Дубровин П.П., Одинаев И.Н., Паздерин А.В. Исследование методов восстановления кривой вторичного тока измерительных трансформаторов в режиме насыщения - Журнал «Электротехнические системы и комплексы»

Аннотация

Во время аварийных режимов или переходных процессов ток во вторичной обмотке измерительных трансформаторов тока (ИТТ) претерпевает существенные искажения из-за остаточного намагничивания сердечника, вызванного увеличением первичного тока. Данное явление может приводить к неселективному или ложному срабатыванию устройств релейной защиты и автоматики (РЗА), а ток в измерительных цепях может стремиться к нулю. На сегодняшний день для цифровой подстанции существует несколько методов компенсации влияния насыщения ИТТ на токи во вторичной обмотке. Для понимания достоинств и недостатков различных методов в работе производится сопоставительный анализ и численная оценка большинства методов компенсации погрешности ТТ в режиме насыщения магнитопровода. С этой целью исследовалась модель насыщенного ИТТ, работающего при трехфазном коротком замыкании. В результате было получено, что ни один из существующих методов не может быть применен для компенсации насыщения ИТТ в реальной энергосистеме в реальном времени. Помимо исследования и сравнения существующих методик, в данной статье представлены сравнительно новые методы, основанные на принципах машинного обучения, для восстановления кривой вторичного тока. Для исследования их эффективности были смоделированы 44 000 случаев насыщения ИТТ. Наиболее эффективные из методик показали возможность полного восстановления вторичного тока в режиме насыщения со средней величиной ошибки в районе 2%. Подобный результат говорит о необходимости дальнейшего изучения данного вопроса о возможности применения данного метода в реальных энергосистемах.

Ключевые слова

насыщение измерительных трансформаторов тока, восстановление формы кривой вторичного тока, дифференцирование, схема замещения, схема Джайлса-Атертона, метод наименьших квадратов, нейронная сеть, машинное обучение

Дубровин Павел Павлович – аспирант, кафедра автоматизированных электрических систем, Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, Екатеринбург, Россия, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., https://orcid.org/0009-0001-3067-4212

Одинаев Исмоил Назримадович – канд. техн. наук, кафедра автоматизированных электрических систем, Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, Екатеринбург, Россия, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Паздерин Андрей Владимирович – д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, кафедра автоматизированных электрических систем, Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, Екатеринбург, Россия, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., https://orcid.org/0000-0003-4826-2387

1. Влияние насыщения трансформаторов тока на работу токовых защит / Романюк Ф.А., Тишечкин А.А., Румянцев В.Ю., Новаш И.В., Бобко Н.Н., Глинский Е.В. // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2010. № 1 (2010) С. 5-9.

2. ГОСТ Р 58669-2019. Единая энергетическая система и изолированно работающие энергосистемы. Релейная защита. Трансформаторы тока измерительные индуктивные с замкнутым магнитопроводом. Методические указания по определению времени до насыщения при коротких замыканиях. М.: Стандартинформ, 2020. 63 с.

3. Riyas A.M., Vimalraj M., Arjuna R.S. Saturation Analysis of Current Transformer. // International Journal of Research and Review. 2015. No.2 (6). Pp. 337-342.

4. Анализ неселективных действий дифференциальных защит сборных шин при внешних однофазных коротких замыканиях с насыщением трансформаторов тока в неповрежденной фазе / Кужеков С.Л., Дегтярев А.А., Дони Н.А., Шурупов А.А., Петров А.А., Костарев Л.Н., Кошельков И.А. // Релейная защита и автоматизация. 2019. №1 (34). C. 28-36.

5. Belcevic N.M., Stojanovic Z. N. Algorithm for phasor estimation during current transformer saturation and/or DC component presence: definition and application in arc detection on overhead lines // IET Generation, Transmission & Distribution. 2020. No.14 (7). Pp. 1378-1388. doi: 10.1049/iet-gtd.2019.0787

6. Wiszniewski A., Rebizant W., Schiel L. Correction of Current Transformer Transient Performance // IEEE Transactions on Power Delivery. 2008. No. 23(2). doi: 10.1109/TPWRD.2008.915832

7. Kang Y.-C., Kang S.-H., Crossley P. An algorithm for detecting CT saturation using the secondary current third-difference function // Bologna Power Tech Conference. IEEE, 2003. doi: 10.1109/PTC.2003.1304742

8. Efficient method for differential protection of power transformer in the presence of the fault current limiters / A. Sahebi, H. Askarian-Abyaneh, S.H.H. Sadeghi, H. Samet, O.P. Malik // IET Generation, Transmission & Distribution. 2023. No. 17(17). doi: 10.1049/gtd2.12937

9. An online diagnosis method for the inter-turn fault of current transformer based on ΔI-E curves / S. Zhou, P. Wei, X. Li, L. Jiang // Journal of Physics Conference Series. 2023. No. 2656(1). doi: 10.1088/1742-6596/2656/1/012028

10. Румянцев Ю.В. Определение насыщения трансформатора тока на основе использования искусственной нейронной сети // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2023. № 3(66). C. 233-245. doi: 10.21122/1029-7448-2023-66-3-233-245

