Дистанционная защита на основе одностороннего и двухстороннего измерения синхровекторов
д.т.н. Мокеев А.В. (1,2), Пискунов С.А. (1,2) - 1) Северный (Арктический) Федеральный университет, 2) OOО «Инженерный центр «Энергосервис», г. Архангельск, Россия.

Аннотация: в статье обобщенны результаты исследований по совершенствованию дистанционной защиты (ДЗ) линии на основе односторонних и двухсторонних измерений синхровекторов напряжения и тока, которые были дополнены и расширены с учетом новых исследований авторов. В работе рассмотрено действие на ДЗ нескольких влияющих факторов, а также показаны способы их устранения. Предложено применение комбинированного подхода для построения ДЗ на основе использования дополнительных признаков распознавания повреждения. Результаты исследований подтверждены примерами математического моделирования, в том числе на основе данных цифровых осциллограмм однофазного короткого замыкания (КЗ).

Ключевые слова: дистанционная защита, синхронизированные векторные измерения, синхровекторы, электромеханические и электромагнитные переходные процессы, определение места повреждения.

Distance protection based on one-way and two-way measurement of synchrophasors
D.Sc. Mokeev A.V. (1,2), Piskunov S.A. (1,2) - 1) Northern (Arctic) Federal University, 2) Engineering Center «Energoservice» LLC, Arkhangelsk, Russia.

Abstract: this paper summarizes the results of research on improving line distance protection based on one-way and two-way measurements of voltage and current synchrophasors, which were supplemented and expanded considering new research by the authors. The work examines the effect of several influencing factors on distance protection, and also shows ways to eliminate them. It is proposed to use a combined approach for constructing distance protection based on the use of additional fault recognition features. The research results are confirmed by examples of mathematical modeling, including data based on digital oscillograms of a singlephase short circuit.

Keywords: distance protection, synchronized phasor measurements, synchrophasors, electromechanical and electromagnetic transients, fault location.


Защита с повышенной чувствительностью при коротких замыканиях на линиях электропередачи 220 кВ с произвольной степенью продольной компенсации
к.т.н. Иванов И.Ю., Новокрещенов В.В., к.т.н. Иванова В.Р. - Казанский государственный энергетический университет (КГЭУ), г. Казань, Россия.

Аннотация: в статье приводится описание алгоритма дифференциальной защиты и функциональная схема для его практической реализации. Во второй части статьи приводится оценка эффективности предложенного алгоритма.

Ключевые слова: релейная защита, дифференциальная защита линии, устройство продольной компенсации, алгоритм.

Increased-sensitivity protection for short-circuit faults on 220 kV power lines with arbitrary degree of series compensation
Ph.D. Ivanov I.Yu., Novokreshchenov V.V., Ph.D. Ivanova V.R. - Kazan State Power Engineering University (KSPEU), Kazan, Russia.

Abstract: the paper describes the algorithm of differential protection and functional diagram to practically implement it. The second part of the paper evaluates efficiency of the proposed algorithm.

Keywords: protective relay, line differential protection, series compensation device, algorithm.


Исследование чувствительности и вероятностей отказов релейной защиты в разных аварийных ситуациях
Рудюк И.Ф., к.т.н. Трофимов А.С. – Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), г. Новосибирск, Россия.

Аннотация: в настоящее время основным критерием оценки эффективности релейной защиты (РЗ) является коэффициент чувствительности. В нормативной документации приводятся минимально допустимые значения коэффициентов чувствительности для различных защит, достижение которых за редким исключением является обязательным, а отступление от требований, при невозможности обеспечения требуемого уровня чувствительности, должно обосновываться. В статье проводится численное моделирование различных видов коротких замыканий (КЗ) в среде MATLAB с целью определения вероятности отказа или излишнего срабатывания устройства релейной защиты (УРЗ) при расчете уставок срабатывания по применяемой в настоящее время методике, а также предлагается методика проверки правильности расчета уставок срабатывания УРЗ, при которой основным критерием оценки правильности выбора уставки является не коэффициент чувствительности, а вероятность срабатывания защиты при повреждении в сети. Результаты, полученные в ходе моделирования, предлагается использовать для анализа существующей методики расчета уставок РЗ, при которой эффективность защиты оценивается исходя из коэффициента чувствительности.

Ключевые слова: релейная защита, коэффициент надежности, трехступенчатая токовая защита, вероятность отказа, вероятность излишнего срабатывания, плотность распределения вероятностей тока короткого замыкания, численное моделирование.

