Научная статья на тему 'РЕАЛИЗАЦИЯ ЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ СБОРНЫХ ШИН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНФОРМАЦИОННОЙ СЕТИ'

РЕАЛИЗАЦИЯ ЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ СБОРНЫХ ШИН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНФОРМАЦИОННОЙ СЕТИ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
8
2
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
релейная защита / надежность электроснабжения / дифференциально-логическая защита. / relay protection / reliability of power supply / differential logic protection.

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Шарыгин Михаил Валерьевич, Джериу Ахмед Сахиб Наджи, Обалин Михаил Дмитриевич

АКТУАЛЬНОСТЬ. На дифференциальную защиту от внутренних замыканий влияет много факторов, такие как отказ силового выключателя, отказ элементов устройства релейной защиты, погрешности работы измерительного тока в определенной точке приводят к ложному действию защиты или к повреждению защищаемого объекта при отказе силового выключателя, когда возникает короткое замыкание (КЗ). В статье рассматривается логическая надстройка, связь электронных устройств смежных дифференциальных защит, устанавливаемых в электросети и обмен информации между ними по стандарту МЭК 61850. МЕТОДЫ. В статье указан новый метод системы релейной защиты в электрических сетях, основанный на использовании информации между интеллектуальными электронными устройствами (ИЭУ), установленными в электрических сетях. Они взаимодействуют непрерывно друг с другом, обмениваясь информацией по каналу связи. В качестве примера принята дифференциальная защита шин, ЛЭП, силового трансформатора. Моделирование расчетных ситуаций осуществлено в программе PSCAD/EMTDC. РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье описана актуальность темы, рассмотрено влияние отказа элементов системной защиты на действия защиты объектов электроснабжения. При распознавании отказа, смежные устройства дифференциальной защиты имеют возможность автоматически реконфигурировать зоны защиты для адаптации системы защиты к возникшему отказу. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. В результате исследования получены результаты, которые можно использовать для повышения надежности защиты электроснабжения в целом и защиты шины от нежелательных действий.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Шарыгин Михаил Валерьевич, Джериу Ахмед Сахиб Наджи, Обалин Михаил Дмитриевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

IMPLEMENTATION OF A LOGIC CIRCUIT FOR DIFFERENTIAL PROTECTION OF BUSBARS USING AN INFORMATION NETWORK

RELEVANCE. Differential protection against internal short circuits is influenced by many factors, such as failure of the circuit breaker, failure of relay protection device elements, errors in the operation of the measuring current at a certain point led to a false protection action or damage to the protected object in case of failure of the circuit breaker when a short circuit (short circuit) occurs. The article considers the logical superstructure, the connection of electronic devices of adjacent differential protections installed in the power grid and the exchange of information between them according to the IEC 61850 standard. METHODS. The article specifies a new method of relay protection system in electrical networks based on the use of information between intelligent electronic devices (IEDs) installed in electrical networks. They interact continuously with each other, exchanging information over a communication channel. Differential protection of busbars, power lines, and a power transformer is used as an example. Simulation of calculation situations was carried out in the PSCAD/EMTDC program. RESULTS. The article describes the relevance of the topic, examines the impact of failure of system protection elements on the protection of power supply facilities. When a failure is detected, adjacent differential protection devices have the ability to automatically reconfigure protection zones to adapt the protection system to the failure that has occurred. CONCLUSION. As a result of the study, results have been obtained that can be used to improve the reliability of power supply protection in general and protect the bus from undesirable actions.

Текст научной работы на тему «РЕАЛИЗАЦИЯ ЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ СБОРНЫХ ШИН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНФОРМАЦИОННОЙ СЕТИ»

© Шарыгин М.В., Джериу Ахмед Сахиб Наджи, Обалин М.Д. УДК 621.311

РЕАЛИЗАЦИЯ ЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ СБОРНЫХ ШИН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНФОРМАЦИОННОЙ СЕТИ

Шарыгин М.В.1, Джериу Ахмед Сахиб Наджи1, Обалин М.Д.2

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»,

г. Нижний Новгород, Россия 2Филиал АО «СО ЕЭС» «Региональное диспетчерское управление энергосистем Нижегородской области, Республики Марий Эл и Чувашской Республики - Чувашии»,

