Сетевое издание
Международный студенческий научный вестник
ISSN 2409-529X

SIMULATION OF TRANSITION PROCESSES IN A TWO-TRANSFORMER SUBSTATION

Abazokov I.A. 1 Beloyvanov M.S. 1 Pritomanov V.V. 1
1 Institute of Service and Entrepreneurship (Branch) of DSTU
Transformer substations are the main link in the power supply system of industrial enterprises and civilian objects. In this connection, the modeling of the transient processes taking place in the two-transformer substation is an important and urgent task. The results of modeling will allow to choose the right equipment, assess the influence of various transient processes on the quality of power supply, choose compensating devices, etc. In this paper, the construction and modeling of a two-transformer substation as the most common one is considered. Also, the applicability of the obtained model in real conditions for the design of power supply systems is analyzed. The article considers the construction of a two-transformer substation model in the Matlab Simulink software environment, the application library of SymPowerSystems. The work calculates transient processes with simultaneous operation of transformers, and equalizing currents of transformers are calculated.
three-phase short circuit
simulation
transformer

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.