CC BY
12
УДК 621.316.925
10.20998/2074-272Х.2020.4.09
В.Ф. Сивокобиленко, В.А. Лисенко
П1ДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТ1 СИСТЕМ ЗАХИСТУ ЕЛЕКТРОМЕРЕЖ В1Д ЗАМИКАНЬ НА ОСНОВ1 ВЕЙВЛЕТ-ПЕРЕТВОРЕНЬ СТРУМ1В I НАПРУГ НУЛЬОВО1 ПОСЛ1ДОВНОСТ1
Для електричних мереж напругою 6-35 кВ, що працюють з компенсованою або 1зольованою нейтраллю, розроблено селективний захист вид замикань фази на землю, який реагуе на напрям реактивноТ потужност1, яка визначаеться за допомогою коефщент1в вейвлет-перетворень струму i напруги нульовоТ полдовност1, а також Тх похiдних, введених для забезпечення фазового зсуву на 90 градуав i тдвищення чутливост1 захисту. Коефценти знаходять шляхом зго-ртки дискретных значень струму, напруги та Тх похiдних Ь сигналами материнськоТ функци Морле, обчислення яких проводиться за допомогою квадратноТ матриц, для якоТ викладено правила ТТ формування. Реактивна потужнкть визначаеться на кожному крощ розрахунку як сума добуткш вейвлет-коефщент1в струму i похiдноТ вид напруги, а також напруги i похдноТ вид струму, тобто коефщiентiв, що мають однаковий порядковий номер. Пуск захисту вiд-буваеться за фактом перевищення ампттудою напруги нульовоТ постдовност1 заданого значення За допомогою ма-тематичноТ модл мереж виконано дослдження поведтки захисту за глухих i дугових замикань фази на землю, для рЬного ступеня компенсаци емтсних струмы, для р^зних значень напруги в момент замикання. У всх режимах отри-мано надшну роботу захисту, чутлив^ть якого в 5-8 разiв перевищуе чутливкть захисту за алгоритмом, заснованим на перетворент Фур'е. Бiбл. 10, рис. 5.
Ключовi слова: електрична мережа, захист ввд замикань на землю, струм, напруга, нульова послвдовшсть, вейвлет-перетворення, реактивна потужшсть.
Для электрических сетей напряжением 6-35 кВ, работающих с компенсированной или изолированной нейтралью, разработана селективная защита от замыканий фазы на землю, которая реагирует на направление реактивной мощности, определяемое с помощью коэффициентов вейвлет-преобразований тока и напряжения нулевой последовательности, а также их производных, введенных для обеспечения фазового сдвига на 90 градусов и повышения чувствительности защиты. Коэффициенты находят путем свертки дискретных значений тока, напряжения и их производных с сигналами материнской функции Морле, вычисление которых производится с помощью квадратной матрицы, для которой изложены правила её формирования. Реактивная мощность определяется на каждом шаге расчета как сумма произведений, совпадающих по фазе и имеющих одинаковый порядковый номер вейвлет-коэффициентов тока и производной от напряжения, а также напряжения и производной от тока. В качестве пускового органа защиты используется превышение амплитудой напряжения нулевой последовательности заданного значения. С помощью математической модели сети выполнены исследования поведения защиты при глухих и дуговых замыканиях фазы на землю, при различной степени компенсации емкостных токов, при различных значениях напряжения в момент замыкания. Во всех режимах получена надежная работа защиты, чувствительность которой в 5-8 раз выше чувствительности защиты, основанной на преобразованиях Фурье. Библ. 10, рис. 5.
Ключевые слова: электрическая сеть, защита от замыканий на землю, ток, напряжение, нулевая последовательность, вейвлет-преобразование, реактивная мощность.