г. Нижний Новгород, Россия ahmed_6891 @yahoo. com

Резюме: АКТУАЛЬНОСТЬ. На дифференциальную защиту от внутренних замыканий влияет много факторов, такие как отказ силового выключателя, отказ элементов устройства релейной защиты, погрешности работы измерительного тока в определенной точке приводят к ложному действию защиты или к повреждению защищаемого объекта при отказе силового выключателя, когда возникает короткое замыкание (КЗ). В статье рассматривается логическая надстройка, связь электронных устройств смежных дифференциальных защит, устанавливаемых в электросети и обмен информации между ними по стандарту МЭК 61850. МЕТОДЫ. В статье указан новый метод системы релейной защиты в электрических сетях, основанный на использовании информации между интеллектуальными электронными устройствами (ИЭУ), установленными в электрических сетях. Они взаимодействуют непрерывно друг с другом, обмениваясь информацией по каналу связи. В качестве примера принята дифференциальная защита шин, ЛЭП, силового трансформатора. Моделирование расчетных ситуаций осуществлено в программе PSCAD/EMTDC. РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье описана актуальность темы, рассмотрено влияние отказа элементов системной защиты на действия защиты объектов электроснабжения. При распознавании отказа, смежные устройства дифференциальной защиты имеют возможность автоматически реконфигурировать зоны защиты для адаптации системы защиты к возникшему отказу. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. В результате исследования получены результаты, которые можно использовать для повышения надежности защиты электроснабжения в целом и защиты шины от нежелательных действий.

Ключевые слова: релейная защита; надежность электроснабжения; дифференциально-логическая защита.

Для цитирования: Шарыгин М.В., Джериу Ахмед Сахиб Наджи, Обалин М.Д. Реализация логической схемы дифференциальной защиты сборных шин с использованием информационной сети // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2024. Т. 16. № 2 (62). С. 106-118.

IMPLEMENTATION OF A LOGIC CIRCUIT FOR DIFFERENTIAL PROTECTION OF BUSBARS USING AN INFORMATION NETWORK

Sharygin M.V.1, Jeryo Ahmed Sahib Naji1, Obalin M.D.2

1Nizhny Novgorod State Technical University named R.E. Alekseev, Nizhny Novgorod,

Russia

2Regional Dispatch Control of Power Systems of the Nizhny Novgorod Region, the Republic of Mari El and the Chuvash Republic - Chuvashia, Nizhny Novgorod, Russia

ahmed_6891 @yahoo. com

Abstract: RELEVANCE. Differential protection against internal short circuits is influenced by many factors, such as failure of the circuit breaker, failure of relay protection device elements, errors in the operation of the measuring current at a certain point led to a false protection action

or damage to the protected object in case of failure of the circuit breaker when a short circuit (short circuit) occurs. The article considers the logical superstructure, the connection of electronic devices of adjacent differential protections installed in the power grid and the exchange of information between them according to the IEC 61850 standard. METHODS. The article specifies a new method of relay protection system in electrical networks based on the use of information between intelligent electronic devices (IEDs) installed in electrical networks. They interact continuously with each other, exchanging information over a communication channel. Differential protection of busbars, power lines, and a power transformer is used as an example. Simulation of calculation situations was carried out in the PSCAD/EMTDC program. RESULTS. The article describes the relevance of the topic, examines the impact of failure of system protection elements on the protection of power supply facilities. When a failure is detected, adjacent differential protection devices have the ability to automatically reconfigure protection zones to adapt the protection system to the failure that has occurred. CONCLUSION. As a result of the study, results have been obtained that can be used to improve the reliability of power supply protection in general and protect the bus from undesirable actions.

Keywords: relay protection; reliability of power supply; differential logic protection.

For citation: Sharygin M.V., Jeryo Ahmed Sahib Naji, Obalin M.D. Implementation of a logic circuit for differential protection of busbars using an information network. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2024. T. 16. No. 2 (62). P. 106-118.

Введение (Introduction)

Неправильная работа релейной защиты из-за отказавшегося трансформатора тока приводит к нежелательному отключению электроснабжения потребителей. Возникающие короткие замыкания (КЗ) могут привести к повреждению оборудования и просадкам напряжения, если немедленно не отключить точку КЗ.

