تشخیص جریان هجومی و جلوگیری از عملکرد بی‌مورد رله دیفرانسیل با استفاده از شکل‌های لیساژور جریان

روش‌های هوشمند در صنعت برق

مقاله 5، دوره 10، شماره 40، بهمن 1398، صفحه 43-54   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

بهروز طاهری¹؛ سیدامیر حسینی^{* 2}؛ حسین عسکریان ابیانه³؛ فرزاد رضوی⁴

¹دانشکده مهندسی برق، پزشکی و مکاترونیک، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد قزوین، قزوین، ایران

²استادیار – گروه مهندسی برق، دانشکده فنی و مهندسی گلپایگان، اصفهان، ایران

³دانشکده مهندسی برق، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

⁴دانشکده مهندسی برق، پزشکی و مکاترونیک، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد قزوین، قزوین، ایران

چکیده

جریان هجومی همدردی که در ترانسفورماتورهای سری و موازی اتفاق می‌افتد، می‌تواند دو مشکل عمده را در حفاظت از ترانسفورماتورهای قدرت ایجاد کند. اولین مشکل این است که سیستم حفاظت از ترانسفورماتور ممکن است به علت افزایش زیاد جریان عملکرد نادرست داشته باشد. دوم ممکن است وقتی یک سیستم حفاظت مشترک برای ترانسفورماتور‌های موازی طراحی می‌گردد، موجب شود که جریان ورودی خط که حاصل جمع برداری دو جریان ورودی است، شبیه خطای تک فاز شود و به همین دلیل، سیستم حفاظت عملکرد اشتباه داشته باشد. بدین منظور در این مقاله یک روش جدید تشخیص جریان هجومی بر پایه لیساژورهای جریان ارائه ‌شده است. روش بیان‌شده سرعت بالایی در تشخیص خطا دارد، همچنین این روش در مقابل نویزهای شدید همچون نویز گوسی سفید مقاوم است. این روش با استفاده از یک شبکه با ترانسفورماتورهای موازی 230 به 63 کیلوولت و گروه‌برداری Ynd11 به ازای حالات مختلف جریان هجومی و خطاهای همزمان با آن، مورد ارزیابی قرارگرفته است. همچنین روش پیشنهادی با روش‌های متداول صنعتی (از جمله روش هارمونیک دوم، روش عبور از صفر سیگنال و روش تجزیه ‌و تحلیل شکل موج جریان) که امروزه در رله‌های حفاظتی بویژه در رله‌های دیفرانسیل نسل پنجم شرکت زیمنس استفاده می‌شوند، مقایسه شده است. نتایج این مقایسه نشان می‌دهند که روش پیشنهادی عملکرد به ‌مراتب بهتری نسبت به روش‌های معمول صنعتی دارد.

کلیدواژه‌ها

جریان هجومی همدردی؛ رله دیفرانسیل؛ حفاظت سیستم‌های قدرت؛ لیساژورهای جریان

مراجع

[1] M. H. Sadeghi, Y. Damchi, H. Shirani, "Improvement of operation of power transformer protection system during sympathetic inrush current phenomena using fault current limiter", IET Generation, Transmission and Distribution, Vol. 12, No. 22, pp. 5968-5974, Nov. 2018 (doi: 10.1049/iet-gtd.2018.5697).

[2] G. Ziegler, Numerical differential protection: principles and applications, John Wiley & Sons, 2012.

[3] H. C. Seo, C. H. Kim, S. B. Rhee, J. C. Kim, O. B. Hyun, "Superconducting fault current limiter application for reduction of the transformer inrush current: A decision scheme of the optimal insertion resistance", IEEE Trans. on Applied Superconductivity, Vol. 20, No. 4, pp. 2255-2264, Aug. 2010 (doi: 10.1109/TASC.2010.2048214).

[4] H. Shimizu, K. Mutsuura, Y. Yokomizu, T. Matsumura, "Inrush-current-limiting with high T/sub c/ Supercon­duct­o­r", IEEE Trans.on applied superconductivity, Vol. 15, No. 2, pp. 2071-2073, June 2005 (doi: 10.1109/TASC.2005. 849454).

