CC BY
4
¥¥¥¥¥¥¥¥¥ г/rrTPfr/if тргнмп!nizirs fi ргтшгл! рпшрмрмт^^^^^^^^^ё
lyvmlvmiii^ electrical technologies, electrical equipment
xxxxxxxx and power supply of the agro-industrial complex xxxxxxxx
Научная статья УДК 621
DOI: 10.24412/2227-9407-2024-11-58-69 END LBFQUG
Двухсторонний метод вычисления расстояния до однофазного замыкания на землю по параметрам аварийного и доаварийного режимов
Александр Владимирович Сорокинш, Виталий Алексеевич Шабанов2
12 Уфимский государственный нефтяной технический университет, Уфа, Россия
2 vitaliiy123@yandex. ru
Аннотация
Введение. В статье описывается метод определения расстояния до однофазного замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью. На долю однофазных замыканий на землю приходится до 70 % от всех видов повреждений в этих сетях. Сети с изолированной нейтралью широко используются в электроснабжении предприятий аграрно-промышленного комплекса (АПК). Нарушение электроснабжения предприятий АПК может привести к массовому недоотпуску продукции и нарушениям технологических процессов. Прежде, чем приступить к аварийно-восстановительным работам на поврежденной линии, требуется предварительно определить место повреждения. Поэтому точность дистанционного определения места однофазного замыкания на землю оказывает значительное влияние на общее время восстановления поврежденной линии. Целью исследований является разработка и анализ двухстороннего метода определения расстояния до места однофазного замыкания на землю.
Материалы и методы. Для исследования разработанного метода определения места однофазного замыкания на землю было использовано имитационное моделирование, выполненное в программном комплексе Matlab Simulink.
Результаты. Разработанный метод позволяет определять расстояния до места однофазного замыкания в сетях с изолированной нейтралью по параметрам аварийного режима промышленной частоты. Метод позволяет вычислять расстояние до однофазного замыкания по трем алгоритмам с использованием параметров прямой, обратной и нулевой последовательностей. В программном комплексе Matlab Simulink были разработаны модели сети с изолированной нейтралью и алгоритмов, реализующих предложенный метод определения расстояния до места однофазного замыкания на землю. Было выполнено исследование влияния на точность разработанного метода двух влияющих факторов: расстояния до места замыкания и наличие переходного сопротивления в месте замыкания.
Обсуждение. В процессе исследования разработанного метода определения расстояния до места однофазного замыкания на землю точка однофазного замыкания перемещалась вдоль модели контролируемой линии для оценки влияния удаленности на точность вычислений метода. Кроме того, исследование проводилось при металлическом замыкании и при замыканиях с переходным сопротивлением различной величины для оценки влияния переходного сопротивления на точность вычислений метода. На основании проведенного имитационного моделирования были определены значения приведенных погрешностей алгоритмов, реализующих разработанный метод. Алгоритмы определения расстояния до места однофазного замыкания по параметрам обратной и нулевой последовательностей не имели погрешностей вне зависимости от расстояния до места замы-
© Сорокин А. В., Шабанов В. А., 2024
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License. The content is available under Creative Commons Attribution 4.0 License.
XXXXXXXXXX электротехнологии, электрооборудование XXXXXXXXXX
XXXXXXX и энергоснабжение агропромышленного комплекса XXXXXXX
кания и величины переходного сопротивления. Приведенная погрешность алгоритма определения расстояния до места однофазного замыкания по параметрам прямой последовательности не превышала 0,25 %. Заключение. Описан разработанный двухсторонний метод определения места однофазного замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью по параметрам аварийного и доаварийного режимов. Представлены результаты исследований метода.
Ключевые слова: однофазные замыкания на землю, определение места повреждения, сети с изолированной нейтралью, система электроснабжения
Для цитирования: Сорокин А. В., Шабанов В. А. Двухсторонний метод вычисления расстояния до однофазного замыкания на землю по параметрам аварийного и доаварийного режимов // Вестник НГИЭИ. 2024. № 11 (162). С. 58-69. DOI: 10.24412/2227-9407-2024-11-58-69. EDN: LBFQUG.
A two-way method for calculating the distance to a single-phase earth fault according to the parameters of emergency and pre-emergency modes
Alexander V. Sorokin1^, Vitaly A. Shabanov2
12 Ufa State Petroleum Technical University, Ufa, Russia
Abstract
Introduction. The article describes a method for determining the distance to a single-phase earth fault in networks with an isolated neutral. Single-phase earth faults account for up to 70 % of all types of damage in these networks. Networks with isolated neutral are widely used in the power supply of enterprises of the agricultural and industrial complex (AIC). Disruption of the power supply of enterprises can lead to massive undersupply of products and disruptions of technological processes. Before starting emergency repair work on a damaged line, it is necessary to determine the damage location in advance. Therefore, the accuracy of remote determination of the location of a single-phase earth fault has a significant impact on the overall recovery time of a damaged line. The purpose of the research is to develop and analyze a two-way method for determining the distance to the site of a single-phase earth fault.
Materials and methods. To study the developed method for determining the location of a single-phase earth fault, simulation modeling performed in the Matlab Simulink software package was used.
Results. The developed method makes it possible to determine the distances to the site of a single-phase short circuit in networks with an isolated neutral according to the parameters of the emergency mode of the industrial frequency. The method allows calculating the distance to a single-phase circuit using three algorithms using the parameters of the forward, reverse and zero sequences. The Matlab Simulink software package has developed models of an isolated neutral network and algorithms implementing the proposed method for determining the distance to a single-phase earth fault. The influence of two influencing factors on the accuracy of the developed method was studied: the distance to the fault location and the presence of transient resistance at the fault location.