Основной принцип дифференциальной защиты заключается в том, что сумма всех токов, втекающих в защищаемую зону и выходящих из нее, должна быть равна нулю. Этот принцип непосредственно реализует 1-й закон Кирхгофа. Релейная защита (РЗ) распознает КЗ, когда сумма токов больше тока небаланса 1нб. С другой стороны, это может быть выражено в математической модели как векторная сумма всех токов, входящих и выходящих из зоны, равна нулю

Цель исследования заключается в повышении надежности системной защиты электроснабжения, повышении эффективности дифференциальной РЗ электросети (ДЗ) за счет информационной связи между устройствами ДЗ. В настоящее время все устройства ДЗ, работающие в разных зонах защиты не имеют такой связи.

Научная значимость исследования состоит в том, что в работе цифровой дифференциальной защиты учитываются не только сигналы смежных защит, но и выполняется однозначное обнаружение событий отказов измерительных трансформаторов тока защит.

Практическая значимость исследования заключается в повышении надежности системы защиты сети и сохранении ее быстродействия за счет автоматической адаптации защиты при отказах ее элементов (трансформаторов тока, реле). Современные защиты в этом случае полностью отказывают, из-за чего требуется установка дорогостоящих резервных комплектов.

В традиционном принципе дифференциальной защиты в каждое интеллектуальное электронное устройство (ИЭУ) поступают токи от вторичных цепей двух трансформаторов тока (ТТ), расположенных на двух сторонах защищаемого объекта рис.1, которое затем сравнивает эти значения с допустимым значением тока уставки (тока небаласа) и принимает решение: давать сигнал на выключатели для отключения защищаемой зоны или нет.

Но дифференциальная защита может отказать. Например, любой из ТТ, подключенных к дифференциальному ИЭУ, может перейти в режим насыщения. Тогда сумма всех вторичных токов ТТ будет больше допустимого тока небаланса, и ИЭУ будет измерять ложный дифференциальный ток, что может вызвать неправильное действие РЗ. Вызвать отказ системы защиты может также неисправность канала связи между реле и

(1)

выключателем или же может возникнуть отказ выключателя, который перестанет реагировать на сигнал отключения, отправленный ИЭУ.

Литературный обзор (Literature Review) [1-5]:

При отказе силового выключателя должно срабатывать устройство резервирования отказа выключателя (УРОВ). У УРОВ есть недостаток: оно действует с выдержкой времени УРОВ, которая должна быть отстроена от основной защиты [1]. Это приводит к увеличению времени отключения КЗ.

Для борьбы с насыщением ТТ применяют различные методики. Одна из них — установка специальных трансформаторов тока, которые позволяют уменьшить насыщение, но это приводит к увеличению её стоимости [2]. Другой метод подразумевает использование алгоритмов математической обработки измерений для корректировки показаний и учета насыщения. Однако недостатком данного метода является удорожание системы РЗ [3]. Оба метода могут не полностью устранять отрицательные эффекты насыщения. Многие алгоритмы предназначены для определения того, насыщается ТТ или нет во время внешнего КЗ, а также обеспечивают быструю реакцию на инициирование или блокировку сигнала отключения [4]. Разработанная инновационная архитектура построения цифровой подстанции с использованием комплекса централизованной защиты повышает надежность за счет централизованного резервирования терминалов защит [5].

На рисунке 1 показано 5 зон дифференциальной защиты: зона трансформатора, 2 зоны шины и 2 зоны линии передачи, которые определяются расположением трансформаторов тока и используют (1) для расчета дифференциального тока. Каждое устройство ДЗ работает отдельно от других ИЭУ и отслеживает только состояние защищаемого объекта в своей зоне. Отказ устройства ДЗ или его ТТ или Q приводит к отказу основной защиты в целом, т.е. зона защиты не будет отключаться основной быстродействующей защитой, а лишь резервной защитой или резервным выключателем со значительной выдержкой времени. В некоторых случаях это может привести к нарушению устойчивости передачи, отдельных генераторов и нагрузок, а также к крупным системным авариям.

Коэффициент трансформации ТТ: TTS и TT1 = 1500/1; TT2 = 150/1; TT3, TT4, TT5 и TT6 = 100/1.

Рис. 1. Схема электрической сети с Fig. 1. Diagram of the electrical network with установленными ИЭУ installed IEDs

*Источник: Составлено авторами Source: compiled by the author.