Актуальшсть проблеми 1 и зв'язок з приклад-ними задачами. В системах електропостачання сере-дньо! напруги ушкодження фазно! iзоляцil призводять до однофазних замикань на землю. В такому випадку струм навантаження зазвичай значно перевищуе уста-лений струм замикання на землю, що ускладнюе роботу захисту вщ таких замикань. Попри це, однофазне замикання на землю може бути вкрай небезпечним. Воно може бути причиною пожеж, пошкодження еле-ктричного обладнання в результата перенапруг або на^вання струмом замикання, ураження електрич-ним струмом людей i тварин. Ввдповщно до нормати-вних докуменпв, що дшть в Украхш, дмнка елект-рично! мереж з однофазним замиканням на землю мае бути негайно выключена у випадку и розташу-вання в зонах пвдвищено! небезпеки, наприклад, у вугшьних шахтах або на пвдприемствах, що перероб-ляють пожежнонебезпечну сировину. Застосування резонансно заземлено! нейтралi додатково ускладнюе роботу пристро1в захисту, осшльки суттево зменшуе i без того незначний струм однофазного замикання на землю. Ще одним важливим наслвдком незначного струму однофазного замикання на землю е те, що таке
замикання часто мае нестшкий характер, електрична дуга в шсщ пошкодження iзоляцil може багаторазово згасати i спалахувати знову, що надае однофазному замиканню на землю характер перманентного перехь дного процесу.
Огляд публшацш 1 недолши вщомих р1шень. 1снуе значний масив джерел, у яких дослвджуються питання захисту систем електропостачання вщ однофазних замикань на землю. Велика шльшсть оглядiв публшацш з дослвджувано! проблеми [1-4] е сввдчен-ням того, що тема захисту ввд однофазних замикань на землю на сьогодш залишаеться серйозним викли-ком як для науково-теоретичних дослвджень, так i iнженерно-практичних розробок. Зокрема, не iмпле-ментованими повною мiрою залишаються новi методи обробки i аналiзу сигналiв, як1 були розроблеш у зв'язку з розвитком сучасних систем комушкацш.
Оск1льки з усталеного струму нульово! послвдо-вностi фвдера при однофазному замиканнi на землю дуже важко отримати iнформацiю про таке замикання, багато уваги придiляеться струму перехвдного процесу.
© В.Ф. Сивокобиленко, В.А. Лисенко
Зокрема, в робот [5] пропонуеться використову-вати цифровi фiльтри з несшнченною iмпульсною характеристикою для екстракцп шформацшного параметра зi струмiв i напруг нульово! послiдовностi. В робот [6] пропонуеться використовувати перетворен-ня Фур'е для отримання фазових i амплiтудних характеристик напруги i струму нульово! послiдовностi. В робот [7] порiвнюються властивостi перетворення Фур'е i вейвлет-перетворення на прикладi виявлення електрично! дуги. В роботi [8] було запропоновано виявляти замикання, спираючись на коефiцiенти, отриманi за допомогою вейвлет-перетворення. В [9] за допомогою програмних засобiв АТР/ЕМТР моде-люються однофазнi замикання в мереж з незаземле-ною нейтраллю i також пропонуеться алгоритм виявлення такого замикання за допомогою вейвлет-перетворення. Але характеристики алгоршшв захис-ту в роботах [7-9] не розглядаються.
Мета стати - пвдвищення чутливост i швидко-дп систем селективного захисту електричних мереж з iзольованою або компенсованою нейтраллю на основ! використання вейвлет-перетворень перехщних скла-дових напруг ! струм!в нульово! послвдовносл, що виникають при появ! замикання фази на землю тд час розряду ! дозаряду емностей мереж1.