The sensitivity and probability of relay protection failures in different fault conditions researching
Rudyuk I.F., Ph.D. Trofimov A.S. - Novosibirsk State Technical University (NSTU), Novosibirsk, Russia.

Abstract: currently, the main criterion for assessing the effectiveness of relay protection is the sensitivity coefficient. The regulatory documentation provides the minimum permissible values of sensitivity coefficients for various protections. Achievement of required sensitivity coefficients, with rare exceptions, is mandatory. If it is impossible to ensure the required level of sensitivity deviations from the requirements must be justified. The article carries out numerical modeling of various types of short circuits in the MATLAB environment in order to determine the probability of failure or excessive operation of a relay protection device when
the operation settings calculated according to the currently used methodology. The method for verification of calculated settings in which the main criterion of the choice is not the sensitivity coefficient, but the probability of the protection operating in the event of a fault in the network proposed. The results obtained during the simulation are proposed to be used to analyze the existing methodology for calculating relay protection settings, in which the effectiveness of protection assessing by the sensitivity coefficient.

Keywords: relay protection, reliability coefficient, three-stage phase overcurrent protection, probability of failure, probability of excessive operation, probability density of short-circuit current, numerical modeling.


Режимы энергосистем с однополярными токами, оказывающие опасное влияние на отключающую способность элегазовых выключателей
к.т.н. Арцишевский Я.Л. (1), Беспалько Н.В. (1), д.т.н. Лачугин В.Ф. (1,2) – 1) Национальный исследовательский университет «МЭИ», 2) Всероссийский институт научно-технической информации (ВИНИТИ) РАН, г. Москва, Россия.

Аннотация: приведен анализ опасности влияния однополярных (апериодических) токов в энергосистемах (ЭС) на работу элегазовых выключателей в различных режимах ее работы, в частности квазипостоянных геоиндуцированных токов (ГИТ), вызванных изменением геомагнитного и геоэлектрического поля Земли. Приведено описание электромагнитных переходных процессов, вызванных односторонним включением линии электропередачи (ЛЭП) с шунтирующими реакторами (ШР) на короткое замыкание (КЗ) и при бросках тока намагничивания (БТН) трансформаторов. Рассмотрена проблема насыщения электромагнитных трансформаторов тока (ТТ).

Ключевые слова: элегазовые выключатели, апериодическая составляющая тока, однополярный ток, геоиндуцированные токи, броски тока намагничивания, линии электропередачи, силовые трансформаторы, шунтирующие реакторы, трансформаторы тока.

Modes of power systems with unipolar currents, having a dangerous influence on the cutting capacity of SF6 circuit breakers
Ph.D. Artsishevsky Ya.L. (1), Bespalko N.V. (1), D.Sc. Lachugin V.F. (1,2) – 1) National Research University «MPEI», 2) All-Russian Institute for Scientific and Technical Information, Moscow, Russia.

Abstract: the analysis of the danger of the influence of unipolar (aperiodic) currents in power systems on the operation of SF6 circuit breakers in various modes of operation, in particular quasi-permanent geoinduced currents caused by changes in the geomagnetic and geoelectric fields of the Earth. The description of electromagnetic transients caused by the one-way switching on of a power transmission line with shunting reactors for short circuit and during surges of the magnetization current of transformers is given. The problem of saturation of electromagnetic current transformers is considered.

Keywords: SF6 circuit breakers, aperiodic current component, unipolar current, geoinduced currents, magnetization current surges, power lines, power transformers, shunt reactors, current transformers.


Синтез цифровой модели IGBT-модулей. Часть 1. Метод динамической идентификации
д.т.н. Попов М.Г. (1), Лу Чжиюй (1), к.т.н. Савченко О.В. (2), Богданов А.В. (1) - 1) Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ), 2) Крыловский государственный научный центр, г. Санкт-Петербург, Россия.

Аннотация: в работе выполнено математическое описание методики синтеза упрощенных цифровых моделей силовых импульсных преобразователей с нелинейными вольт-амперными характеристиками. Синтез моделей осуществляется с применением методов параметрической идентификации динамических систем. В статье приведены результаты численных экспериментов с уточненной и упрощенной цифровыми моделями силовых импульсных преобразователей. В качестве меры оценки достоверности найденных параметров упрощенных моделей IGBT в работе предложено использовать контроль погрешности воспроизведения этими моделями электромагнитной мощности в схемах возбуждения электрических машин. Установлено, что при использовании упрощенных моделей IGBT в эквивалентных схемах возбуждения синхронных машин возможны заниженные оценки границ области их устойчивой работы.