Внедряемая в настоящее время система связи внутри подстанций и между ними на основе протокола МЭК61850, позволяет осуществлять обмен информацией между всеми ИЭУ. Это может позволить повысить уровень надежности и быстродействие работы системы защиты. Стандарт МЭК61850 направлен на улучшение функциональной совместимости оборудования, используемого на подстанциях, снижение затрат и упрощение операций. Системы, основанные на стандарте МЭК61850, становятся более гибкими, упрощая передачу данных внутри подстанции и обеспечивая связь между ИЭУ, измерительными трансформаторами и выключателями [7].

На рисунке 1 показана схема электрической сети с ИЭУ РЗ, связанных друг с другом по стандарту МЭК61850 через канал связи.

Моделирование логики дифференциальной защиты: предположим, что электрическая сеть на рисунке 1 имеет данные основной источник питания (С) является эквивалентной системой и моделируется с помощью источника ЭДС. Его значения параметров: номинальное напряжение 10 кВ, номинальная мощность 25 МВА, и импеданс 4,36 Ом. Источник питания подключен к силовому трансформатору (Т1) мощностью 25 МВА, 10/115 кВ по шинопроводу. Параметры силового трансформатора приведены ниже в таблице 1.

Таблица 1 Table 1

Параметры силового трансформатора (Т1) _Power transformer parameters (T1)_

Тип Shom, МВА Пределы регулирования Каталожные данные Расчетные данные

Uh % àPx, кВт Px, кВт Ix, % Rt, Ом Хт, Ом A Qx, квар

ТДН-25000/110 25 ±9*1,78 % 10,5 120 27 0,7 2,54 55,9 175

*Источник: Составлено авторами Source: compiled by the author.

где Uk, % — напряжение короткого замыкания в процентах от номинального высшего напряжения, ДРк- потери (потери в меди) кВт, ДРх — потери (потери в стали) холостого хода, кВт, 1х, % ток холостого хода в процентах от номинального тока обмотки высшего напряжения.

Две нагрузки подключены к шине 2 по двум линиям передачи. Параметры линии электропередачи и нагрузки приведены в таблице 2.

Таблица 2 Table 2

Параметры воздушной линии электропередачи и нагрузки _Parameters of overhead power line and load_

Название Длина, км Худ , Ом / км Rуд, Ом / км Нагрузка Номинальное напряжение, кВ

Р, МВт Q, Мвар

ЛЭП1 10 0,4 0,1 10 1,5 115

ЛЭП2 10 0,4 0,1 10 1,5 115

*Источник: Составлено авторами Source: compiled by the author.

В нормальном режиме все токи, измеряемые ТТ, протекают в одном направлении от генератора к потребителям, а дифференциальный ток в каждой зоне меньше тока небаланса, согласно уравнению 1. В нормальном режиме напряжения во всех узлах имеют допустимый уровень: напряжение на шине 1 = 10 кВ, напряжение на шине 2 =112,652 кВ и напряжение на шинах 3 и 4 = 112,504 кВ. Токи, протекающие во всех ветвях, также допустимы: ток низкой стороны обмотки трансформатора = 1203А, ток высокой стороны обмотки трансформатора в сторону шин 2 = 105А, и токи нагрузки по линиям 1 и 2 равны 52А.

Шины 2 (рис. 1) защищаются ДЗ, получающей токи от ТТ 2, ТТ 3 и ТТ 5. Зона защиты ДЗ шин 2 охватывает все шины, часть ошиновки силового трансформатора и ошиновку линий электропередачи. Поскольку к данной защите примыкают еще и ДЗ силового трансформатора, а также линий электропередачи, можно использовать информацию о токах с противоположных плеч их защит. В этом случае к каждому ИЭУ ДЗ шин 2 можно добавить еще дополнительные зоны действия защиты. Относительно ТТ присоединения силового трансформатора они разделятся на три варианта: левая зона представляет собой зону трансформатора, правая зона представляет зону шин, и центральная зона объединяет их [6]. Сочетание значений дифференциальных токов правой -левой - центральной зоне относительно к ТТ2 при отказе любого ТТ представлено в таблице 3.