Основний матерiал i отриманi результати. Дослвдження перехщних процеав при однофазних замиканнях на землю (ОЗЗ) ! анал1з роботи захисту виконаемо за допомогою математично! модел!, опис яко! наведено в [10]. Розглянемо типову двохтранс-форматорну шдстанцш для системи електропоста-чання напругою 6 кВ, яка складаеться з двох пони-жуючих 110/6 кВ силових трансформатор!в Т1 ! Т2, зб!рних шин першо! СШ-1 ! друго! СШ-2 секцш, в!д яких живляться кабельш лшп Ф1 - Ф3, на кожнш з яких встановлено трансформатори струму нульово! послвдовност (ТСНП). До зб!рних шин шдключеш вим!рювальш трансформатори напруги ТН1, ТН2. Захист ввд замикань фази на землю тдключено до вторинних к1л ТСНП ! ТН. Нейтраль мереж1 першо! секци заземлено через реактор з резонансною шдук-тившстю 0,161 Гн, а емносп фаз на землю для шд-ключених до ще! секци фщер!в Ф1-Ф3 становлять вщповвдно 1, 8 ! 12 мкФ, м1жфазш емност - 2 мкФ, усталений струм замикання на землю - 72,3 А. Ршення диференщальних р!внянь у математичнш модел! будемо виконувати неявним методом з кроком розрахунку к = 0,667 мс. Розрахунков! величини при моделюванш представимо у вщносних одиницях (р.и.) до базисних:
иь =
42■ 6000
= 4899 В;
л/3
1Ь = 42 ■ 10/ =42 ■ 72.36 = 102.33 А;
£)ь = иЬ ■ 1Ь = 501-103 ВА, де иЬ, 1Ь, QЬ - базисш напруга, струм ! потужшсть в!д-поввдно; /0/ - струм однофазного замикання на землю.
Запропоноваш в останш роки частотш [5] ! муль-тичастотш [6] захисти вщ ОЗЗ засноваш на викорис-танш вищих гармошк у струмах ! напругах, що виникають в перший момент замикання ! тому залежать вщ миттевого значення фазно! напруги на пошкодже-нш фаз!. Вщ ще! напруги залежить стутнь спотво-
рення синусо1д напруг ! струм!в, що видно, напри-клад, з рис. 1, де показан! результати моделювання ОЗЗ при початковш напруз! на пошкодженш фаз!, що дор!внюе амплггудному (рис. 1,а), а також нульовому (рис. 1,Ь) значенню. У першому випадку мае мюце досить тривалий зб!г за фазою струму ! напруги, тод! як у другому, час зб!гу за фазою цих сигнал!в набага-то менше. Чутливють алгоритму захисту, що заснова-ний на використанш добутку цих сигнал1в, який е пропорцшним реактивнш потужност, залежить вщ зазначених початкових умов, що необхвдно врахову-вати, розробляючи нов! методи захисту.
-1
11,! р.и. З/о < % ; 1
\ д 1/ ? и ^
1
На И Т\ЗИ0 у' / / —-
Г /■%: 1 /,---
/ N * "р(Ъио) /, Б
Й.466
0.47
0.474
0.478
0.482
0.486
1.3}
0.67
-0.67
-1.33
и, 1, р.и.
Г\> Ч У \ 4 /
¡7 \т" /
и«/ г \| / \ \ \ \ / / Ъип
р(Ьщ)
1, Б
132
1326
2332
2.333
1.344
!.35
Ь
Рис. 1. Результати моделювання ОЗЗ, що виникло за максимального (а)! нульового (б) миттевого значення напруги на пошкодженш фаз! иа
В електричних мережах напругою 6-35 кВ, що працюють з !зольованою або заземленою через коту-шку Петерсена нейтраллю, перехвдш процеси при дугових замиканнях фази на землю е нестацюнарни-ми, ! тому виникають питання щодо коректносп за-стосування алгоритмш захиспв, заснованих на використанш частотних [5] ! мультичастотних [6] складо-вих в струмах 3/0 ! напругах 3и0 нульово! послщовно-сл, отриманих за допомогою спектральних перетво-рень Фур'е. Для такого роду процеав рацюнальшшим е застосування вейвлет-перетворень ВП, що дозволя-ють розкласти вхщний, змшний у час! сигнал х(/), на
а
частотно-часовi складовi у виглядi коефiцieнтiв СШ(а,Ъ,Г), що залежать вiд обрано! материнсько! функцп g(a,Ъ,t), а також ввд коефiцieнтiв частотного масштабу а i зсуву в чай Ъ [8]. Дослщження характеристик ВП струмiв i напруг та можливють використання фазового спектра (кута зсуву фаз) або опорiв для по-будови групового захисту вщ замикань фази на землю розглядаеться в роботах [1-4]. Однак важливим за-вданням е розробка автономного для кожного фщера захисту, який дiе як при дугових, так i при стiйких замиканнях, використовуе сшвввдношення мгж струмами i напругами i мае бiльш високу чутливiсть. Як показано в [8], безперервне вейвлет-перетворення сигналiв здiйснюеться за допомогою штегрального виразу, що мютить добуток цього сигналу та деяко! базово! функцп, звано! материнським вейвлетом:
СШ (а, Ъ) =
ъ)=~а ^ х(*)'
(- Ъ
сИ.