Discussion. During the study of the developed method for determining the distance to the site of a single-phase earth fault, the single-phase fault point was moved along the controlled line model to assess the effect of remoteness on the accuracy of the method calculations. In addition, the study was conducted with a metal short circuit and with short circuits with transient resistance of various sizes to assess the effect of transient resistance on the accuracy of calculations of the method. Based on the conducted simulation, the values of the reduced errors of the algorithms implementing the developed method were determined. The algorithms for determining the distance to the site of a single-phase short circuit using the parameters of the reverse and zero sequences had no errors, regardless of the distance to the site of the short circuit and the magnitude of the transient resistance. The reduced error of the algorithm for determining the distance to the site of a single-phase short circuit according to the parameters of the direct sequence did not exceed 0.25 %.
Вестник НГИЭИ. 2024. № 1 (162). C. 58-69. ISSN 2227-9407 (Print) Bulletin NGIEI. 2024. № 11 (162). P. 58-69. ISSN 2227-9407 (Print)
¥¥¥¥¥¥¥¥¥ г/rrTPfr/if тргнмп!nizirs fi ргтшгл! рпшрмрмт^^^^^^^^^ё
lyvmlvmiii^ electrical technologies, electrical equipment
xxxxxxxx and power supply of the agro-industrial complex xxxxxxxx_
Conclusion. The developed two-way method for determining the location of a single-phase earth fault in networks with an isolated neutral according to the parameters of emergency and pre-emergency modes is described. The results of research on the method are presented.
Keywords: single-phase earth faults, fault location determination, networks with isolated neutral, power supply system
For citation: Sorokin A. V., Shabanov V. A. A two-way method for calculating the distance to a single-phase earth fault according to the parameters of emergency and pre-emergency modes // Bulletin NGIEI. 2024. № 11 (162). P. 58-69. DOI: 10.24412/2227-9407-2024-11-58-69. EDN: LBFQUG.
Введение
Сети с изолированной нейтралью являются самыми протяженными и широко применяются в системах электроснабжения предприятий аграрно-промышленного комплекса. Возникающие в этих сетях однофазные замыкания на землю являются наиболее распространенным видом повреждения. Этот вид повреждения может сопровождаться опасными явлениями, среди которых: поражение электрическим током людей и животных, возникновение феррорезонанса, переход однофазного замыкания в междуфазные короткие замыкания [1; 2; 3; 4; 5]. Для снижения последствий замыканий на землю необходимо быстро определить место их возникновения. Проблема поиска однофазного замыкания на землю сказывается на увеличении общего времени аварийно-восстановительных работ. Время, затраченное на аварийно-восстановительные работы, включает время, затраченное на определение места повреждения (ОМП). Точное дистанционное определение места однофазного замыкания на землю позволяет существенно уменьшить время, затраченное на поиск его места возникновения. Используя данные дистанционного ОМП, ремонтная бригада отправляется к месту повреждения и затрачивает минимальное время на поиск замыкания на местности. Соответственно, бригада сможет быстрее приступить к подготовке рабочего места и непосредственно к ремонтным работам.
В сетях с глухим заземлением нейтрали получили широкое распространение устройства ОМП при однофазных коротких замыканиях, реализующие дистанционные методы на основе анализа параметров аварийного режима (ПАР), для поиска однофазных коротких замыканий. Однако применение этих методов в сетях с изолированной нейтралью имеет сложности. Основной проблемой для применения этих устройств для определения расстояния до однофазного замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью является малая величина
тока замыкания [6], которая не должна превышать установленных значений, прописанных в нормативно-технических документах.
Проблема определения места однофазного замыкания, вызванная малой величиной тока однофазного замыкания на землю, приводит к тому, что многие разработчики методов определения места однофазного замыкания стараются не использовать токи промышленной частоты аварийного режима в разрабатываемых методах. В [7; 8; 9; 10; 11] описаны методы определения места однофазного замыкания на землю, использующие электрические величины переходного процесса. Проблемой использования электрических величин переходного процесса является отсутствие повтора процесса, а также небольшая длительность процесса, зависящая от соотношения реактивных и активных сопротивлений. Дополнительной проблемой, отмечаемой в [12], является необходимость применения сложного оборудования для анализа величин переходного процесса.
В [12; 13] представлен дифференциальный метод определения расстояния до места однофазного замыкания на землю, основанный на анализе разностей фазных напряжений поврежденной фазы аварийного режима и зависимостей, полученных в результате предварительного моделирования. По принципу действия метод не требует использования токов. Однако этот метод не позволяет выполнять автоматизированные вычисления, т. к. согласно принципу действия предполагается анализ, выполняемый сотрудниками вручную.
Другим вариантом является использование электрических величин аварийного режима, регистрируемых при создании искусственного двойного замыкания [14; 15; 16; 17; 18]. При двойных замыканиях на землю токи аварийного режима получаются значительно больше, чем при однофазных замыканиях на землю. Очевидной проблемой метода является необходимость перехода из режима однофазного замыкания в более опасный режим и со-
электротехнологии, электрооборудование) и энергоснабжение агропромышленного комплекса'
провождающие двойное замыкание опасные явления. Опыт эксплуатации устройств релейной защиты и ОМП, основанных на создании двойных замыканий, показал невозможность поиска при больших переходных сопротивлениях, несмотря на величину тока двойного замыкания более 100 А [19].
В настоящее время разрабатываются и совершенствуются оптические измерительные трансформаторы, позволяющие выполнять высокоточные измерения. Кроме того, предполагается внедрение каналов связи различных технологий, обеспечивающих обмен данными между сторонами контролируемой линии. Применение высокоточных измерительных трансформаторов и канала связи позволяет реализовать методы, использующие параметры аварийного режима промышленной частоты, для определения расстояния до однофазного замыкания в сети с изолированной нейтралью.