[5] A. Adly, "Computation of inrush current forces on transformer windings", IEEE Trans. on Magnetics, Vol. 37, No. 4, pp. 2855-2857, July 2001 (doi: 10.1109/20.951327).

[6] S. Hong-ming, Z. Tao, H. Shao-feng, L. Ou, "Study on a Mal-opertaion case of differential protection due to the interaction between magnetizing inrush and sympathetic inrush", Proceeding of the IEEE/PES, pp. 1-5, National Harbor, MD, USA, July 2014 (doi: 10.1109/PESGM.2014.6939046).

[7] J. Sykes, I. Morrison, "A proposed method of harmonic restraint differential protecting of transformers by digital computer", IEEE Trans. on Power Apparatus and Systems, Vol. PAS-91, No. 3, pp. 1266-1272, May 1972 (doi: 10.1109/TPAS.1972.293485).

[8] A. Guzman, S. Zocholl, G. Benmouyal, H. J. Altuve, "A current-based solution for transformer differential protection. II. Relay description and evaluation", IEEE Trans. on Power Delivery, Vol. 17, No. 4, pp. 886-893, Oct. 2002 (doi: 10.1109/TPWRD.2002.803736).

[9] A. Guzman, Z. Zocholl, G. Benmouyal, and H. J. Altuve, "A current-based solution for transformer differential protection. I. Problem statement", IEEE Trans. on power delivery, Vol. 16, No. 4, pp. 485-491, Oct 2001. (doi: 10.1109/61.956726).

[10] K. Tian and P. Liu, "Improved operation of differential protection of power transformers for internal faults based on negative sequence power", Proceedings of the IEEE/EMPD, Vol. 2, pp. 422-425, Singapore, March 1998 (doi: 10.1109/EMPD.1998.702605).

[11] R. S. Girgis, "Characteristics of inrush current of present designs of power transformers", Proceeding of the IEEE/PES, pp. 1-6, Tampa, FL, USA,  June 2007 (doi: 10.1109/PES.2007.386291).

[12] Technical reference manual of RET 521 ⁄ 2.3 (Transformer protection terminal). ABB relay catalogue-1MRK 504 016-UEN. .

[13] Technical manual of P631, P632, P633, P634 (Transformer differential protection). AREVA relay catalogue-P63x/UK M/A54.

[14] H. Dashti, M. Davarpanah, M. Sanaye-Pasand, and H. Lesani, "Discriminating transformer large inrush currents from fault currents", International Journal of Electrical Power & Energy Systems, Vol. 75, pp. 74-82, Feb. 2016 (doi: 10.1016/j.ijepes.2015.08.025).

[15] D. Bi, S. Li, X. Wang, W. Wang, "A novel double-side average equivalent instantaneous inductance in nonsaturation zone based transformer protection", Proceeding of the IEEE/ICEMS, Wuhan, pp. 4364-4369, China, Oct 2008.

[16] H. Abniki, H. Monsef, P. Khajavi, H. Dashti, "A novel inductance-based technique for discrimination of internal faults from magnetizing inrush currents in power transformers", Proceeding of the IEEE/MEPS, pp. 1-6, Wroclaw, Poland, Sept 2010.

[17] M. Tripathy, "Power transformer differential protection using neural network principal component analysis and radial basis function neural network", Simulation Modelling Practice and Theory, Vol. 18, No. 5, pp. 600-611, May 2010 (doi: 10.1016/j.simpat.2010.01.003).

[18] G. Baoming, A. T. de Almeida, Z. Qionglin, W. Xiangheng, "An equivalent instantaneous inductance-based technique for discrimination between inrush current and internal faults in power transformers", IEEE Trans. on Power Delivery, Vol. 20, No. 4, pp. 2473-2482, Oct 2005 (doi: 10.1109/TPWRD.2005.855443).

[19] D. Patel, N. Chothani, and K. Mistry, "Discrimination of inrush, internal, and external fault in power transformer using phasor angle comparison and biased differential principle", Electric Power Components and Systems, Vol. 46, No. 7, pp. 788-801, Oct  2018 (doi: 10.1080/15325008.2018.1509915).

[20] B. Taheri, A. Bazhdar, S. Salehimehr, M. Faghihlou, and F. Razavi, "A new inrush current detection method for transformer differential protection using instantaneous frequency", Proceeding of the International Conference on Engineering and Technology, 2019.