йх 1
Рх = ~Г = ^Т (3хп - 4хп-1 + хп-2) . ш 2ап
(2)
Як материнський вейвлет вiзьмемо комплексний вейвлет Морле [8], що е плоскою хвилею, модульова-ною кривою Гауса
g V) = ехр
л-t
2 ^
ехр(/2л- ().
(3)
Для запису (1) i (3) в дискретнш формi шдстави-мо в (3) замють часу t вираз ( - Ъ)/а, в якому мютять-ся коефiцiенти частотного масштабу а i зсуву в чай Ъ. З отриманого виразу видiлимо одну зi складових материнсько! функцп g(t), наприклад, уявну (синусну) gS(n). Тодi вирази для визначення к-тих значень кое-фiцiентiв вейвлет-перетворень матимуть вигляд:
СШ(к, а,Ъ) = У х(к - п) - ~ Ъ
4а
п=1
^ а
а = Ъ = л- а •
а~ /п ' " 2 -
gS (п) = 1т
(4)
(
= ехр
( п - Ъ
g I-
^ а 2
- л
(п - Ъ)
2
- Б1П
а
2л(п - Ъ)
(5)
Як приклад, на рис. 2 показаний характер змши материнського вейвлета gS(n) i його амплпудно! складово! 3(п) за а = 8, Ъ = 15, N = 30, 1 = 250 Гц, 1, = 1500 Гц. Ввдзначимо, що за допомогою коефщен-та частотного масштабу а встановлюють час тривало-сп вейвлета в обласп потрiбного дiапазону частоти Щ, значення якого ми приймемо рiвним 250 Гц, що вщ-поввдае переважним гармонiкам при дугових замиканнях [6].
0.4
0.24
0.03
(1) "0.08
Вхвдними сигналами, в нашому випадку, будуть масиви розмiрнiстю N, що складаються з дискретних значень напруг i струмiв, записаних за допомогою аналого-цифрових перетворювачiв протягом перiоду основно! частоти (50 Гц) з дискретшстю з частотою 1 а також значень похвдних ввд струму р1 = p(3i0) i на-пруги ри = р(3и0). Вони використовуються для ком-пенсацп кутового зсуву за фазою на 90 градуав мiж сигналами струму i напруги нульово! послiдовностi (рис. 1). Чисельне визначення похiдних, наприклад, за трьома миттевими значеннями струму (напруги) проводиться за виразами, в яких використовуеться також крок розрахунку i кутова частота а>, як! в нашому випадку приймалися р!вними вщповвдно 0,667 мс ! 314 с-1
-0.24
-0.4
р. и 1 А
т / * *\ » » \ \
л • » ^^^
* * •
• * * »
V' п
1
18.4
6.3 12.6
Рис. 2. Характер змши материнського вейвлета gS(n)! його амплпуди Дп)
30
Як видно з (4), вейвлет-перетворення е згорткою значень вхщного сигналу (струму, напруги та !х похь дних) з такою ж кшьшстю значень функцп материнського вейвлету. При цьому згортка визначаеться як взаемна корелящя одше! з цих послщовностей з обер-неною в час! шшою. Для обчислення згортки скорис-таемось матричною формою запису обернено! в час! послщовносл значень, розрахованих за (5) у випадку п = 1,..,N. Матриця ядра згортки е квадратною розм!р-шстю NxN! на !! головнш д!агонат розташовано еле-менти gS1 = gS(n = !), на д!агонал!, вище головно!, -gSN-l = gS(n = N - 1), попм - gSN-2 = gS(n = N - 2) ! т.д. На д!агонал!, нижче головно!, розташоваш елементи gS2 = gS(n = 2), попм - ввдповщно gS3,..., gSN. Для маси-ву з N елеменпв матриця буде мати вигляд:
(6)