Ключевые слова: гибридные цепи переменного и постоянного тока, модуль IGBT, эквивалентная модель, идентификация параметров, достоверность модели, оценка достоверности эквивалентной модели.

Synthesis of digital model of IGBT modules. Part 1. The dynamic identification method
D.Sc. Popov M.G. (1), Lu Zhiyui (1), Ph.D. Savchenko O.V. (2), Bogdanov A.V. (1) – 1) Peter the Great St.Petersburg Polytechnic University, 2) Krylov State Research Centre, Saint Petersburg, Russia.

Abstract: the paper presents a mathematical description of the methodology for the synthesis of simplified digital models of power pulse converters with nonlinear voltage characteristics. The synthesis of models is carried out using methods of parametric identification of dynamic systems. The article presents the results of numerical experiments with refined and simplified digital models of power pulse converters. As a measure of evaluating the reliability of the found
parameters of simplified IGBT models, it is proposed to use the control of the error in reproducing electromagnetic power by these models in the excitation circuits of electric machines. It is established that when using simplified IGBT models in equivalent excitation circuits of synchronous machines, underestimated estimates of the boundaries of their stable operation are possible.

Keywords: hybrid AC and DC circuits, IGBT module, equivalent model, parameter identification, model reliability, evaluation of the reliability of the equivalent model.


Синтез цифровой модели IGBT-модулей. Часть 2. Поиск оптимальной дискретизации
д.т.н. Попов М.Г. (1), к.т.н. Савченко О.В. (2), Лу Чжиюй (1), к.т.н. Васильева О.А. (1) – 1) Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ), 2) Крыловский государственный научный центр, г. Санкт-Петербург, Россия.

Аннотация: в статье произведен поиск оптимальной дискретизации по времени упрощенных цифровых моделей IGBT-модулей, используемых в системах возбуждения или частотных преобразователей электрических машин. Настоящая статья является продолжением обсуждения результатов исследований, посвященных синтезу и обоснованию упрощенных эквивалентных моделей импульсного силового электрооборудования. Численные эксперименты производились при вариации частоты дискретизации вычислительного процесса и фиксации при этом продолжительности вычислительного процесса, а также величины наибольшей погрешности воспроизведения ими активной мощности. Для определения оптимальной дискретизации эквивалентных цифровых математических моделей IGBT предложена целевая функция, которая удовлетворяет критерию минимизации погрешности и критерию минимизации вычислительных затрат. По результатам выполненных исследований дана рекомендация выбора шага интегрирования дифференциально-алгебраических уравнений этих моделей равным 10 микросекундам. Результаты исследований, изложенные в статье, обладают научной новизной, представляют практическую значимость для оценки достоверности разработанных цифровых моделей IGBT.

Ключевые слова: система возбуждения, модуль IGBT, упрощенная модель IGBT, достоверность модели, оценка достоверности эквивалентной модели схемы возбуждения, снижение вычислительных затрат, оптимальная цифровая модель реального времени.

Synthesis of digital model of IGBT modules. Part 2. Search for optimal sampling
D.Sc. Popov M.G. (1), Ph.D. Savchenko O.V. (2), Lu Zhiyui (1), Ph.D. Vasilyeva O.A. (1) – 1) Peter the Great St.Petersburg Polytechnic University, 2) Krylov State Research Centre, Saint Petersburg, Russia.

Abstract: the article searches for optimal time sampling of simplified digital models of IGBT modules used in excitation systems or frequency converters of electric machines. This article is a continuation of the discussion of the results of research devoted to the synthesis and justification of simplified equivalent models of pulsed power electrical equipment. Numerical experiments were performed when the sampling frequency of the computational process was varied and the duration of the computational process was fixed, as well as the magnitude of the greatest error in reproducing their active power. To determine the optimal discretization of equivalent digital mathematical IGBT models, an objective function is proposed that satisfies the criterion of minimizing error and the criterion of minimizing computational costs. Based on the results of the performed studies, a recommendation is given for choosing the step of integration of differential algebraic equations of these models equal to 10 microseconds. The research results presented in the article have scientific novelty and are of practical importance for assessing the reliability of the developed digital IGBT models.

Keywords: excitation system, IGBT module, equivalent IGBT model, model reliability, evaluation of the reliability of the equivalent excitation circuit model, reduction of computational costs, optimal digital real-time model.


Оценка состояния линии электропередачи средствами активного волнового ОМП
к.т.н. Подшивалин А.Н. (1,2), Исмуков Г.Н. (1) – 1) ООО «Релематика», 2) ЧГУ им. И.Н. Ульянова, г. Чебоксары, Россия.

