателях СB_3 и СB_4 изменяем время коммутации на (0.03). В результате получаем следующие значения токов: 46,19 А, 33,26 А – токи в первичных обмотках трансформаторов; 1138 А, 891,5 А – токи во вторичных обмотках трансформаторов (рисунок 5).


Рисунок 4 — Результаты расчета уравнительных токов при параллельной работе трансформаторов

Достаточно интересная картина переходных процессов получается при работе трансформаторов на холостом ходу [5], включении (t = 0.02 c) и отключении (t = 0.06 c) секционного выключателя, при включении (t = 0.08 c) секционного выключателя с последующим набросом (t = 0.1 c) нагрузки (рисунок 5).

На отрезке от t = 0.02 c до t = 0.06 c видно, что уравнительные токи в трансформаторах равны и находятся в противофазе. При набросе нагрузки (t = 0.1 c) происходит её неравномерное распределение между трансформаторами. Больше нагружается трансформатор с большим вторичным напряжением, т.е. с меньшим коэффициентом трансформации.


Рисунок 5 — Переходные процессы при параллельной работе на холостом ходу

В более крупном масштабе, на рисунке 6 представлен процесс выравнивания напряжений на уровне кривых напряжений.

Рисунок 6 — Выравнивание напряжений на уровне кривых напряжений

Здесь верхняя кривая это часть синусоиды вторичного напряжения первого трансформатора, а другая кривая – второго трансформатора. При t = 0.02 c происходит включение секционного выключателя и выравнивание напряжений. Для получения таких кривых задаем время расчета 0.13 с и следующие интервалы коммутации выключателей: СB_с – (0.02 0.06 0.08); СB_3 и СB_4 – (0.1).

Результаты моделирования показывают, что Simulink позволяет качественно и количественно оценивать переходные процессы в двухтрансформаторной подстанции, проводить расчет переходных процессов при коротких замыканиях, набросе и сбросе нагрузки. Это может упростить выбор оборудования, помочь оценить влияние различных переходных процессов на качество электроснабжения, выбрать компенсирующие устройства и улучшить понимание процессов, происходящих при коммутациях энергетических сетей в процессе обучения.


Библиографическая ссылка

Абазоков И.А., Белойванов М.С., Притоманов В.В. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В ДВУХТРАНСФОРМАТОРНОЙ ПОДСТАНЦИИ // Международный студенческий научный вестник. – 2017. – № 3.;
URL: http://eduherald.ru/ru/article/view?id=17199 (дата обращения: 25.10.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074