Dalgacık Tabanlı Transformatör Koruma Algoritması

Abstract

DALGACIK TABANLI TRANSFORMATÖR KORUMA ALGORİTMASI ÖZET Bu tez çalışmasında güç sistemlerinin en pahalı ve en vazgeçilmez bir elemanı olan güç transformatörlerinin sayısal yolla korunması amacıyla yeni bir algoritma geliştirilmiştir. Farklı güçlerde ve tiplerde olmalarından ötürü, güç transformatörü koruması da farklılık göstermektedir. Gücü 1.5 MVA'dan daha az olan dağıtım transformatörleri yüksek açma hızlı sigortalar tarafından korunmaktadır. Diğerleri ise aşın akım röleleri tarafından korunmaktadır. Ancak yüksek güçlü güç transformatörleri diferansiyel koruma yöntemiyle (yüzde diferansiyel koruma, delta diferansiyel koruma ve birleştirilmiş yaklaşım) korunmaktadır. Geliştirilen tüm bu algoritmalar güç sistemleri uygulamalarında güvenilirliklerini kanıtlamış ve birim koruma amacıyla yıllardır kullanılmaktadır. Yüksek frekanslı harmonik bileşenlerin tamamı ihmal edilerek sadece gerilim ve akım sinyallerindeki temel harmonik bileşenler üzerine kurulu yöntemlerdir. Dahası fazör hesaplamalarında pencere algoritmaları kullanılmakta ve önemli bir zaman gecikmesi ortaya çıkmaktadır. Bu işlemler sonucunda doğruluk da tam olarak garanti edilememektedir. IEEE 519 gibi (güç sistemlerinde harmonik standardı) enerji kalitesindeki standartların artması nedeniyle başarımı yüksek algoritmalara ihtiyaç vardır. Bu amaçla dalgacık tekniği ve dönüşümü kullanılmış ve zaman düzleminde yapılan çözümlemelerde oldukça güvenilir ve hassas sonuçlar elde edilmiştir. Bu çalışma iki bölümden meydana gelmiştir. Bunlardan ilki bir dizi laboratuar çalışmalarını kapsamaktadır. Yapılan bu çalışmalar, deneysel üç fazlı üç sargılı transformatörün enerjilerime anlarını ve kararlı durum çözümlemelerini kapsamaktadır. Bu çözümlemelerin ışığında ATP-EMTP yardımıyla doymalı benzeşim modeli kurulmuş ve normal şartlarda mümkün olmayan gerçeğe çok yakın benzeşimler yapılmıştır. Bunlar arasında, her iki yanda da gerçekleştirilen faz - toprak arızaları, faz - faz arızaları ve simetrik üç faz kısa devre arızaları yer almaktadır. Benzeşim sonuçlarından elde edilen veriler converter isimli bir dosya çeviricisi yardımıyla matlab ortamında veri dosyası haline dönüştürüldükten sonra dalgacık tekniğinin uygulaması gerçekleştirilmiştir. Dalgacık tekniği ile yapılan çözümlemeler irdelendiğinde normal çalışma, enerjilerime anı ve arıza durumlarının yüksek frekanslı bileşen katsayıları yardımıyla kolaycaII ayırt edilebileceği gözlemlenmiştir. Daha sonra bu katsayıların yorumlanması amacıyla istatistiksel bir yöntem olan en büyük olabilirlik parametre tahmin yöntemi kullanılmıştır. Anahtar Kelimeler: Transformatör Koruma, Dalgacık Tekniği, Fourier Dönüşümü, Ayrık Dağılım Fonksiyonları.ffl TRANSFORMER PROTECTION ALGORITHM BASED ON WAVELET TECHNIQUE ABSTRACT In this thesis work, a new digital protection algorithm is developed for power transformer which is the most important and expensive element in a power system. Due to their different sizes and varieties, relaying for power transformers differs from situation to situation. For small distribution transformers of less than 1.5MVA, a high rupturing capacity (HRC) fuse will suffice. Others use over-current relays. However, for the large power transformers, differential protection based on circulating current principle is usually adopted. The differential protection converts the primary and secondary currents to a common base and compares them. The difference between these currents is small during normal operating conditions. The difference is also small for external faults, but is larger than the difference existed for normal operating conditions. However, during an internal fault in a transformer, the difference becomes significant. The differential protection then bases on matching the primary and secondary current of the transformer for ideal operation. Transformer inrush currents were traditionally evaluated by means of Fourier analysis. The main objective of this method is to calculate fundamental, second and the third harmonic components. Using several windowing techniques cause significant delay for relay operation. Due to increasing power quality standarts such as IEEE 519, new high performance algorithms are needed. For this purpose, wavelet technique is introduced and used for analyzing magnetizing inrush currents and faults current. Wavelets introduce new classes of basis functions for time - frequency signal analysis and have properties particulary suited to the transient components and discontinuities evident in power system disturbances. This thesis work can be devided two main sections. The first one includes some laboratory experiments using three phase transformer and the second one contains ATP-EMTP simulation studies. The obtained data acquired from simulations are converted into Matlab data file and then wavelet analysis are applied to them to discriminate magnetizing currents from faults currents.rv It İs observed that high frequency components are distinctive coefficients and gives us time domain solutions. These coefficients are then analyzed by using a statistical method called maximum likelihood parameter estimation. Discreet uniform density function is applied in this estimation method. Key Words: Transformer Protection, Wavelet Techcnique, Fourier Transform, Discreet Uniform Probability Function.