Для определения мест возникновения несимметричных коротких замыканий в сетях с глухим заземлением нейтрали применяется двухсторонний метод ОМП по параметрам аварийного режима [6; 20; 21]. Этот метод позволяет определять расстояние до однофазных коротких замыканий на землю с использованием электрических величин обратной или нулевой последовательностей [6; 21]. Использование токов и напряжений нулевой последовательности имеет ряд преимуществ по сравнению с использованием электрических величин обратной последовательности [21]. На рис. 1 представлена схема сети и распределение токов и напряжений нулевой последовательности, необходимых для двухстороннего ОМП по ПАР.
Рис. 1. Схема сети и распределение токов и напряжений, необходимых для двухстороннего ОМП по ПАР Fig. 1. Network diagram and distribution of currents and voltages necessary for two-way determination of the damage location according to emergency mode parameters Источник: составлено автором на основании своих данных
Суть метода заключается в том, что фиксируются токи и напряжения нулевой последовательности аварийного режима нулевой последовательности по концам поврежденной линии и определяется расстояние до места однофазного короткого замыкания на землю по формуле:
U0 -U0+r0xX0yd XL
(1)
где и'0;и" - напряжения нулевой последовательности, зафиксированные со стороны систем ^ и С соответственно; /';/' - токи нулевой последовательности, зафиксированные со стороны систем C и С соответственно; X0yд - удельное индуктивное сопротивление нулевой последовательности поврежденной линии; L - длина поврежденной линии.
В формуле (1) используются модули комплексов токов и напряжений нулевой последовательности. Основным достоинством метода является исключение влияния переходного сопротивления [21]. Однако этот метод в представленном виде невозможно применить для определения расстояния до однофазного замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью даже с применением высокоточных измерительных трансформаторов. Обусловлено это особенностями протекания токов нулевой последовательности в сетях с изолированной нейтралью.
Как известно, величина тока однофазного замыкания в сетях с изолированной нейтралью определяется суммарной емкостью всей сети. Активное и индуктивное сопротивления линии значительно меньше поперечного емкостного сопротивления элементов сети и зачастую при анализе однофазных замыканий продольными сопротивлениями линии пренебрегают. При этом ток в месте замыкания практически не зависит от расстояния до места однофазного замыкания на землю. Кроме тока в поврежденной фазе, по поврежденной линии протекают емкостные токи, обусловленные емкостями неповрежденных фаз относительно земли. Поэтому величина тока нулевой последовательности, определенного в начале поврежденной линии, практически не зависит от расстояния до однофазного замыкания. Ток нулевой последовательности, определяемый в конце поврежденной линии, зависит от емкости элементов, включенных в конце линии, и также не зависит от расстояния до места однофазного замыкания. Однако для точного определения расстояния до однофазного замыкания на землю требуется учет падений напряжения от всех емкостных токов,
i electrical technologies, electrical equipment
and power supply of the agro-industrial complex
протекающих в поврежденной линии. Это реализуется в предлагаемом двухстороннем методе.
Двухсторонний метод определения места однофазного замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью возможно реализовать посредством совместного использования метода симметричных составляющих и метода наложения [22]. Суть использования метода наложения совместно с методом симметричных составляющих заключается в том, что симметричные составляющие определяются для тока в одной из фаз в предположении, что токи в двух других фазах равны нулю:
1 = 1ШФ +1 1НФ1 +11НФ2 = 1ШФ +1 1НФ ' (2)
12 = 12ПФ +12НФ1 + 1 2НФ2 = 1 2ПФ + 1 2НФ' (3)
1 = 10ПФ +^0НФ1 +^0НФ2 = 10ПФ +10НФ ' (4)
где 111- симметричные составляющие токов
^ тф' :ПФ • опф г '
поврежденной фазы 1пф, определенные в предположении, что токи в неповрежденных фазах / и / равны нулю; /.,,/ - симметричные составляющие токов, найденные по сумме токов неповрежденных фаз 1„=1НФ1+1НФ2, в предположении, что ток поврежденной фазы 1|№ равен нулю.
Применение метода симметричных составляющих совместно с методом наложения требует предварительного определения поврежденной фазы. В [23] представлен алгоритм вычисления емкостных токов линии, использующий параметры аварийного и доаварийного режимов. Этот алгоритм позволяет вычислять комплекс тока, протекающего в месте однофазного замыкания на землю, и комплексы емкостных токов, протекающих в емкостях неповрежденных фаз относительно земли и в междуфазных емкостях.
Опираясь на применение устройств, обеспечивающих высокоточные измерения и обмен данных, алгоритм определения поврежденной фазы, алгоритм вычисления емкостных токов линии, а также совместное использование метода симметричных составляющих и метода наложения, был разработан двухсторонний метод определения места однофазного замыкания на землю, использующий параметры доаварийного и аварийного режимов. Структурная схема работы устройства двухстороннего определения расстояния до однофазного замыкания на землю представлена на рис. 2.
Рис. 2. Структурная схема работы устройства двухстороннего определения расстояния до однофазного замыкания на землю Fig. 2. Block diagram of the operation of a two-way device for determining the distance to a single-phase earth fault Источник: составлено автором на основании своих данных
Для работы двухстороннего метода определения расстояния до места однофазного замыкания на землю требуются электрические величины аварийного режима, зафиксированные в начале поврежденной линии: Гф8; й^и в ее конце: Гф8; й^ . В отличие от двухстороннего метода определения ме-
ста повреждения в сетях с глухим заземлением нейтрали для вычисления емкостных токов поврежденной линии по алгоритму, описанному в [23], требуется фиксация электрических величин доава-рийного режима в начале поврежденной линии: '1ф1> и'ФЬ; и в ее конце: 1Ф1; и^ . При этом сохранит-
электротехнологии, электрооборудование) и энергоснабжение агропромышленного комплекса'
ся основное достоинство известного двухстороннего метода - исключение влияния переходного сопротивления на точность вычислений, а за счет учета емкостных токов поврежденной линии метод можно использовать для поиска замыканий на длинных воздушных и кабельных линиях.
