Διερεύνηση της συμπεριφοράς συστημάτων διαφορικής προστασίας μετασχηματιστών ισχύος και ανάπτυξη υπολογιστικού μοντέλου.

Abstract

Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια του Διατμηματικού Μεταπτυχιακού Προγράμματος σπουδών με τίτλο Ενεργειακά Συστήματα του Τεχνολογικού Εκπαιδευτικού Ιδρύματος Κρήτης και αφορά την διερεύνηση της συμπεριφοράς συστημάτων διαφορικής προστασίας μετασχηματιστών ισχύος και στην ανάπτυξη ενός υπολογιστικού μοντέλου. Η εργασία αυτή αναπτύσσεται σε πέντε κεφάλαια. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μία εισαγωγή στα βασικά χαρακτηριστικά του σχεδιασμού των συστημάτων προστασίας που διέπουν σε ένα σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας. Το δεύτερο κεφάλαιο της εργασίας αναφέρεται στους μετασχηματιστές οργάνων (Μ/Σ εντάσεως και Μ/Σ τάσεως). Ποιο συγκεκριμένα πραγματοποιείται μία εκτενής ανάλυση της λειτουργίας τους, και της κατηγοριοποίησης τους σύμφωνα με διεθνή πρότυπα, αλλά και στον τρόπο επιλογής των κατάλληλων Μ/Σ οργάνων ανάλογα με την εφαρμογή. Στο τρίτο κεφάλαιο της εργασίας αναλύονται όλα τα μέσα προστασίας των μετασχηματιστών ισχύος με έμφαση κυρίως στην διαφορική προστασία. Στο κεφάλαιο αυτό γίνεται μία εκτενής ανάλυση της λειτουργίας της διαφορικής προστασίας αλλά και στα πολύ σημαντικά πλεονεκτήματα της μεθόδου που την έχουν καταστήσει σήμερα ως την ποιο διαδεδομένη μέθοδο προστασίας σε μετασχηματιστές ισχύος. Παράλληλα, αναλύουμε όλη την μεθοδολογία του σχεδιασμού ενός σύγχρονου ψηφιακού ηλεκτρονόμου διαφορικής προστασίας, αλλά και πώς υπολογίζουμε τις ρυθμίσεις της προστασίας αυτής κάτω από διάφορες εφαρμογές. Με βάση όλα τα παραπάνω, στο τέταρτο κεφάλαιο πραγματοποιείται ο σχεδιασμός ενός ψηφιακού ηλεκτρονόμου διαφορικής προστασίας. Το μοντέλο το οποίο αναπτύχθηκε με την βοήθεια του προγράμματος Matlab-Simulink, εξετάστηκε ως προς την αξιοπιστία του κάτω από διάφορες πραγματικές συνθήκες λειτουργίας ενός μετασχηματιστή ισχύος. Τα συμπεράσματα αλλά και η μελλοντική χρήση του μοντέλου ως κατασκευαστικό πρότυπο αλλά και εκπαιδευτικό υλικό αναλύονται στο πέμπτο κεφάλαιο της εργασίας.

This postgraduate thesis was conducted within the framework of the Interdepartmental Postgraduate Program entitled Energy Systems of the Technological Educational Institute of Crete and concerns the investigation of the behavior of systems of differential protection of power transformers and the development of a model. This work is developed in five chapters. The first chapter presents an introduction to the basic features of the design of protection systems that govern an electrical system. The second chapter of the paper deals with instrument transformers (current and voltage transformers). Specifically, a detailed analysis of their operation and their categorization according to international standards is carried out, as well as the way of selecting the appropriate instrument transformer, according to the application. In the third chapter of the paper we analyze all the means of protection of power transformers with emphasis mainly on differential protection. In this chapter a detailed analysis of the function of the differential protection is made, as well as the very important advantages of the method that have made it today as the most widespread protection method in power transformers. At the same time, we analyze all the methodology of designing a modern digital differential protection relay, but also how we calculate the settings of this protection under various applications. Based on all of the above, the fourth chapter implements the design of a digital differential protection relay. The model developed with the help of the Matlab-Simulink program was tested for its reliability under various actual operating conditions of a power transformer. The conclusions as well as the future use of the model as a construction model and the educational use are analyzed in the fifth chapter of the thesis.