Таблица 3 Table 3

Логика срабатывания зон защиты и соответствующие ей режимы Protection zone triggering logic and its corresponding modes

Зоны защиты Режим

№ «Левая» «Правая» «Общая» КЗ в зонах защиты Повреждение измерительного тракта зоны защиты

1 0 0 0 Нормальный режим Нормальный режим

2 0 0 1 Режим не определен Режим не определен

3 0 1 0 Режим не определен Режим не определен

4 0 1 1 КЗ в «правой» зоне защиты Отказ измерительного тракта смежных трансформаторов тока «правой» зоны защиты

5 1 0 0 Режим не определен Режим не определен

6 1 0 1 КЗ в «левой» зоне защиты Отказ измерительного тракта смежных трансформаторов тока «левой» зоны защиты

7 1 1 0 Режим не определен Отказ измерительного тракта общего трансформатора тока

8 1 1 1 КЗ в «левой» и «правой» зонах защиты Отказ измерительного тракта трансформаторов тока «левой», «правой» смежных зон защиты или общего на фоне КЗ в «правой» или «левой» зонах защиты

Примечание: 0 - несрабатывание, 1 - срабатывание *Источник: Составлено авторами Source: compiled by the author.

Сочетание № 7 позволяет распознать отказ измерительного тракта центрального трансформатора тока в любом режиме, в том числе и в нормальном режиме, до возникновения КЗ. Эта возможность позволяет адаптировать защиту к будущим КЗ с учетом отказа ТТ.

Рассмотрим различные варианты отказов на модельных экспериментах. Силовые выключатели B2, B3 и B5, окружающие шину, управляются ИЭУ 3, 4 и 5.

Анализ срабатывания защиты при различных вариантах КЗ и отказов, а также в нормальном режиме на примере защиты шин. Ситуация нормального режима и отсутствия повреждений измерительного тракта в ТТ защиты шин. Ток небаланса или дифференциальной ток в этой ситуации меньше величины тока уставки - условие (2). Предлагаемая схема (рис. 1) смоделирована в программе PSCAD, результат дифференциального тока нормального режима в зоне шин показан на рисунке 2.

1диф 1тт2 ^ттЗ 1 тт5

(2)

(б)

Рис. 2. а) Моделирование дифференциальной Fig. 2. a) Modeling of differential protection logic логики защиты шины в нормальном режиме; tires in normal mode; b) test result б) результат теста

*Источник: Составлено авторами Source: compiled by the author.

В случае возникновения короткого замыкания в зоне шины и отсутствия повреждения измерительных трансформаторов ТТ2, ТТ3 и ТТ5. В этом случае ИЭУ отключат КЗ (рис. 3).

a-s-g

(а)

(б)

Рис. 3. а) схема в программе PSCAD при Fig. 3. a) diagram in the PSCAD program in case of возникновении короткого замыкания; a short circuit; b) test result in case of a short circuit б) результат теста при возникновении короткого inside the bus zone замыкания внутри зоны шины

*Источник: Составлено авторами Source: compiled by the author.

Ситуация отказа трансформаторов тока на правой стороне шины 2 (ТТ3 или ТТ5) или отказы их силовых выключателей, или каналов связи включателей с ИЭУ. Эти ТТ становятся бесполезны с точки зрения РЗ сети. В этом случае возможно укрупнение зоны защиты, если требуется сохранить быстроту действия РЗ, например, по требованиям устойчивости. При возникновении отказа ТТ, ИЭУ генерируют сигналы об этом отказе и исключают отказавший ТТ из расчета. В правой зоне защита шин будет опираться на ТТ4 в случае сбоя ТТ3 или на ТТ6 в случае сбоя в ТТ5.

Пусть в ТТ3 возник отказ, тогда расчетное выражение дифференциального тока в защите шин после объединения зон и удаления ТТ3 из расчета будет выглядеть следующим образом:

1диф _ 1тт2 _1тт4 ~1тт5 (3)

В итоге защищаемая зона увеличится. Результаты измерения дифференциального тока, состояние выключателей показаны на рисунке 4.

Рис. 4. а) схема в программе PSCAD при Fig. 4. a) diagram in the PSCAD program in case of возникновении короткого замыкания внутри a short circuit inside the bus zone and a failure of the зоны шины и отказ РЗ 3; б) результат теста; RZ 3; b) test result; c) control of circuit breakers в) управление силовых выключателей

*Источник: Составлено авторами Source: compiled by the author.

Если вместо отказа ТТ3 возникнет отказ ТТ5 или его силового выключателя, то защищаемая зона будет укрупнится до ИЭУ 2, ИЭУ 3 и ИЭУ 6, соответственно. Выражение дифференциального тока в шине после объединения двух зон в одну зону:

1 диф 1 тт2 1 тт3 1 тт6

(4)

Моделирование этой ситуации показано на рисунке 5.