Метод определения места повреждения
1. В нормальном (предаварийном) режиме регистрируются комплексы фазных токов и напряжений нормального режима по концам линии.
2. После возникновения однофазного замыкания регистрируются комплексы фазных токов и напряжений аварийного режима по концам линии.
3. Определяется поврежденная фаза.
4. По алгоритму вычисления емкостных токов поврежденной линии [23] вычисляются:
- ток, протекающий в месте повреждения 1озэ ;
- емкостные токи аварийного режима, протекающие в емкостях неповрежденных фаз относительно земли ¡нф1(св)3 и 1нф2(св)3 ;
- емкостные токи, протекающие в междуфазных емкостях 1ф(СМ) .
5. Вычисляются симметричные составляющие токов, вычисленных в пункте 4, используя метод симметричных составляющих совместно с методом наложения:
- симметричные составляющие, обусловленные током, протекающим в месте замыкания 1,0;;:
2озз > оозз • определенные в предположении, что токи в неповрежденных фазах равны нулю;
- симметричные составляющие, обусловленные токами, протекающими в емкостях неповрежденных фаз относительно земли: 11(сд)3 / / /в,гв,>;, определенные в предположении, что ток в поврежденной фазе равен нулю;
- симметричные составляющие емкостных токов, протекающих в междуфазных емкостях: 11(СМ)3;
I2(С0)S .
6. Вычисляются симметричные составляющие фазных напряжений аварийного режима, зафиксированные в начале поврежденной линии: й'т; Г/3. ; и'т и в конце поврежденной линии: ; и^; 01е. .
7. Вычисляется расстояние до места однофазного замыкания на землю. Это можно выполнить по трем алгоритмам:
- по параметрам прямой последовательности:
где ^ - полное сопротивление прямой последовательности поврежденной линии;
- по параметрам обратной последовательности:
L = Re:
~Ü>-Ü>2>-(0,5*i2(co)s + 0,5*i2lcu)s +i>/yxZIlm
(6)
- по параметрам нулевой последовательно-
сти:
~й'0-й'0'-(0,5x/w+/„";xzft„"
(7)
где - полное сопротивление нулевой последовательности поврежденной линии.
По формулам (5), (6) и (7) расстояние до места однофазного замыкания вычисляется в относительных единицах. На рис. 3 представлена функциональная схема, поясняющая работу двухстороннего метода определения расстояния до однофазного замыкания по параметрам доаварийного и аварийного режимов.
Материалы и методы
Для исследования работы метода были созданы модель сети и модель устройства ОМП в программном комплексе Matlab Simulink. В основе модели сети использована схема сети с изолированной нейтралью радиального типа с отходящими воздушными и кабельными линиями. Основные параметры модели сети и исследуемой линии представлены в таблице 1. Выполнено исследование влияния на точность вычисления двух влияющих факторов: расстояния до места замыкания и величины переходного сопротивления. Точность ОМП оценивалась по приведенной погрешности.
Результаты
Результаты исследования разработанного метода при металлическом замыкании и при замыканиях с переходным сопротивлением представлены в таблицах 2, 3 и 4.
0 = Re
i electrical technologies, electrical equipment and power supply of the agro-industrial complex
Рис. 3. Функциональная схема двухстороннего метода определения места однофазного замыкания на землю Fig. 3. Functional diagram of a two-way method for determining the location of a single-phase earth fault Источник: составлено автором на основании своих данных
Таблица 1. Основные характеристики модели сети Table 1. Main characteristics of the network model
Параметры сети / Network Parameters
Значение / Value
Номинальное напряжение, кВ / Rated voltage, kV
Тип исследуемой линии / Type of line under study
Марка кабеля исследуемой линии / Cable brand of the line under study
Протяженность испытуемой линии, км / The length of the test line, km
Суммарный емкостной ток сети, А / The total capacitive current of the network, A
Источник: составлено автором на основании своих данных
10 КЛ
АПвП-3х120 4 14,9
Таблица 2. Оценка работы метода при металлическом однофазном замыкании на землю Table 2. Evaluation of the method in case of a metal single-phase earth fault
Параметр / Parameter Расстояние до замыкания, о.е. / The distance to the circuit, relative units
0 0,25 0,5 0,75 1
Расстояние, вычисленное по параметрам прямой последовательности по алгоритму
(5), о.е. / The distance calculated from the parameters of the direct sequence according to the algorithm (5), p.u.
Приведенная погрешность алгоритма (5), % / The reduced error of the algorithm (5), % Расстояние, вычисленное по параметрам обратной последовательности по алгоритму
(6), о.е. / The distance calculated from the parameters of the reverse sequence according to the algorithm (6), p.u.
Приведенная погрешность алгоритма (6), % / The reduced error of the algorithm (6), % Расстояние, вычисленное по параметрам нулевой последовательности по алгоритму
(7), о.е. / The distance calculated from the parameters of the zero sequence according to the algorithm (7), p.u.
Приведенная погрешность алгоритма (7), % / The reduced error of the algorithm (7), % Источник: составлено автором на основании своих данных
0,01 0,25
0,26 0,25
0,25 0
0,25 0
0,51 0,25
0,5 0
0,5 0
0,76 0,25
0,75 0
0,75 0
1,01 0,25
электротехнологии, электрооборудование) и энергоснабжение агропромышленного комплекса'
Таблица 3. Оценка работы метода при однофазном замыкании на землю с переходным сопротивлением 50 Ом
Table 3. Evaluation of the method for single-phase earth fault with a transient resistance of 50 ohms
Расстояние до замыкания, о.е. /
Параметр / Parameter The distance to the circuit, relative units
0 0,25 0,5 0,75 1
Расстояние, вычисленное по параметрам прямой последовательности по алгоритму (5), о.е. /The distance calculated from the parameters of the direct sequence according to the algorithm (5), p.u.