Вектори вейвлет-перетворень напруг Wu ! стру-м!в Wi нульово! послвдовносп, а також похвдних в!д напруг Wpu! в!д струм!в Wpi знайдемо як:
Wu = G(gS) х и; W1 = G^8) х V- (7)
Wpu = G(gS) х ри- Wpl = G(gS) х р1 ( )
Результати розрахунку за виразами (7) коефще-нпв ВП з порядковим номером п = 3 наведено на рис. 3,а,Ъ, з яких випливае, що на початковш дшянщ перехщного процесу при ОЗЗ мае мюце близький зб!г за фазою вектор!в W1 ! Wpu, а також Wu ! Wp1. При цьому за допомогою !х добутку для сигнал!в з одна-ковим порядковим номером можна визначити величину ! знак реактивно! потужносп (рис. 3,а,Ъ). Резуль-
gSl gSN gSN-1 . . gS2
gS2 gS1 gSN . . gS3
G(gS)= gSз gS2 gS1 . . gS4
gSN gSN-1 gSN-2 . . gS1
g
а
а
туючу реактивну потужнiсть Q можна визначити як суму добутшв для Bcix N коефiцieнтiв, завдяки чому значно пвдвищуеться чутливiсть захисту
N N
q- K-YWK k=1 k=1
/к x Wk
pu " i ■
(8)
Wit Wpu, p.u. Wi Wp«/
ml \\ Tr:::\ A
// w\ / 44 f \ \
* ■ * i J t \ \ V, V 9
t>,475
0.477
0.4S
0.4S:
0.4 35
-2.5
Wu p.u. Л J /». / \-WuWpi
/ A \ / "'J 4 1 I / ' \ \f 4 Щ
0.5 Wp, V\ i i А \ io m, \\ if it и
\ % \ g /1 4 s
[405
1.409
1.413
b
1.416
1.42
передбачено самоутримання реле на час юнування Um > Ut, що забезпечуе надiйну роботу захисту тсля переходу дугового замикання в стшке.
Рис. 3. Коефiцieнти вейвлет-перетворень струму i похщно! вiд напруги (а), похщно! вiд струму i напруги (b) i складовi отримано! за 1х допомоги реактивно1 потужносл
Блок-схема розробленого алгоритму захисту показана на рис. 4. Вона мютить аналого-цифровi пере-творювачi (ADC) для отримання дискретних значень напруг 3u0 i струмiв 310, блоки d/dt для розрахунку за (2) похщних вiд зазначених сигналiв, блок розрахунку за (5) материнсько! вейвлет-функци g(S), блок форму -вання за (6) матриц G(gS) ядра згортки, блоки Wu, W1, Wpu, Wp1 для розрахунку за (7) вейвлет-перетворення вщповвдно напруг, струмiв i !х похвдних, блоки добу-ткiв для розрахунку за (8) складових реактивно! по-тужностi Q1 = Qupi = Wu*Wpi i Q2 = Q vu = W^W, а також суматор для визначення потужносп Q = Q1 - Q2, при перевищенш якою позитивного порогового значения Qt у компараторi ввдповщний сигнал надходить на вихвдний орган реле через ряд лопчних елеменпв I (AND), АБО (OR). В алгоритм захисту як пусковий орган використовуеться перевищення амплiтудою напруги порогового значения Ut. Амплiтуда визнача-еться в блоцi Ua за його ортогональними складовими
як -^(3u0)2 + (p3u0)2 . Пiсля спрацьовування захисту
Рис. 4. Блок-схема алгоритму «вейвлет-захисту» ввд замикань фази на землю
При розробщ захисту було розглянуто питання пiдвищения його швидкодi! за рахунок скорочення обчислювальних витрат на вейвлет-перетворення. Встановлено, що для цього можна використати тшьки фгксоваш значеннями a = 8, b = 15 для розрахунк1в за формулою (5).