Рис. 5. а) схема в программе PSCAD; б) результат Fig. 5. a) the diagram in the PSCAD program; b) the теста при возникновении короткого замыкания test result in the event of a short circuit inside the внутри зоны шины и отказ РЗ 5; в) управление bus zone and a failure of the RZ 5; c) control of автоматических выключателей circuit breakers

*Источник: Составлено авторами Source: compiled by the author.

На левой стороне от шин установлен трансформатор тока ТТ2, и силовой выключатель В2. Ситуация повреждения тракта ТТ2 и одновременного возникновения короткого замыкания на шинах приводит к отказу обычной быстродействующей защиты шин. В логическом принципе возможно раннее распознавание отказа ТТ за счет обмена информацией между ИЭУ, после чего можно удалить отказавший ТТ2 из плеча дифференциальной защиты и сохранить ее работоспособность. При этом зона защиты увеличится и в ней будут находиться 2 элемента: трансформатор и шина. При коротком замыкании в зоне, плечами защиты будут ИЭУ 2, 4 и 5 и они отключат свои выключатели. Результат моделирования показан на рисунке 6.

(б)

Рис. 6. а) схема в программе PSCAD; б) результат Fig. 6. a) a diagram in the PSCAD program in case теста при возникновении короткого замыкания of a short circuit inside the bus zone and a failure of внутри зоны шины и отказ РЗ 2; в) управление the RZ 2; b) the test result; c) the control of circuit автоматических выключателей breakers

*Источник: Составлено авторами Source: compiled by the author.

Рассмотрим ситуации внешнего короткого замыкания относительно защиты шин при отсутствии отказа ТТ защиты шин. В этом случае РЗ должно сработать в зоне, где возникло замыкание. На левой стороне шин находится зона защиты трансформатора, ограниченная трансформаторами тока ТТ1 и ТТ2. В случае замыкания в трансформаторе должна действовать защита трансформатора, как показано на рисунке 7, т.к. это внешнее короткое замыкание относительно шин.

Рис. 7. а) схема в программе PSCAD; б) результат Fig. 7. a) the diagram in the PSCAD program; теста при возникновении короткого замыкания с b) test result in the event of a short circuit from the левой зоны шины; в) управление автоматических left zone of the bus; c) control of circuit breakers выключателей

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

*Источник: Составлено авторами Source: compiled by the author.

В случае повреждения тракта измерительного ТТ2 одновременно с возникновением КЗ в зоне силового трансформатора, должна действовать зона дифференциально -логической защиты трансформатора с плечами: ИЭУ 1, 3 и 5. Результаты моделирования при отказе РЗ 2 показаны на рисунке 8.

Рис. 8. а) схема в программе PSCAD; б) результат Fig. 8. a) the diagram in the PSCAD program; b) the теста при возникновении короткого замыкания с test result in the event of a short circuit from the left левой зоны шины при отказе РЗ 2; в) управление zone of the bus in case of a failure of the RC 2; c) the автоматических выключателей control of circuit breakers

*Источник: Составлено авторами Source: compiled by the author.

С правой стороны зоны шин расположены две дифференциальные зоны, представленные двумя линиями передачи. В случае возникновения короткого замыкания в линии, это приведет к внешнему короткому замыканию по отношению к зоне шин. РЗ, установленные с 2-х сторон линии должны выполнить отключение своих выключателей, как показано на рисунке 9. Если одновременно есть отказ силового выключателя или элемента РЗ, то должна будет действовать исключающая логика объединения зон защиты с исправными плечами защиты.

(а) 115

Рис. 9. а) схема в программе PSCAD; б) результат Fig. 9. a) the diagram in the PSCAD program; b) the теста при возникновении короткого замыкания с test result in the event of a short circuit from the правой зоны шины; в) управление right zone of the bus; c) the control of circuit автоматических выключателей breakers

*Источник: Составлено авторами Source: compiled by the author.

Таким образом, отличие дифференциально-логической защиты от существующей традиционной дифференциальной защиты заключается в том, что все ИЭУ непрерывно взаимодействуют друг с другом, распознавая КЗ, отказы ТТ и других элементов РЗ, передавая эту информацию и принимая решения об изменении топологии РЗ. Это приводит к ускорению отключений КЗ и повышению надежности ЭЭС в целом.

