Methoden zur Simulation von Stromwandlern für genaue Schutzrelais-Untersuchungen

Methoden zur Simulation von Stromwandlern für genaue Schutzrelais-Untersuchungen

Die Simulation von Stromwandlern (CTs) ist entscheidend, um die Leistung von Schutzrelais zu überprüfen, Sättigungsrisiken zu bewerten und Schutzsysteme zu optimieren. Genaue Modelle bilden das Verhalten von Stromwandlern unter Normal- und Fehlerbedingungen realistisch ab, sodass sichergestellt ist, dass die Schutzsysteme wie vorgesehen reagieren.

Schnelle Definition: Die Simulation von Stromwandlern umfasst die mathematische und softwarebasierte Modellierung der magnetischen Eigenschaften, Belastungseinflüsse und Sekundärströme von Stromwandlern, um deren Leistung in Schutz- und Messanwendungen vorherzusagen.

Wesentliche Erkenntnisse aus dem Projekt

• Für die CT-Simulation sind genaue Magnetisierungskurven und Belastungsdaten erforderlich, die mit IEC 61869 oder IEEE C57.13 übereinstimmen.
• Software-Tools wie PSCAD, EMTP-RV und MATLAB/Simulink unterstützen die Modellierung der Wandler-Sättigung und des transienten Verhaltens.
• Enwei Electric stellt Wandler-Datenblätter und Erregungskurven zur Unterstützung digitaler Studien bereit.
• Die Validierung durch Feldtests oder Hardware-in-the-Loop-Tests bestätigt die Genauigkeit der Simulation.

Simulationsziele

Ingenieure simulieren Wandler, um Relaiseinstellungen zu überprüfen, Sättigungsschwellen zu identifizieren und die Auswirkungen von Netzänderungen zu bewerten. Simulationen unterstützen auch digitale Umspannwerke, bei denen virtuelle Modelle die Schutzlogik vor dem Einsatz vor Ort validieren.

Eine korrekte Modellierung zeigt auf, ob Wandler genaue Signale bei hohen Kurzschlussströmen liefern können, wodurch Fehlfunktionen der Relais vermieden und die Systemstabilität gewährleistet wird.

Grundlagen der Wandler-Modellierung

Wandler-Modelle enthalten typischerweise einen Magnetisierungszweig, der das Kernverhalten darstellt, und einen Serienzweig, der die Streuimpedanz und die Belastung repräsentiert. Nichtlineare Magnetisierungskurven erfassen die Sättigungseigenschaften. Thermische Effekte können für länger andauernde Fehler berücksichtigt werden.

Bei transitorischen Simulationen modellieren Flussbilanzgleichungen Remanenz und Gleichstromanteil. Für Messtanwendungen kann die Genauigkeit im stationären Zustand ausreichend sein, während Schutzuntersuchungen die Wiedergabetreue bei transienten Vorgängen erfordern.

Standards und Dateneingaben

• IEC 61869-2 — Stellt Erregungsdaten, Genauigkeitsklassen und thermische Grenzwerte für Stromwandler bereit. Quelle: IEC
• IEEE C57.13 — Bietet amerikanische Standards für Stromwandlerparameter und -prüfungen. Quelle: IEEE
• IEC 60909 — Leitet Kurzschlussberechnungen, die Stromwandler-Simulationen speisen, an. Quelle: IEC

Eine genaue Simulation hängt von den Erregungskurven, dem Übersetzungsverhältnis, der Belastungsgrenze und dem sekundären Widerstand des Stromwandlers ab. Enwei Electric liefert diese Daten in der Produktdokumentation.

Simulationsablauf

1. Datenerfassung: Sammeln Sie die CT-Parameter – Übersetzungsverhältnis, Knickpunktspannung, Magnetisierungsdaten, Wicklungswiderstand.

2. Modellerstellung: Erstellen Sie äquivalente Schaltungsmodelle in der gewählten Software, einschließlich nichtlinearer Magnetisierungskennlinien.

3. Szenariodefinition: Definieren Sie Kurzschlussströme, Belastungen und Systemdynamiken (z. B. Gleichstromanteil, Remanenz).

4. Simulation: Führen Sie transiente und stationäre Analysen durch, um das Verhalten des Sekundärstroms und des Flusses zu beobachten.

