[논문]유기 전압비를 이용한 3권선 변압기 보호계전 알고리즘

강용철; 이병은

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This paper proposes a three-winding transformer protective relaying algorithm based on the ratio of the induced voltages (RIV). The RIV of the two windings is the same as the turn ratio for all operating conditions except an internal fault. For a single phase and a three-phase transformer containing...

This paper proposes a three-winding transformer protective relaying algorithm based on the ratio of the induced voltages (RIV). The RIV of the two windings is the same as the turn ratio for all operating conditions except an internal fault. For a single phase and a three-phase transformer containing the wye-connected windings, the induced voltages of the windings are estimated. For a three-phase transformer containing the delta-connected windings, the induced voltage differences are estimated using the line currents, because the winding currents are practically unavailable. The algorithm can identify the faulted phase and winding if a fault occurs on one phase of a winding. The test results clearly show that the algorithm successfully discriminates internal winding faults from magnetic inrush. The algorithm not only does not require hysteresis data but also can reduce the operating time of a relay.

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문제 정의

참고문헌 [4]의 방식은 유기선 압비가 여자 돌입, 과 여자 시에는 권선비와 같은 반면에, 내부 사고 시에는 권선비와 같지 않은 원리를 이용하였다. 본 논문은 유기전압비를 이용하는 3권선 변압기 보호방식에 대해서 기술한다. 제시한 방식은 사고 권선과 상을 구분할 수 있으미, 제시한 방식의 성능윽이사도입, 내부 사고 능의 경우에 대해서 시험하였다.
따라서. 본 논문에서는 유기전압비를 모니터링하여 내부 사고와 여자 돌입을 구분하고자 한다.
본 논문에서는 유기전압비를 이용한 3권선 변압기 보호방식을 제안하였다. 제시한 방식은 매우 왜곡된 전압, 전류로부터 유기전압 또는 유기전압의 차를 정확하게 계산하므로, 내부 사고를 여자 돌입과 구분 가능하다.

제안 방법

본 논문은 유기전압비를 이용하는 3권선 변압기 보호방식에 대해서 기술한다. 제시한 방식은 사고 권선과 상을 구분할 수 있으미, 제시한 방식의 성능윽이사도입, 내부 사고 능의 경우에 대해서 시험하였다.
그림5는 모델 계통을 나타낸다. 3상 3권선 Y-Y-4 변압기(345kV/154kV/23kV, 500 MVA)를 EMTP를 이용하여 모델링하였다. 참고문헌[5]의 내부 사고 모델링 방법을 사용해서 변압기 내부 사고 데이터를 생성하였다.
샘플링 비율은 주기당 32샘플을 사용하였으며, 저역통과 필터로는 저지대역 컷옵주파수를 960 [Hz]인 Butterworth 2차 필터를 설계하였고, 모든 전압, 전류를 통과시켰다.
이웃하는 두 점을 근사화하는 방법 중에서 사다리꼴 방식이 Euler 방식에 비해서 오차가 적으나, 수치 진동의 가능성이 있다. 본 논문에서는 미분항을 참고문헌[6]의식 (37)의 형태로 근사화하였다. 그림 6에 나타난 바와 같이 병렬 저항을 삽입하여 수치 진동을 감쇠시킨다.
4.1 여자돌입

여자전류의 크기는 투입 위상각, 잔류자 속, 부하에 따라 달라지므로, 세 가지 파라미터를 변경하여 다양한 여자 돌입의 경우를 모의하였고, Case 1의 경우 의 결과를 나타내었다.
디텍터의 임계값은 수치 오차와 계전기의 감도 등에 따라 결정된다. 본 논문에서는 5%를 사용하였고, 과도 신호에 의한 오동작을 방지하기 위하여 카운터를 사용하였다.만약 디텍터가 5%보다 크면, 카운터를 1증가시키고.
1차 권선의 A상에 다양한 내부 사고를 모의하여 제시한 방식을 시험하였으며 . 두 경우 의 결과를 나타내었다.

대상 데이터

변압기 철심의 히스테리시스 특성을 모델링하기 위하여 EMTP내의 type-96 소자를 사용하였고, HYSDAT을 사용하기 위한 포화점은 (100 A, 822 Vs)을 선택하였다.
제시한 방식을 여자 돌입과 내부 사고의 경우에 대해서 시험하였으며, 사례연구에서는 Detector 1~6만을 나타내었다.

성능/효과

예상했던 대로, 그들은 정현이 아니고 매우 왜곡됨을 알 수 있다. 하지만, 제시한 방식이 그들을 정확하게 추정하여 두 항이 거의 일치함을 알 수 있다
사례연구 결과 제시한 방식이 내부 사고과 여자 돌입을 정확하게 구분하였으며, 내부 사고의 경우에도 한 주 기 이내에 사고를 감지하였다. 제시한 방식은 복잡한 히스테리시스 데이터를 사용하지 않으며, 시간 영역에서 동작하므로 고조파 억제 전류차동계 전기 보다 빠른 동작이 가능하다.
사례연구 결과 제시한 방식이 내부 사고과 여자 돌입을 정확하게 구분하였으며, 내부 사고의 경우에도 한 주 기 이내에 사고를 감지하였다. 제시한 방식은 복잡한 히스테리시스 데이터를 사용하지 않으며, 시간 영역에서 동작하므로 고조파 억제 전류차동계 전기 보다 빠른 동작이 가능하다. 또한, 제시한 방식은 외부 사고의 경우에도, 유기전압 비는 성립하므로 내부 사고로 판정하지 않는다.

참고문헌 (6)

A.G. Phadke, J.S. Thorp, Computer Relaying for Power Systems, Research Studies Press LTD., 1988
B. Al-Fakhri, I. A. Elagtal, A Unique Current Differential Based Algorithm for Protection of Three-Winding Transformers and Busbars, IEEE PES 2001 WM, vol. 2
M.S. Sachdev, T.S. Sidhu, H.C. Wood, 'A Digital Relaying Algorithm for Detecting Transformer Winding Faults,' IEEE Trans. on PWRD, vol.4, no.3, pp.1638-1648, July 1989

상세보기
Y. C. Kang, B. E. Lee, S. H. Kang, S. S. Kim, J. K. Lee, 'A Transformer Protective Relaying Algorithm Using the Ratio of Induced Voltages,' IEEE PES 2001 SM, July 15 - 19, 2001, Vancouver, BC, Canada
P. Bastard, P. Bertrand, M. Meunier, 'A Transformer Model for Winding Fault Studies,' IEEE Trans. on PWRD, vol.9, no.2, pp. 690-699, April 1994

상세보기
Electromagnetic Transients Program Reference Manual, EMTP Theory Book, 1986, Chapter 2

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