Приведенная погрешность алгоритма (5), % / The reduced error of the algorithm (5), % Расстояние, вычисленное по параметрам обратной последовательности по алгоритму (6), о.е. / The distance calculated from the parameters of the reverse sequence according to the algorithm (6), p.u.
Приведенная погрешность алгоритма (6), % / The reduced error of the algorithm (6), % Расстояние, вычисленное по параметрам нулевой последовательности по алгоритму (7), о.е. / The distance calculated from the parameters of the zero sequence according to the algorithm (7), p.u.
Приведенная погрешность алгоритма (7), % / The reduced error of the algorithm (7), % Источник: составлено автором на основании своих данных
0,01 0,25
0,26 0,25
0,25 0
0,25 0
0,51 0,25
0,5 0
0,5 0
0,76 0,25
0,75 0
0,75 0
1,01 0,25
Таблица 4. Оценка работы метода при однофазном замыкании на землю с переходным сопротивлением 200 Ом
Table 4. Evaluation of the method for single-phase earth fault with a transient resistance of 200 ohms
Расстояние до замыкания, о.е. /
Параметр / Parameter The distance to the circuit, relative units
0 0,25 0,5 0,75 1
Расстояние, вычисленное по параметрам прямой последовательности по алгоритму (5), о.е. / The distance calculated from the parameters of the direct sequence according to the algorithm (5), p.u.
Приведенная погрешность алгоритма (5), % / The reduced error of the algorithm (5), % Расстояние, вычисленное по параметрам обратной последовательности по алгоритму (6), о.е. / The distance calculated from the parameters of the reverse sequence according to the algorithm (6), p.u.
Приведенная погрешность алгоритма (6), % / The reduced error of the algorithm (6), % Расстояние, вычисленное по параметрам нулевой последовательности по алгоритму (7), о.е. / The distance calculated from the parameters of the zero sequence according to the algorithm (7), p.u.
Приведенная погрешность алгоритма (7), % / The reduced error of the algorithm (7), % Источник: составлено автором на основании своих данных
0,01 0,25
0,26 0,25
0,25 0
0,25 0
0,51 0,25
0,5 0
0,5 0
0,76 0,25
0,75 0
0,75 0
1,01 0,25
Обсуждение
Из представленных результатов исследований разработанного двухстороннего метода определения расстояния до однофазного замыкания на землю следует, что:
- приведенная погрешность вычислений расстояния до однофазного замыкания на землю с использованием параметров прямой последовательности по алгоритму (5) не превышала 0,25 %;
- приведенная погрешность вычислений расстояния до однофазного замыкания на землю с ис-
пользованием параметров обратной и нулевой последовательностей по алгоритмам (6) и (7) составила 0 %;
- расстояние до однофазного замыкания на землю не влияет на величину приведенной погрешности всех трех алгоритмов, реализующих предложенный метод.
Заключение
1. Разработан двухсторонний метод определения расстояния до места однофазного замыкания на землю по параметрам доаварийного и аварийного
i electrical technologies, electrical equipment and power supply of the agro-industrial complex
режимов, отличающийся от известных методов учетом емкостных токов поврежденной линии.
2. Учет емкостных токов поврежденной линии в разработанном методе определения расстояния до места однофазного замыкания на землю позволил повысить точность вычисления расстояния до замыкания, в том числе на кабельных линиях, обладающих значительной емкостной проводимостью.
3. Исследования, выполненные посредством имитационного моделирования, показали высокую точность разработанного метода определения расстояния до однофазного замыкания на землю. Во всех
проведенных экспериментах приведенная погрешность определения расстояния до однофазного замыкания на землю не превышала 0,25 %. Наличие и величина переходного сопротивления не оказали влияния на точность ОМП по разработанному методу.
4. Предложенный метод ориентирован на работу в сетях, оснащенных высокоточными измерительными трансформаторами и каналом связи. Метод может быть реализован как в устройстве двухстороннего определения места повреждения, так и в устройствах релейной защиты, контролирующих электрические величины с двух сторон линии.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Гусев Ю. П., Косарев С. А. Перенапряжения в распределительных сетях при однофазных замыканиях на землю // Энергоэксперт. 2018. № 2 (66). С. 60-63. ББК ТИБКХ.
2. Гусев О. Ю., Гусев Ю. П., Южанин А. Е. Термическое действие феррорезонансов на трансформаторы напряжения в распределительных сетях при однофазных замыканиях на землю // Энергоэксперт. 2021. № 1 (77). С. 32-35. ББК ^ШТЧННБ.
3. Кондратьева Н. П., Шишов А. А., Большин Р. Г., Краснолуцкая М. Г. Повышение надежности электроснабжения предприятий АПК от понижающих трансформаторов 6/0,4 кВ // Вестник НГИЭИ. 2022. № 10 (137). С. 68-80. Б01 10.24412/2227-9407-2022-10-68-80. ББК СБРУ№№.
4. Рыбаков Л. М., Канюгин О. И., Ласточкин С. В. К вопросу однофазных повреждений обмоток силовых трансформаторов в системе «распределительная сеть-трансформатор» и разработка средства предотвращения их отказов // Вестник Чувашского университета. 2019. № 3. С. 206-218. ББК КХКЖХ.
5. Чернышов В. А. Обоснование комплексной целесообразности применения дежурного освещения и световой стробоскопической сигнализации на потенциально опасных участках ЛЭП 10 кВ // Вестник аграрной науки. 2018. № 2 (71). С. 62-68. Б01 10.15217Л88п2587-666Х.2018.2.62. ББК ХМН^Б.