Результата розрахунку результуючо! реактивно! потужносп за ОЗЗ з рiзними початковими напругами наведенi на рис. 5. З наведених даних випливае, що чутливють розробленого захисту в даному випадку в 8 разiв перевищуе чутливiсть захисту, побудованого на основi перетворень Фур'е, а час спрацювання захисту складае близько 5-7 мс. Порогове значення реактивно! потужносп приймаеться рiвним базовому зна-ченню Qb.
За допомогою математично! моделi було досль джено поведшку захисту за рiзних режимiв виник-нення ОЗЗ: за резонансного налаштування реактора, пере- i недокомпенсацi!, за рiзних значень початково! напруги на пошкодженш фазi i рiзних опорах у шсщ замикання. В уах зазначених режимах мае мiсце чита робота вих1дного органу реле.
Найменша чутливiсть захисту мае мiсце (рис. 5,с) при нульовiй початковiй напрузг У порiв-ияннi з мультичастотним захистом, заснованим на перетвореннi Фур'е [6], розроблений захист мае чутливють майже на порядок вище.
Отримано також позитивш результати роботи захисту при подачi на вхвд записаних в реальнiй ме-
a
реж1 аваршних файл1в ОЗЗ, а також при випробуван-нях на лабораторному стенда
50
40
30
:о
ю
Q, p.u. г» к II
' / N t / t ( f / j V/3 Гч. \ l s I 1
J / \ Vavelü f 1 it I 1 t Fourier-8
'l If (J ■L Relay t 1 1 1 i
л I s
).47 0.474 0.477 0431 0.4S5 0.4S9 0.492 0.496 0.5
J0
24
Q> p.u. 1 * t f 1 * i - -Г 1 f i / \ \ i i i \
tr If tf If if ij V'■ 1 \Г~ Wavelet^ if \ Fourier-8
'J 11 '7 it tl Relay i i l i
if / L
; i j i
it ii у l « s
1,4 1.404 1,409 1.413 1.413 1.423 [.426 1.431 1.435
b
10
Q, p.u.
A t f К \
1 ' /Wavele i i/ i i t t 1 t t 1 1 I 1 1 Relay
> 1 г ' 1 / ) r 1 \
1 1 V
ij F ourier 8 ,, s «"V
2.32 2.324 2.327 2.331 2.335 2.339 2.343 2.346 2.35
c
Рис. 5. Реактивна иотужтсть при ОЗЗ, визначена за допомо-гою вейвлет-перетворення i перетворення Фур'е при рiзних початкових напругах на пошкодженiй фазi: umax (a); 0,5 umax (b); 0,01 umax (c)
Висновки.
1. Набув розвитку метод захисту електричних мереж з iзольованою або компенсованою нейтраллю вiд замикань фази на землю та запропоновано новий алгоритм реалiзацil методу на основi використання вей-влет-перетворень (ВП) перехвдних складових напруг i струмiв нульово! послiдовностi, що мае експеримен-тальне тдтвердження i що дозволяе тдвищити ефек-тивнiсть роботи електричних мереж.
2. За допомогою коефiцiентiв вейвлет-перетворень, яш знаходять шляхом згортки дискретних значень
струму, напруги та !х пох1дних 13 сигналами материн-сько! функцп Морле, обчислюють реактивну потуж-шсть, за позитивним значениям яко! визначають ушкоджене приеднання.