11. Performance Analysis of Clarke Components Prediction via Derivative-Functions of Different Orders Applied in Digital Frequency Estimation in Electric Power Systems / F.K. Schons, E.M. Santos, C.D.L. Da Silva, E.D. Kilian, F. Oliveira, L.B. Severo // 6th International Conference on Green Energy and Applications (ICGEA). IEEE, 2022. doi: 10.1109/ICGEA54406.2022.9792100

12. Comparison of Mathematical Methods for Compensating a Current Signal under Current Transformers Saturation Conditions / I. Odinaev, A. Gulakhmadov, P. Murzin, A. Tavlincev, S. Semenko, E. Kokorin, M. Safaraliev, X. Chen // Sensors. 2021. No. 21(21). 7273. doi: 10.3390/s21217273

13. Jarrahi M.A., Samet H., Ghanbari T. Fault Detection in DC Microgrid: A Transient Monitoring Function-Based Method / IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2023. No. 70(6). Pp. 6284-6294. doi: 10.1109/TIE.2022.3194580

14. Detection of the initial region of the current transformer core saturation / I. Odinaev, A.V. Pazderin, P.V. Murzin, V.A. Tashchilin, V.O. Samoylenko, B.N Ghoziev. // Renewable Energies & Power Quality Journal. 2021. No. 19(4). doi: 10.24084/repqj19.322

15. Current Transformer Modeling for Compensating Algorithms / O. Ozgonenel, U.K. Terzi, L. Petricenko, R. Petricenko // Fourth International Conference on Power Engineering, Energy and Electrical Drives. IEEE, 2013. doi: 10.1109/PowerEng.2013.6635663

16. Fallahi A., Ramezani N., Ahmadi I. Current Transformers’ Saturation Detection and Compensation Based on Instantaneous Flux Density Calculations // Automatika. 2016. No. 57(4). Pp. 1070-1078. doi: 10.7305/automatika.2017.04.1555

17. Zhang D., Chen J.C., Phung T. Study on Transient and Frequency Response of Current Transformer Using Jiles-Atherton Model / Tencon - Spring. IEEE, 2013. doi: 10.1109/TENCONSpring.2013.6584451

18. Modeling of Measuring Transducers for Relay Protection Systems of Electrical Installations / I.K. Iliev, A. Kryukov, K. Suslov, N. Kodolov, A. Kryukov, I. Beloev, Y. Valeeva // Sensors. 2025. No. 25(2). doi: 10.3390/s25020344

19. Atiyah W.A., Karimi S., Moradi M. Transformer Differential Protection Method for Recognition between Power Transformer Internal Defects and Inrush Current: A Comprehensive Review of detection Techniques // Applied Science and Engineering Progress. 2025. No. 18(1). doi: 10.14416/j.asep.2024.07.008

20. A current transformer model based on the Jiles-Atherton Theory of ferromagnetic hysteresis / U.D. Annakkage, P.G. McLaren, E. Dirks, R.P. Jayasinghe, A.D. Parker // IEEE Transactions on Power Delivery. 2000. No. 15(1). Pp. 57-61. doi: 10.1109/61.847229

21. Fast Compensation of Current Transformer Saturation / D.Y. Shi, J. Buse, Q.H. Wu, L. Jiang // PES Innovative Smart Grid Technologies Conference Europe (ISGT Europe). IEEE, 2010. doi: 10.1109/ISGTEUROPE.2010.5638931

22. Correction of Current Transformer Distorted Secondary Currents Due to Saturation Using Artificial Neural Networks / D.C. Yu, J.C. Cummins, Zh. Wang, H.-J. Yoon, L.A. Kojovic // IEEE Transactions on Power Delivery. 2001. No. 16(2). doi: 10.1109/61.915481

23. Bhat S. Reconstruction of CT Secondary Waveform Using ANN and Exponential Smoothing // International Journal of Engineering Development and Research. 2014. No. 2(4). Pp. 3559-3564.

24. A Proposal for Detection and Correction of the Secondary Waveform of Current Transformers through Artificial Neural Networks / L.B Severo., E.M. dos Santos, C.D.L. da Silva, E.D. Kilian, F.K. Schons F.A. de Oliveria // PES Generation, Transmission and Distribution Conference and Exposition – Latin America (IEEE PES GTD Latin America). IEEE, 2023. doi:10.1109/IEEEPESGTDLatinAmeri53482.2022.10037780

25. Restoration of the current transformer secondary current under core saturation conditions based on ANN / I. Odinaev, A.-H. Abdel-Aty, A. Pazderin, M. Safaraliev, P. Matrenin, M. Senyuk, A.A. Menaem, M. Kanan // Heliyon. 2024. No. 10(18). doi: 10.1016/j.heliyon.2024.e37960

26. Haghjoo F., Pak M.H. Compensation of CT Distorted Secondary Current Waveform in Online Conditions // IEEE Transactions on Power Delivery. 2016. No. 31(2). Pp. 711-720. doi: 10.1109/TPWRD.2015.2448634

Дубровин П.П., Одинаев И.Н., Паздерин А.В. Исследование методов восстановления кривой вторичного тока измерительных трансформаторов в режиме насыщения // Электротехнические системы и комплексы. 2025. № 4(69). С. 23-31. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2025-4(69)-23-31

JATS XML

Подробности: Опубликовано: 29 декабря 2025 г.; Обновлено: 30 декабря 2025 г.; Просмотров: 36