6. Аржанников Е. А., Лукоянов В. Ю., Мисриханов М. Ш. Определение места короткого замыкания на высоковольтных линиях электропередачи. Москва : Энергоатомиздат, 2003. 271 с. EDN QMIKMV.
7. Шуин В. А., Филатова Г. А., Воробьева Е. А., Ганджаев Д. И. Информационные параметры электрических величин переходного процесса для определения места замыкания на землю в распределительных кабельных сетях напряжением 6-10 кВ // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. 2017. № 2. С. 34-42. Б01 10.17588/2072-2672.2017.2.034-042. ББК УМБд1Б.
8. Яблоков А. А., Филатова Г. А., Тимофеев А. С. Патент № 2704394 С1 РФ. Способ дистанционного определения места замыкания фазы на землю; заявл. 07.02.2019; опубл. 28.10.2019, Бюл. № 31. EDN Т201М^
9. Филатова Г. А., Шуин В. А., Ганджаев Д. И. Патент № 2637378 С РФ. Способ дистанционного определения места однофазного замыкания на землю; заявл. 28.06.2016; опубл. 04.12.2017, Бюл. № 34. EDN QMWXEO.
10. Сидоров С. В., Сушков В. В., Сухачев И. С. Патент № 2798941 С1 РФ. Способ определения места однофазного замыкания на землю воздушных линий электропередачи в электрических сетях с изолированной нейтралью; заявл. 31.12.2022; опубл. 29.06.2023. Бюл. № 19. EDN UBWRIX.
11. Сидоров С. В., Сушков В. В., Сухачев И. С. Разработка методики определения места однофазного замыкания на землю воздушной линии электропередачи напряжением 6 (10) кВ с учетом климатических факторов // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2020. № 2 (331). С. 115-123. Б01 10.18799/24131830/2020/2/2486. ББК ЯС800Т.
12. Козлов В. К., Киржацких Е. Р. Патент № 2717697 С1 РФ. Способ определения места однофазного замыкания на землю в сетях 6-10 кВ с изолированной нейтралью; заявл. 18.07.2019; опубл. 25.03.2020, Бюл. № 9. ББК УЛЛИЛБ.
13. Киржацких Е. Р., Козлов В. К. Дифференциальный метод определения места однофазного замыкания на землю в распределительных сетях с изолированной нейтралью // Энергобезопасность и энергосбережение. 2019. № 6. С. 42-44. Б01 10.18635/2071-2219-2019-6-42-44. ББК ОБИЛКХ.
XXXXXXXXXX электротехнологии, электрооборудование XXXXXXXXXX
XXXXXXX и энергоснабжение агропромышленного комплекса XXXXXXX
14. Куликов А. Л., Осокин В. Ю., Бездушный Д. И., Петров А. А. Применение кратковременного двойного замыкания на землю для реализации алгоритма определения места повреждения ЛЭП 6-35 кВ при однофазных замыканиях на землю // Электроэнергия. Передача и распределение. 2020. № 2 (59). С. 64-69. EDN TGDPXC.
15. Максимов Б. К., Арцишевский Я. Л., Лхамсурэн Э. Цифровые технологии сокращения времени поиска однофазного замыкания на землю в сети воздушных линий 10 кВ // Релейная защита и автоматизация. 2017. № 3 (28). С. 27-32. EDN ZGZEDL.
16. Арцишевский Я. Л., Мунхтулга Д., Балашов В. В. Способ определения присоединения и участка электрической сети 6-35 кВ с замыканием на землю // Релейная защита и автоматизация. 2019. № 4 (37). С. 38-40. EDN FGXAHC.
17. Арцишевский Я. Л., Лачугин В. Ф., Мунхтулга Д. Патент № 2746693 C1 РФ. Способ защиты трехфазной сети с изолированной нейтралью при однофазном замыкании на землю; заявл. 12.11.2020; опубл. 19.04.2021, Бюл. № 11. EDN GIQIBS.
18. Арцишевский Я. Л., Балашов В. В., Энхжаргал Э., Лачугин В. Ф., Орлов Ю. Д. Патент № 2711296 C1 РФ. Способ корреляционной защиты трехфазной сети с изолированной нейтралью от однофазных замыканий на землю; заявл. 04.07.2019; опубл. 16.01.2020, Бюл. № 2. EDN SMHHRS.
19. Ефремов В. А., Воронов П. И., Ластовкин В. Д. Защита от однофазных замыканий в сетях с малыми токами замыканий на землю. Опыт эксплуатации // Релейная защита и автоматизация. 2017. № 3 (28). С. 52-55. EDN ZGZEEZ.
20. Фадке Аргун Г., Торп Джеймс С. Компьютерная релейная защита в энергосистемах. Москва : Техносфера. 2019. 370 с.
21. Аржанников Е. А., Чухин А. М. Методы и приборы определения мест повреждения на линиях электропередачи. Москва : НТФ «Энергопрогресс». 1998. 64 с.
22. Сорокин А. В., Шабанов В. А. Двухсторонний метод определения места однофазного замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2023. № 2 (19). С. 98-109. DOI 10.17122/1999-5458-2023-19-2-98-109. EDN DYWGVJ.
23. Сорокин А. В., Шабанов В. А. Алгоритм вычисления емкостных токов при однофазном замыкании на землю, использующий параметры аварийного и доаварийного режимов // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2023. № 4 (25). С. 84-94. DOI 10.17122/1999-5458-2023-19-4-84-94. EDN FRZKSM.
Дата поступления статьи в редакцию 16.08.2024; одобрена после рецензирования 18.09.2024;
принята к публикации 19.09.2024.
Информация об авторах:
A. В. Сорокин - старший преподаватель кафедры «Электротехника и электрооборудование предприятий», Spin-код: 4067-3117;
B. А. Шабанов - кандидат технических наук, профессор кафедры «Электротехника и электрооборудование предприятий», Spin-код: 6677-1136.