[21] J. Pihler, B. Grcar, D. Dolinar, "Improved operation of power transformer protection using artificial neural network", IEEE Trans. on power delivery, Vol. 12, No. 3, pp. 1128-1136, Jul 1997 (doi: 10.1109/61.636919).

[22] A. Wiszniewski and B. Kasztenny, "A multi-criteria differential transformer relay based on fuzzy logic", IEEE Trans. on Power Delivery, Vol. 10, No. 4, pp. 1786-1792, Oct 1995 (doi: 10.1109/61.473379).

[23] D. Bejmert, W. Rebizant, and L. Schiel, "Transformer differential protection with fuzzy logic based inrush stabilization", International Journal of Electrical Power & Energy Systems, Vol. 63, pp. 51-63, December 2014 (doi: 10.1016/j.ijepes.2014.05.056).

[24] I. S. Rad, M. Alinezhad, S. E. Naghibi, and M. A. Kamarposhti, "Detection of internal fault in differential transformer protection based on fuzzy method", International Journal of Physical Sciences, Vol. 6, No. 26, pp. 6150-6158, Oct 2011 (doi: 10.5897/IJPS11.478).

[25] M.-C. Shin, C.-W. Park, and J.-H. Kim, "Fuzzy logic-based relaying for large power transformer protection", IEEE Trans. on Power Delivery, Vol. 18, No. 3, pp. 718-724, July 2003 (doi: 10.1109/TPWRD.2003.813598).

[26] F. Zhalefar and M. Sanaye-Pasand, "A new fuzzy-logic-based extended blocking scheme for differential protection of power transformers", Electric Power Components and Systems, Vol. 38, No. 6, pp. 675-694, Apr 2010 (doi: 10.1080/15325000903489678).

[27] D. Barbosa, U. C. Netto, D. V. Coury, M. Oleskovicz, "Power transformer differential protection based on Clarke's transform and fuzzy systems", IEEE Trans. on Power Delivery, Vol. 26, No. 2, pp. 1212-1220, January 2011 (doi: 10.1109/TPWRD.2010.2097281).

[28] P. R. Gondane, R. M. Sheikh, K. A. Chawre, V. V. Wasnik, A. Badar, and M. Hasan, "Inrush current detection using wavelet transform and artificial neural network", Proceeding of the IEEE/ICCMC, Erode, pp. 866-868, India, Feb 2018 (doi: 10.1109/ICCMC.2018.8487832).

[29] M. Geethanjali, S. M. R. Slochanal, R. Bhavani, "PSO trained ANN-based differential protection scheme for power transformers", Neurocomputing, Vol. 71, No. 4-6, pp. 904-918, January 2008 (doi: 10.1016/j.neucom.2007.02.014).

[30] Siemens",SIPROTEC 5 transformer differential protection", 7UT82, 7UT85, 7UT86, 7UT87, V7.30 and higher.

[31] B. Patel, P. Bera, "Detection of power swing and fault during power swing using Lissajous figure", IEEE Trans. on Power Delivery, Vol. 33, No. 6, pp. 3019-3027, Dec. 2018 (doi: 10.1109/TPWRD.2018.2850958).

[32] Q.-Q. Xu, J. Suonan, Y.-Z. Ge, "Real-time measurement of mean frequency in two-machine system during power swings", IEEE Trans. on Power Delivery, Vol. 19, No. 3, pp. 1018-1023, July 2004 (doi: 10.1109/TPWRD.2003. 823208).

[33] B Taheri, SA Hosseini, F Razavi, "Detection of power oscillation and simultaneous faults using Clark transform", Iranian Electric Industry Journal of Quality and Productivity, Vol. 8, No. 1, pp. 82-92, 2019.

 [34] B. Taheri, S. A. Hosseini, S. Salehimehr, "An energy variation-based method for discrimination between the internal fault and inrush current in power transformers", 14^th International Conference on Protection and Automation of Power System (IPAPS), Jan. 2020.

[35] A Jalilvand, B Faraedi, "Discrimination between internal fault and inrush currents in transformers by using chaotic method", Journal of Iranian Association of Electrical and Electronics Engineers, Vol. 14, No. 1, pp. 53-61, 2017.