3. Працездатшсть алгоритму захисту пвдтверджено результатами математичного моделювання i натурни-ми випробуваннями на лабораторному стенда
СПИСОК ШТЕРАТУРИ
1. Ghaderi A., Ginn H.L., Mohammadpour H.A. High impedance fault detection: A review. Electric Power Systems Research, 2017, vol. 143, pp. 376-388. doi: 10.1016/j.epsr.2016.10.021.
2. Farughian A., Kumpulainen L., Kauhaniemi K. Review of methodologies for earth fault indication and location in compensated and unearthed MV distribution networks. Electric Power Systems Research, 2018, vol. 154, pp. 373-380. doi: 10.1016/j.epsr.2017.09.006.
3. Gururajapathy S.S., Mokhlis H., Illias H.A. Fault location and detection techniques in power distribution systems with distributed generation: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2017, vol. 74, pp. 949-958. doi: 10.1016/j.rser.2017.03.021.
4. Raza A., Benrabah A., Alquthami T., Akmal M. A Review of Fault Diagnosing Methods in Power Transmission Systems. Applied Sciences, 2020, vol. 10, no. 4, p. 1312. doi: 10.3390/app10041312.
5. Syvokobylenko V.F., Lysenko V.A. Earth fault protection for compensated electric networks based on frequency filters. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 2020, no. 1, pp. 69-74. doi: 10.33271/nvngu/2020-1/069.
6. Сивокобиленко В.Ф., Лисенко В.А. Мультичастотний метод захисту ввд замикань фази на землю в компенсованих електричних мережах. Електротехтка i електромехатка, 2020, № 1, С. 56-60. doi: 10.20998/2074-272X.2020.1.09.
7. Wang Z., McConnell S., Balog R.S., Johnson J. Arc fault signal detection - Fourier transformation vs. wavelet decomposition techniques using synthesized data. 2014 IEEE 40th Photovoltaic Specialist Conference (PVSC), 2014, pp. 3239-3244. doi: 10.1109/PVSC.2014.6925625.
8. Michalik M., Rebizant W., Lukowicz M.R., Lee S.-J., Kang S.-H. High-impedance fault detection in distribution networks with use of wavelet-based algorithm. IEEE Transactions on Power Delivery, 2006, vol. 21, no. 4, pp. 1793-1802. doi: 10.1109/TPWRD.2006.874581.
9. Elkalashy N.I., Lehtonen M., Darwish H.A., Taalab A.-M.I., Izzularab M.A. DWT-Based Detection and Transient Power Direction-Based Location of High-Impedance Faults Due to Leaning Trees in Unearthed MV Networks. IEEE Transactions on Power Delivery, 2008, vol. 23, no. 1, pp. 94-101. doi: 10.1109/TPWRD.2007.911168.
10. Syvokobylenko V.F., Lysenko V.A. Mathematical modeling of new algorithms for single-phase earth faults protection in a compensated electrical network. Problemele Energeticii Regionale, 2019, no.1-2(41), pp. 1-11. doi: 10.5281/zenodo.3239135.
REFERENCES
1. Ghaderi A., Ginn H.L., Mohammadpour H.A. High impedance fault detection: A review. Electric Power Systems Research, 2017, vol. 143, pp. 376-388. doi: 10.1016/j.epsr.2016.10.021.
2. Farughian A., Kumpulainen L., Kauhaniemi K. Review of methodologies for earth fault indication and location in compensated and unearthed MV distribution networks. Electric Power Systems Research, 2018, vol. 154, pp. 373-380. doi: 10.1016/j.epsr.2017.09.006.
3. Gururajapathy S.S., Mokhlis H., Illias H.A. Fault location and detection techniques in power distribution systems with distributed generation: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2017, vol. 74, pp. 949-958. doi: 10.1016/j.rser.2017.03.021.
a
4. Raza A., Benrabah A., Alquthami T., Akmal M. A Review of Fault Diagnosing Methods in Power Transmission Systems. Applied Sciences, 2020, vol. 10, no. 4, p. 1312. doi: 10.3390/app10041312.