Заявленный вклад авторов: Сорокин А. В. - формулирование основной концепции исследования, подготовка текста статьи. Шабанов В. А. - проведение критического анализа материалов и формирование выводов.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
REFERENCES
1. Gusev Yu. P, Kosarev S. A. Perenapryazheniya v raspredelitelnyx setyax pri odnofaznyx zamykaniyax na zemlyu [Overvoltages in distribution networks with single-phase earth faults], E'nergoe'kspert [Energoexpert], 2018, No. 2 (66), pp. 60-63.
2. Gusev O. Yu., Gusev Yu. P., Yuzhanin A. E. Termicheskoe dejstvie ferrorezonansov na transformatory' napryazheniya v raspredelitelnyx setyax pri odnofaznyx zamykaniyax na zemlyu [Thermal effect of ferroresonanc-es on voltage transformers in distribution networks with single-phase earth faults], E'nergoe'kspert [Energoexpert], 2021, No. 1 (77), pp. 32-35.
¥¥¥¥¥¥¥¥¥ г/rrTPfr/if тргнмп!nizirs fi ргтшгл! рпшрмрмт^^^^^^^^^ё
lyvmlvmiii^ electrical technologies, electrical equipment
xxxxxxxx and power supply of the agro-industrial complex xxxxxxxx_
3. Kondrat'eva N. P., Shishov A. A., Bol'shin R. G., Krasnoluczkaya M. G. Povy'shenie nadezhnosti e' lektrosnabzheniya predpriyatij APK ot ponizhayushhix transformatorov 6/0,4 kV [Improving the reliability of power supply to agricultural enterprises from step-down transformers 6/0.4 kV], Vestnik NGIE I [Bulletin NGIEI], 2022, No. 10 (137), pp. 68-80.
4. Ry'bakov L. M., Kanyugin, O. I., Lastochkin S. V. K voprosu odnofazny'x povrezhdenij obmotok silovy'x transformatorov v sisteme "raspredelitel'naya set'-transformator" i razrabotka sredstva predotvrashheniya ix otkazov [On the issue of single-phase damage to the windings of power transformers in the distribution network-transformer system and the development of a means to prevent their failures], Vestnik Chuvashskogo universiteta [Bulletin of the Chuvash University], 2019, No. 3, pp. 206-218.
5. Cherny'shov V. A. Obosnovanie kompleksnoj celesoobraznosti primeneniya dezhurnogo osveshheniya i svetovoj stroboskopicheskoj signalizacii na potencial'no opasny'x uchastkax LE'P 10 kV [Substantiation of the complex expediency of using on-duty lighting and stroboscopic light signaling in potentially dangerous sections of 10 kV power lines], Vestnik agrarnoj nauki [Bulletin of Agrarian Science], 2018, No. 2 (71), pp. 62-68.
6. Arzhannikov E. A., Lukoyanov V. Yu., Misrikhanov M. Sh. Opredelenie mesta korotkogo zamy'kaniya na vy'sokovol'tny'x liniyax e'lektroperedachi [Determining the location of a short circuit on high-voltage power transmission lines], Moscow : Energoatomizdat, 2003. 271 p.
7. Shuin V. A., Filatova G. A., Vorobyova E. A., Ganjaev D. I. Informacionny'e parametry' e'lektricheskix vel-ichin perexodnogo processa dlya opredeleniya mesta zamy'kaniya na zemlyu v raspredelitel'ny'x kabel'ny'x setyax napryazheniem 6-10 kV [Information parameters of electrical quantities of the transient process for determining the location of an earth fault in distribution cable networks with a voltage of 6-10 kV], Vestnik Ivanovskogo gosudar-stvennogo e'nergeticheskogo universiteta [Bulletin of the Ivanovo State Energy University], 2017, No. 2, pp. 34-42.
8. Yablokov A. A., Filatova G. A., Timofeev A. S. Patent No. 2704394 C1 RF. Sposob distancionnogo opredeleniya mesta zamy' kaniya fazy' na zemlyu [A method for remotely determining the location of the phase closure to earth], zayavl. 07.02.2019; opubl. 28.10.2019, Byul. No. 31.
9. Filatova G. A., Shuin V. A., Gandzhaev D. I. Patent No. 2637378 C RF. Sposob distancionnogo opredeleniya mesta odnofaznogo zamy'kaniya na zemlyu [A method for remotely determining the location of a single-phase earth fault], zayavl. 28.06.2016, opubl. 04.12.2017, Byul. No. 34.
10. Sidorov S. V., Sushkov V. V., Suxachev I. S. Patent No. 2798941 C1 RF. Sposob opredeleniya mesta odnofaznogo zamy'kaniya na zemlyu vozdushny'x linij e'lektroperedachi v e'lektricheskix setyax s izolirovannoj nejtral'yu [A method for determining the location of a single-phase earth fault of overhead power lines in electric networks with an isolated neutral], zayavl. 31.12.2022, opubl. 29.06.2023, Byul. No. 19.
11. Sidorov, S. V., Sushkov V. V., Sukhachev I. S. Razrabotka metodiki opredeleniya mesta odnofaznogo zamy'kaniya na zemlyu vozdushnoj linii e'lektroperedachi napryazheniem 6 (10) kV s uchetom klimaticheskix faktorov [Development of a methodology for determining the location of a single-phase earth fault of an overhead power line with a voltage of 6 (10) kV, taking into account climatic factors], Izvestiya Tomskogo politexnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov [Proceedings of Tomsk Polytechnic University. Georesource engineering], 2020, No. 2 (331), pp. 115-123.
12. Kozlov V. K., Kirzhaczkix E. R. Patent No. 2717697 C1 RF. Sposob opredeleniya mesta odnofaznogo zamy'kaniya na zemlyu v setyax 6-10 kV s izolirovannoj nejtral'yu [A method for determining the location of a singlephase earth fault in 6-10 kV networks with an isolated neutral], zayavl. 18.07.2019, opubl. 25.03.2020, Byul. No. 19.