Заключение (Conclusions)

В статье рассмотрены основные принципы построения логической дифференциальной защиты, которая использует информационную сеть МЭК 61850.

Произведены модельные эксперименты по различным ситуациям отказов в электрической сети и цепях трансформаторов тока: возникновение короткого замыкания в зоне защиты, внешнего короткого замыкания, повреждения тракта измерительного трансформатора тока или силового выключателя. Так же рассмотрены ситуации наложения отказов.

В некоторых ситуациях традиционная дифференциальная защита откажет и КЗ будет отключаться медленными резервными защитами, что может привести к нарушению устойчивости ЭЭС. В логической дифференциальной защите эти же ситуации не будут приводить к полному отказу, и защита сможет быстро отключить КЗ.

Рассмотренные принципы могут быть положены в основу релейной защиты перспективных цифровых сетей электроснабжения с источниками распределенной генерации (микрогрид).

Литература

1. Чернобровов Н.В «Релейная защита» М., «Энергия», 1974 г.

2. Сивков А.С., Щеглов Л.В., Ведерников Г.А., Петрова О.В. Дополнительные Параметры Трансформаторов Тока Для Обеспечения Надежной Работы Сети // ЭНЕРГОЭКСПЕРТ . 2018,с 50-53.

3. Атнишкин А.Б., Лямец Ю.Я Модификации Алгоритма Дифференциальной Защиты // ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ . 2019 .С 44-49.

4. Висящев А.Н., Зайцева Н.А., Федосов Д.С. Повышение Надежности Работы Цифровых Дифференциальных Защит В Режимах С Глубоким Насыщением Трансформаторов Тока.// РЕЛЕЙЩИК,2021 № 3. с.14-19.

5. Булычев А.В.,Васильев Д.С., Козлов В.Н.,Силанов Д.Н. Релейная защита в распределительных сетях 110/35/10 кВ в условиях цифровой трансформации электроэнергетических систем// РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИЗАЦИЯ , 2019 . № 34 с. 71-77

6. Шарыгин М.В., Вуколов В.Ю., Обалин М.Д., Петров А.А. Интеграция новых и традиционных алгоритмов релейной защиты в перспективных распределительных электросетях 6-35 кВ // Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики. Материалы 92-го заседания Международного научного семинара им. Ю.Н. Руденко. 2020. С. 126-135.

7. Куликов А.Л., Шарыгин М.В. Дифференциально-логический принцип релейной защиты сетей электроснабжения // Электрические станции, 2018. № 3. с. 37-46.

8. Stavinskiy A.A., Tsyganov A.M. Design and technological proposals for improving a single-phase transformer with laminated magnetic core. Electrical Engineering & Electromechanics, 2020, no. 6, pp. 1117.

9. Allah, R.A. Adaptive Busbar Differential Relaying Scheme during Saturation Period of Current Transformers Based on Alienation Concept. IET Gener. Transm. Distrib. 2016, 10, 3803-3815.

10. Song, M.-H.; Kang, S.-H.; Lee, N.-H.; Nam, S.-R. IEC 61850-Based Centralized Busbar Differential Protection with Data Desynchronization Compensation. Energies 2020, 13, 967.

11. Головин А. О. Тип данных Quality в стандарте МЭК 61850 // Цифровая подстанция. 2011

12. Шарыгин М.В., Куликов А.Л. Цифровая защита и автоматика систем электроснабжения с активными промышленными потребителями. Вологда: Издательство "Инфра-Инженерия", 2022, 268 с.

13. Таубес И. Р. Дифференциальная защита шин 110-220 кВ. - М.: Энергоатомиздат, 1984. -

96 с.

14. Ли, У.; Тан, Ю.; Ли, Ю.; Цао, Ю.; Чен, С.; Чжан, М. Новая стратегия дифференциальной резервной защиты интеллектуальных распределительных сетей: быстрый и надежный подход. IEEE Access 2019, 7, 38135-38145.

15. Ivanchenko D., Smirnov A. Identification of interturn faults in power transformers by means of generalized symmetrical components analysis. E3S Web of Conferences, 2019, vol. 140

16. Шабад М.А. Защита от однофазных замыканий на землю в сетях 6-35 кВ: М.: Энергопрогресс: Энергетик, 2007. 63 с.