Аннотация: рассмотрена задача выявления гололедно-изморозевых отложений (ГИО) методом активного зондирования линии электропередачи. Использован эффект увеличения затухания высокочастотного сигнала в проводах под действием ГИО. Этот эффект носит распределенный по длине характер, что позволяет отличить ГИО от локального повреждения линии. Методика оценки ГИО применена к данным, полученным при опытной эксплуатации устройства активного волнового определения места повреждения на воздушной линии 35 кВ. В известных условиях ГИО оценено затухание для разных участков линии, выявлена неравномерная интенсивность ГИО по расстоянию. Периодическое зондирование линии позволило оценить сезонную скорость нарастания ГИО, полученные данные можно использовать для принятия превентивных мер по очистке линии.

Ключевые слова: активное волновое ОМП, гололедно-изморозевые отложения, затухание, высокочастотный канал связи, активное зондирование, определение места повреждения, диагностика, мониторинг.

Transmission line diagnostics using time-domain reflectometry
Ph.D. Podshivalin A.N. (1,2), Ismukov G.N. (1) – 1) Relematika, LLC, 2) Chuvash State University, Cheboksary, Russia.

Abstract: the application of time-domain reflectometry (TDR) to overhead transmission line in icing conditions is considered. The extra-attenuation effect of high-frequency signal at iced wires is observed. This effect is distributed along line length, so it is possible to differentiate icing from a local line fault. The ice-detection method is applied to the real data obtained by the pilot operation of TDR fault locator at 35 kV overhead line. Under the known iced conditions, the attenuation was estimated for several line sections and irregular ice intensity over distance was revealed. The periodic line diagnostics allows to estimate the seasonal ice grow rate; the obtained data can be taken into account for line clean up decision.

Keywords: timedomain reflectometry, traveling-wave fault location, conductor icing, attenuation, high-frequency communication channel, fault location, diagnostics, monitoring.


О совершенствовании методических подходов к математическому моделированию ветроэнергетических установок в отечественных программных комплексах АРМ СРЗА и RastrKZ
Симонов А.В., ООО «РТСофт-СГ», г. Екатеринбург, Россия; д.т.н. Илюшин П.В., Институт энергетических исследований Российской академии наук, г. Москва, Россия.

Аннотация: массовая интеграция генерирующих установок на основе возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в электрические сети поднимает ряд проблемных вопросов. В последнее время в электрические сети России интегрируются ветровые электростанции (ВЭС) с ветроэнергетическими установками (ВЭУ) различных типов. Важной задачей является обеспечение устойчивой работы ВЭУ при всех видах нормативных возмущений, а также надежного функционирования электрических сетей. При разработке проектов строительства ВЭС возникают вопросы, связанные с корректностью математического моделирования ВЭУ для выполнения расчетов токов короткого замыкания (КЗ). Это необходимо для выбора параметров настройки устройств релейной защиты (РЗ). В зарубежных программных комплексах (ПК) используются верифицированные модели ВЭУ с системами автоматического управления и защиты, позволяющие корректно учитывать их режимы работы. В отечественных ПК АРМ СРЗА и RastrKZ отсутствуют возможности для полноценного математического моделирования ВЭУ. В статье представлены предложения по совершенствованию методических подходов к математическому моделированию ВЭУ различных типов в отечественных ПК АРМ СРЗА и RastrKZ для выбора параметров настройки устройств РЗ и проведения анализа их работы. Сравнительными результатами расчетов токов подпитки места КЗ от ВЭУ подтверждена корректность упрощенного представления ВЭУ различных типов при учете их индивидуальных характеристик.

Ключевые слова: ветровая электростанция, ветроэнергетическая установка, программный комплекс, математическое моделирование, расчет токов короткого замыкания, нормативное возмущение, релейная защита.

On the improvement of methodological approaches to mathematical modeling of wind power plants in domestic software package AW RPA and RastrKZ
Simonov A.V., RTSoft-Smart Grid LLC, Ekaterinburg, Russia; D.Sc. Ilyushin P.V., Energy Research Institute of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia.