5. Syvokobylenko V.F., Lysenko V.A. Earth fault protection for compensated electric networks based on frequency filters. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 2020, no. 1, pp. 69-74. doi: 10.33271/nvngu/2020-1/069.
6. Syvokobylenko V.F., Lysenko V.A. Multifrequency protecting method against earth-faults of phase in the compensated electric networks. Electrical engineering & electromechanics, 2020, no. 1, pp. 56-60. doi: 10.20998/2074-272X.2020.1.09.
7. Wang Z., McConnell S., Balog R.S., Johnson J. Arc fault signal detection - Fourier transformation vs. wavelet decomposition techniques using synthesized data. 2014 IEEE 40th Photovoltaic Specialist Conference (PVSC), 2014, pp. 3239-3244. doi: 10.1109/PVSC.2014.6925625.
8. Michalik M., Rebizant W., Lukowicz M.R., Lee S.-J., Kang S.-H. High-impedance fault detection in distribution networks with use of wavelet-based algorithm. IEEE Transactions on Power Delivery, 2006, vol. 21, no. 4, pp. 1793-1802. doi: 10.1109/TPWRD.2006.874581.
9. Elkalashy N.I., Lehtonen M., Darwish H.A., Taalab A.-M.I., Izzularab M.A. DWT-Based Detection and Transient Power Direction-Based Location of High-Impedance Faults Due to Leaning Trees in Unearthed MV Networks. IEEE Transactions on Power Delivery, 2008, vol. 23, no. 1, pp. 94-101. doi: 10.1109/TPWRD.2007.911168.
10. Syvokobylenko V.F., Lysenko V.A. Mathematical modeling of new algorithms for single-phase earth faults protection in a compensated electrical network. Problemele Energeticii Regionale, 2019, no.1-2(41), pp. 1-11. doi: 10.5281/zenodo.3239135.
Надтшла (received) 01.06.2020
Сивокобиленко Вталт Федорович1, д.т.н., проф., Лисенко Вжтор Анатолтович1, к.т.н., 1 Донецький нацюнальний техшчний ушверситет, 85300, Донецька обл., Покровськ, пл. Шибанкова, 2, e-mail: svf1934@gmail.com, viktor.lysenko@donntu.edu.ua
V.F. Syvokobylenko1, V.A. Lysenko1 1 Donetsk National Technical University, 2, Shybankova Square, Pokrovsk, Donetsk region, 85300, Ukraine.
Improving the efficiency of fault protection systems of electrical grids based on zero sequence voltages and currents wavelet transforms.
Introduction. A significant proportion of earth faults in medium voltage networks represents a short-lived and transient process. Problem. In such cases, earth fault protection that responds to steady-state current and voltage is not able to operate properly. Purpose. To develop earth faults protection selective algorithm using transient components, that occur in zero-sequence currents and voltage in the fault process. Method. A mathematical model of the power supply system was applied to study the transient components of currents and voltage of zero sequence in compensated electrical networks with phase-to-earth faults, and a those model also is used to test the operation of the developed protection algorithm. The results showed that, the reactive power for transient components, of the frequency greater by 4-6 times, than fundamental frequency, which are extracted from the current and voltage of zero sequence by wavelet transform in compensated electrical networks on the damaged feeder, is positive regardless of the degree of compensation of the capacitive current. That may be the basis of the principle of directional protection. Originality. Phase-to-earth fault selective protection algorithm has been developed. In that algorithm, first derivatives of currents and voltages of zero sequence are found, to reduce the influence of aperiodic components. And then, by using of the wavelet transform with Morlet mother function, an orthogonal components are extracted from them. Reactive power is calculated for transient component. If that reactive power excess of threshold, the relay will make a decision. The reliability of the developed protection algorithm is confirmed by the results of mathematical modelling and verification of the test sample at the laboratory stand and by means of field signals that were recorded by digital loggers at the substations. References 10, figures 5.
Key words: electrical grid, earth fault protection, current, voltage, zero sequence, wavelet transform, reactive power.