Авторы публикации

Шарыгин Михаил Валерьевич - д-р. техн. наук, профессор кафедры «Электроэнергетика, электроснабжение и силовая электроника», Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева, г. Нижний Новгород

Джериу Ахмед Сахиб Наджи - аспирант, Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева, г. Нижний Новгород

Обалин Михаил Дмитриевич - канд. техн. наук, главный специалист службы электрических режимов, Филиал АО «СО ЕЭС» «Региональное диспетчерское управление энергосистем Нижегородской области, Республики Марий Эл и Чувашской Республики - Чувашии», г. Нижний Новгород

References

1. Chernobrov N.V. "Relay protection" M., "Energy", 1974.

2. Sivkov A.S., Shcheglov L.V., Vedernikov G.A., Petrova O.V. Additional Parameters Of Current Transformers To Ensure Reliable Operation Of The Network // ENERGOEXPERT. 2018, pp 50-53.

3. Atnishkin A.B., Lyamets Yu.I Am A Modification Of The Differential Protection Algorithm // ELECTRIC STATIONS . 2019 .From 44-49.

4. Visyashchev A.N., Zaitseva N.A., Fedosov D.S. Improving The Reliability Of Digital Differential Protections In Modes With Deep Saturation Of Current Transformers.// RELAYER, 2021 № 3. pp.14-19.

5. Bulychev A.V., Vasiliev D.S., Kozlov V.N., Silanov D.N. Relay protection in 110/35/10 kV distribution networks in conditions of digital transformation of electric power systems// RELAY PROTECTION AND AUTOMATION , 2019 . № 34 p 71-77.

6. Sharygin M.V., Vukolov V.Yu., Obalin M.D., Petrov A.A. Integration of new and traditional relay protection algorithms in promising 6-35 kV distribution power grids // Methodological issues of reliability research of large energy systems. Materials of the 92nd meeting of the International Scientific Seminar named after Y.N. Rudenko. 2020. pp. 126-135.

7. Kulikov A.L., Sharygin M.V. Differential logic principle of relay protection of power supply networks // Electric stations, 2018. № 3. pp. 37-46.

8. Stavinskiy A.A., Tsyganov A.M. Design and technological proposals for improving a single-phase transformer with laminated magnetic core. Electrical Engineering & Electromechanics, 2020, № 6, pp. 11-17.

9. Allah, R.A. Adaptive Busbar Differential Relaying Scheme during Saturation Period of Current Transformers Based on Alienation Concept. IET Gener. Transm. Distrib. 2016, 10, 3803-3815.

10. Song, M.-H.; Kang, S.-H.; Lee, N.-H.; Nam, S.-R. IEC 61850-Based Centralized Busbar Differential Protection with Data Desynchronization Compensation. Energies 2020, № 13, 967.

11. Golovin A. O. Quality data type in the IEC 61850 standard // Digital substation. 2011.

12. Sharygin M.V., Kulikov A.L. Digital protection and automation of power supply systems with active industrial consumers. Vologda: Infra-Engineering Publishing House, 2022,268p.

13. Taubes I. R. Differential tire protection 110-220 kV. - M.: Energoatomizdat, 1984. - 96 p.

14. Li, W.; Tan, Y.; Li, Y.; Cao, Y.; Chen, C.; Zhang, M. A New Differential Backup Protection Strategy for Smart Distribution Networks: A Fast and Reliable Approach. IEEE Access 2019, 7, 3813538145.

15. Ivanchenko D., Smirnov A. Identification of interturn faults in power transformers by means of generalized symmetrical components analysis. E3S Web of Conferences, 2019, vol. 140.

16. Shabad M.A. Protection against single-phase earth faults in 6-35 kV networks: M.:Energoprogress: Energetik, 2007. 63 p.

Authors of the publication

Mikhail V. Sharygin - Nizhny Novgorod State Technical University named R.E. Alekseev, Nizhny Novgorod.

Jeryo Ahmed Sahib Naji - Nizhny Novgorod State Technical University named R.E. Alekseev, Nizhny Novgorod.

Mikhail D. Obalin - Regional Dispatch Control of Power Systems of the Nizhny Novgorod Region, the Republic of Mari El and the Chuvash Republic - Chuvashia, Nizhny Novgorod.

Шифр научной специальности: 2.4.2. Электротехнические комплексы и системы

Получено

11.03.2024 г.

Отредактировано

27.05.2024 г.

Принято

03.06.2024 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.