Abstract: the massive integration of generating plants based on renewable energy sources (RES) into electric grids creates a number of problematic issues. Recently, wind farms (WFs) with wind power plants (WPPs) of various types have been integrated into the electric networks of Russia. An important task is to ensure the stable operation of the WPPs under all types of regulatory disturbances, as well as the reliable functioning of electric networks. When developing WFs
construction projects, questions arise related to the correctness of mathematical modeling of WPPs to perform calculations of short-circuit currents (SC). This is necessary to select the settings of relay protection (RP) devices. In foreign software packages (SPs), verified models of WPPs with automatic control and protection system are used, allowing them to correctly take into account their operating modes. There are no opportunities for fullfledged mathematical modeling of WPPs in the domestic software packages AW RPA and RastrKZ. The article presents proposals for improving methodological approaches to the mathematical modeling of WPPs of various types in domestic software packages AW RPA and RastrKZ to select the settings of RP devices and analyze their operation. Comparative results of calculations of short-circuit charging currents from WPPs have confirmed the correctness of a simplified representation of WPPs of various types, taking into account their individual characteristics.

Keywords: wind farm, wind power plant, software package, mathematical modeling, calculation of shortcircuit currents, emergency disturbance, relay protection.


Инженерно-экономический анализ схем построения релейной защиты в сетях 6-20 кВ на основе цифровых датчиков тока
д.т.н. Булычев А.В., ООО «НПП Бреслер», г. Чебоксары, Россия; к.т.н. Гвоздев Д.Б., Грибков М.А., ПАО «Россетти Московский регион», г. Москва, Россия.

Аннотация: рассмотрены цифровые датчики тока со встроенными функциями токовых защит для распределительных электрических сетей 6-20 кВ. Показаны особенности построения схем релейной защиты на основе вновь разработанных цифровых датчиков тока. Приведены результаты сравнительного инженерно-экономического анализа возможных схем построения релейной защиты. Показаны преимущества двойной кольцевой схемы организации связи между отдельными устройствами релейной защиты. В примерах приведены количественные показатели, характеризующие улучшение свойств релейной защиты в распределительных сетях.

Ключевые слова: цифровизация, датчик тока, цифровая подстанция, релейная защита, отказы, резервирование.

Engineering and economic analysis of relay protection schemes in 6-20 kV networks based on digital current sensors
D.Sc. Bulichev A.V., «NPP Bresler» LLC, Cheboksary, Russia; Ph.D. Gvozdev D.B., Gribkov M.A., PJSC «Rosseti Moscow Region», Moscow, Russia.

Abstract: digital current sensors with built-in current protection functions for 6-20 kV distribution electric networks are considered. The features of constructing relay protection circuits based on newly developed digital current sensors are shown. The results of a comparative engineering and economic analysis of possible relay protection schemes are presented. The advantages of a double ring circuit for organizing communication between individual relay protection devices are shown. The examples show quantitative indicators characterizing the improvement of relay protection properties in distribution networks.

Keywords: digitalization, current sensor, digital substation, relay protection, failures, redundancy.


Автоматизация проверки параметров трансформаторов тока
к.т.н. Александров Н.М., Зарубин Д.В., ООО «НПП «Динамика», г. Чебоксары, Россия.

Аннотация: в статье рассмотрены особенности автоматизации испытаний трансформаторов тока (ТТ), а также устройство для их комплексной автоматизированной проверки, позволяющее сократить время проведения испытаний за счет использования единой схемы подключения проверок всех видов и повышающее точность и достоверность получаемых результатов за счет продуманных конструктивных и схемотехнических решений. Также в данном проверочном устройстве решен вопрос измерения характеристики намагничивания ТТ с высоким напряжением точки перегиба (до 40 кВ).


Учебно-методический комплекс для дистанционного изучения технологий высокоавтоматизированных подстанций
к.т.н. Монаков Ю.В., к.т.н. Поляков А.М., к.т.н. Трофимов А.В., к.т.н. Трофимов В.А., Национальный исследовательский университет «МЭИ», г. Москва, Россия.

Аннотация: приведено описание лабораторной базы и методического обеспечения для организации подготовки специалистов в области систем автоматизации высокоавтоматизированных подстанций (ВАПС). Основой комплекса является лабораторная установка, включающая современные интеллектуальные электронные устройства (ИЭУ), обеспечивающая реализацию программно-технического комплекса третьей архитектуры. В состав лабораторной установки входят ИЭУ управления и защит различных отечественных производителей. Методические материалы реализованы в виде интерактивных электронных изданий и видеоуроков на специализированном Youtube канале «Обучение АСУ ЭТО». Рассматриваются вопросы работы с базовым и прикладным программным обеспечением (ПО). Для организации дистанционной работы организован доступ к лабораторной установке через Интернет. Для физического наблюдения за оборудованием в сеть включены IP-видеокамеры.

Ключевые слова: автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) подстанций, обучение, интеллектуальные электронные устройства (ИЭУ), дистанционное обучение, учебно-методический комплекс.