13. Kirzhatskikh E. R., Kozlov V. K. Differencial'ny'j metod opredeleniya mesta odnofaznogo zamy'kaniya na zemlyu v raspredelitel'ny'x setyax s izolirovannoj nejtral'yu [Differential method for determining the location of a single-phase earth fault in distribution networks with an isolated neutral], E'nergobezopasnost' i e'nergosberezhenie [Energy security and energy conservation], 2019, No. 6, pp. 42-44.
14. Kulikov A. L., Osokin V. Yu., Bezdushny D. I., Petrov A. A. Primenenie kratkovremennogo dvojnogo zamy'kaniya na zemlyu dlya realizacii algoritma opredeleniya mesta povrezhdeniya LE'P 6-35 kV pri odnofazny'x zamy' kaniyax na zemlyu [Application of short-term double earth fault to implement an algorithm for determining the location of damage to 6-35 kV transmission lines with single-phase earth faults], Elektroe'nergiya. Peredacha i raspredelenie [Electricity. Transmission and distribution], 2020, No. 2 (59), pp. 64-69.
15. Maksimov B. K., Artsishevsky Ya. L., Lhamsuren E. Cifrovy'e texnologii sokrashheniya vremeni poiska odnofaznogo zamy'kaniya na zemlyu v seti vozdushny'x linij 10 kV [Digital technologies for reducing the search time
XXXXXXXXXX электротехнологии, электрооборудование XXXXXXXXXX
XXXXXXX и энергоснабжение агропромышленного комплекса XXXXXXX
for a single-phase earth fault in a network of 10 kV overhead lines], Relejnaya zashhita i avtomatizaciya [Relay protection and automation], 2017, No. 3 (28), pp. 27-32.
16. Artsishevsky Ya. L., Munkhtulga D., Balashov V. V. Sposob opredeleniya prisoedineniya i uchastka e'lektricheskoj seti 6-35 kV s zamy'kaniem na zemlyu [Method for determining the connection and section of an electric network of 6-35 kV with a ground fault], Relejnaya zashhita i avtomatizaciya [Relay protection and automation], 2019, No. 4 (37), pp. 38-40.
17. Arcishevskij Ya. L., Lachugin V. F., Munxtulga D. Patent No. 2746693 C1 RF. Sposob zashhity' trexfaznoj seti s izolirovannoj nejtral'yu pri odnofaznom zamy'kanii na zemlyu A method for protecting a three-phase network with an isolated neutral in case of a single-phase earth fault]; zayavl. 12.11.2020, opubl. 19.04.2021, Byul. No. 11.
18. Arcishevskij Ya. L., Balashov V. V., E'nxzhargal E'., Lachugin V. F., Orlov Yu. D. Patent No. 2711296 C1 RF. Sposob korrelyacionnoj zashhity' trexfaznoj seti s izolirovannoj nejtral'yu ot odnofazny'x zamy'kanij na zemlyu [A method of correlation protection of a three-phase network with an isolated neutral against single-phase earth faults], zayavl. 04.07.2019, opubl. 16.01.2020, Byul. No. 2.
19. Efremov V. A., Voronov P. I., Lastovkin V. D. Zashhita ot odnofazny'x zamy'kanij v setyax s maly'mi to-kami zamy'kanij na zemlyu. Opy't e'kspluatacii [Protection against single-phase short circuits in networks with low earth fault currents. Operational experience], Relejnaya zashhita i avtomatizaciya [Relay protection and automation], 2017, No. 3 (28), pp. 52-55.
20. Fadke Argun G., Thorpe James S. Komp'yuternaya relejnaya zashhita v e'nergosistemax [Computer relay protection in power systems], Moscow, Technosphere, 2019, 370 p.
21. Arzhannikov E. A., Chukhin A. M. Metody' i pribory' opredeleniya mest povrezhdeniya na liniyax e'lektroperedachi [Methods and devices for determining damage sites on power transmission lines], Moscow, NTF Energoprogress, 1998, 64 p.
22. Sorokin A. V., Shabanov V. A. Dvuxstoronnij metod opredeleniya mesta odnofaznogo zamy'kaniya na zemlyu v setyax s izolirovannoj nejtral'yu [Two-way method for determining the location of a single-phase earth fault in networks with an isolated neutral], E'lektrotexnicheskie i informacionny'e kompleksy' i sistemy' [Electrical engineering and information complexes and systems], 2023, No. 2 (19), pp. 98-109.
23. Sorokin A. V., Shabanov V. A. Algoritm vy'chisleniya emkostny'x tokov pri odnofaznom zamy'kanii na zemlyu, ispol'zuyushhij parametry' avarijnogo i doavarijnogo rezhimov [Algorithm for calculating capacitive currents in single-phase earth fault, using the parameters of emergency and pre-emergency modes], E'lektrotexnicheskie i informacionny'e kompleksy' i sistemy' [Electrotechnical and information complexes and systems], 2023, No. 4 (25), pp. 84-94.
The article was submitted 16.08.2024; approved after reviewing 18.09.2024; accepted for publication 19.09.2024.
Information about the authors: A. V. Sorokin - Senior lecturer of the Department of Electrical Engineering and Electrical Equipment of Enterprises, Spin-code: 4067-3117;
V. A. Shabanov - Ph. D. (Engineering), Professor of the Department of Electrical Engineering and Electrical Equipment of Enterprises, Spin-code: 6677-1136.
The declared contribution of the authors: Sorokin A. V. - developed the theoretical framework, writing of the draft. Shabanov V. A. - critical analysis of materials, formulated conclusions.
The authors declare that there is no conflict of interest.