5. Auswertung: Vergleichen Sie den Sekundärstrom mit den Anforderungen des Relais und stellen Sie sicher, dass die Genauigkeit innerhalb der Klassenbegrenzungen liegt.

Softwaretools für die CT-Simulation

PSCAD/EMTDC: Bietet detaillierte elektromagnetische Transientenmodellierung mit nichtlinearen Elementen für Untersuchungen zur CT-Sättigung.

EMTP-RV: Bietet flexible Modellierung von transienten Vorgängen im Stromnetz, einschließlich CT-Module und benutzerdefinierte Komponenten.

MATLAB/Simulink: Ermöglicht benutzerdefinierte CT-Modelle mithilfe von Simscape Electrical, geeignet für die Entwicklung digitaler Zwillinge.

DIgSILENT PowerFactory: Enthält Messwandlermodelle innerhalb von Schutzstudien für Kurzschluss- und dynamische Simulationen.

Anwendungsszenarien

Differenzialschutz: Überprüfen Sie, ob die CTs, die Differenzialrelais speisen, unter internen und externen Fehlerbedingungen linear bleiben.

Abstandsschutz: Bewerten Sie die CT-Leistung bei Langstreckenfehlern mit hohem DC-Anteil, um eine korrekte Relaiszeitabstimmung sicherzustellen.

Anbindung erneuerbarer Energien: Modellieren Sie die CT-Reaktion auf durch Wechselrichter verursachte Fehlerströme, die zwar geringe Amplitude, aber hohen Oberschwingungsgehalt aufweisen können.

Digitale Umspannwerke: Simulieren Sie IEC-61850-Sampled-Values, die aus CT-Modellen abgeleitet sind, um Algorithmen von Merging Units zu validieren.

Validierung und Test

Die Simulationsergebnisse sollten mit Laborprüfungen oder Feldmessungen verglichen werden. Sekundäre Einspeisungstests bestätigen die Reaktion des Relais, während primäre Einspeisung das CT-Verhalten unter Last validiert. Hardware-in-the-Loop-Anordnungen kombinieren reale Relais mit simulierten CT-Signalen zur umfassenden Validierung.

Die Sicherstellung der Übereinstimmung zwischen Simulationsmodellen und tatsächlichen CT-Kennwerten erfordert regelmäßige Aktualisierungen anhand aktueller Prüfberichte und Zustandsüberwachungsdaten.

Ingenieur-Checkliste

• Beschaffen Sie genaue CT-Magnetisierungskurven sowie Angaben zu Übersetzung, Belastung und Widerstandswerten.
• Wählen Sie Simulationswerkzeuge, die in der Lage sind, nichtlineare Magnetivierung zu modellieren.
• Definieren Sie die worst-case-Fehlerströme und Belastungen für die Analyse.
• Validieren Sie die Ergebnisse anhand von Normvorgaben und Schutzrelais-Spezifikationen.
• Dokumentieren Sie Annahmen, Modellparameter und Testkorrelationen zu Audit-Zwecken.

Enwei Electric CT-Datenressourcen

Enwei Electric bietet detaillierte CT-Datenblätter, Erregungskurven und thermische Daten zur Unterstützung von Simulationen. Entdecken Sie das CT-Angebot unter https://www.enweielectric.com/products/current-transformers. Die Integration der CT-Daten mit Enwei Electric-Schaltanlagen ( https://www.enweielectric.com/products/switchgear) und Transformatoren ( https://www.enweielectric.com/products/transformers) gewährleistet ein kohärentes Modell.

Technische FAQ zur Stromwandler-Simulation

Warum Stromwandler simulieren, anstatt sich auf Typenschild-Daten zu verlassen?

Simulation erfasst nichtlineares Verhalten und transiente Effekte und zeigt so Sättigungs- oder Fehlfunktionen, die allein anhand von Typenschild-Daten nicht vorhersehbar sind.

Welche Daten sind für eine genaue CT-Modellierung erforderlich?

Anregungskurven, Übersetzungsverhältnis, Belastbarkeit, sekundärer Widerstand und thermische Grenzwerte sind entscheidende Eingaben.

Wie unterstützt Enwei Electric Simulations-Teams?

Enwei Electric liefert detaillierte CT-Daten, technische Beratung und Produktanpassungen, um diese an die Anforderungen von Schutzstudien anzupassen.

Handlungsaufforderung: Verbessern Sie Ihre CT-Simulationen mit Enwei Electric

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