Модифицированная токовая защита обратной последовательности для работы в условиях несимметрии нагрузки
к.т.н. Федосов Д.С. - Иркутский национальный исследовательский технический университет (ИРНИТУ), г. Иркутск, Россия.

Аннотация: в статье исследуется работа токовой защиты обратной последовательности при коротких замыканиях в условиях несимметрии токов, вызванной однофазными нагрузками, такими как тяговая нагрузка железных дорог переменного тока. Проведён анализ влияния несимметричных нагрузок на формирование токов обратной последовательности по результатам натурных испытаний и на математической модели, выполнено моделирование различных режимов работы электрической сети с несимметричной нагрузкой в среде MATLAB Simulink. Показано, что при существенной несимметрии нагрузки токи обратной последовательности могут быть сопоставимы по величине с токами короткого замыкания, что создаёт вероятность излишнего срабатывания защиты. Предложена модификация токовой защиты обратной последовательности для обеспечения её чувствительности и селективности, основанная на анализе соотношения векторов токов обратной и прямой последовательностей, а также на учёте скорости изменения тока обратной последовательности. В составе защиты реализован избиратель повреждённой фазы. Результаты моделирования подтвердили эффективность использования модифицированной токовой защиты обратной последовательности для распознавания несимметричных коротких замыканий на фоне переменной несимметричной нагрузки, в том числе при удалённых коротких замыканиях через значительные переходные сопротивления.

Ключевые слова: избиратель поврежденной фазы, несимметричные короткие замыкания, несимметрия токов, однофазная нагрузка, релейная защита, токовая защита обратной последовательности, тяговая нагрузка, фильтры симметричных составляющих.

Modified negative-sequence overcurrent protection for operation under load asymmetry conditions
Ph.D. Fedosov D.S. - Irkutsk National Research Technical University (INRTU), Irkutsk, Russia.

Abstract: this paper investigates the performance of negative-sequence overcurrent protection during short circuits under conditions of current asymmetry caused by single-phase loads, such as those from AC railway traction systems. An analysis of the impact of unbalanced loads on the generation of negative-sequence currents is carried out based on field test data and a mathematical model. Various operating modes of an electric power network with unbalanced loading are simulated using MATLAB Simulink. It is demonstrated that under significant load asymmetry, negative-sequence currents can reach magnitudes comparable to short-circuit currents, thereby increasing the risk of false tripping of protection. A modified negative-sequence overcurrent protection scheme is proposed to ensure both sensitivity and selectivity. The modification is based on analyzing the ratio of negative-sequence to positive-sequence current phasors and monitoring the rate of change of the negative-sequence current. A faulted phase selector is also implemented within the protection scheme. Simulation results confirm the effectiveness of the modified negative-sequence overcurrent protection in reliably identifying unsymmetrical short circuits under variable unbalanced load conditions, including remote faults with high fault resistance.

Keywords: current asymmetry, faulted phase selector, negative-sequence overcurrent protection, relay protection, sequence filters, single-phase load, traction load, unbalanced short circuits.

Цифровые комбинированные трансформаторы тока и напряжения с поддержкой синхронизированных векторных измерений
Ульянов Д.Н. (1,2), д.т.н. Мокеев А.В. (1,2), Пискунов С.А.(1,2), Андреев П.И. (1,2) - 1) Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова (САФУ), 2) OOО «Инженерный центр «Энергосервис», г. Архангельск, Россия.

Аннотация: в статье рассмотрены преимущества применения в электрических сетях среднего напряжения цифровых комбинированных измерительных трансформаторов на базе катушки Роговского и емкостного делителя напряжения. Применение катушки Роговского позволит значительно повысить точность измерений синхровекторов тока в широком диапазоне изменения тока благодаря отсутствию насыщения и остаточной намагниченности, характерных для электромагнитных трансформаторов тока. Для повышения точности и быстродействия оценки синхровектора тока предлагается использовать частотные фильтры с комплексной импульсной функцией. Применение цифровых измерительных трансформаторов совместно с усовершенствованными алгоритмами дистанционной и дифференциальной защиты на основе применения синхронизированных векторных измерений позволит повысить основные характеристики указанных защит, в том числе быстродействие, точность, чувствительность. Результаты исследований подтверждены лабораторными испытаниями опытных образцов устройств релейной защиты и опытом эксплуатации цифровых комбинированных измерительных трансформаторов.

Ключевые слова: цифровые измерительные трансформаторы тока и напряжения, катушка Роговского, синхронизированные векторные измерения, синхровекторы тока и напряжения, частотные фильтры с комплексной импульсной функцией, дистанционная защита, дифференциальная защита.

Digital combined current and voltage transformers with synchronized phasor measurements
Ulyanov D.N. (1,2), D.Sc. Mokeev A.V.(1,2), Piskunov S.A.(1,2), Andreev P.I.(1,2) - 1) Northern (Arctic) Federal University, 2) Engineering Center «Energoservice» LLC, Arkhangelsk, Russia.

Abstract: this paper discusses the advantages of digital combined instrument transformers based on a Rogowski coil and a capacitive voltage divider in medium-voltage electrical networks. The Rogowski coil significantly improves the accuracy of current synchrophasor measurements over a wide range due to the absence of saturation and residual magnetization, which are typical for electromagnetic current transformers. This study considers frequency filters with a complex impulse response to improve the speed and accuracy of current synchrophasor estimation. Digital instrument transformers and advanced algorithms for distance and differential protection based on synchrophasor technology improve the main protection characteristics, such as speed, accuracy, and sensitivity. The study results were confirmed by mathematical modeling, laboratory tests of protection device prototypes, and experience in operating digital combined instrument transformers.

Keywords: digital instrument transformers, Rogowski coil, synchrophasor measurements, current and voltage synchrophasors, filters with complex impulse response, distance protection, differential protection.

Предотвращение повреждения элегазовых выключателей при повторном включении линии электропередачи с шунтирующими реакторами
Воробьев Е.С. (1,2), д.т.н. Антонов В.И. (1,2), к.т.н. Иванов Н.Г. (1,2), к.т.н. Ильин А.А.(1), к.т.н. Солдатов А.В. (1,2), к.т.н. Наумов В.А. (1,2) - 1) ЧГУ им. И.Н. Ульянова, 2) ООО НПП «ЭКРА», г. Чебоксары, Россия.

Аннотация: рассматривается новая стратегия трёхфазного автоматического повторного включения линий электропередачи с шунтирующими реакторами, предотвращающая повреждение элегазовых выключателей в цикле АПВ и смягчающая коммутационные перенапряжения в ЛЭП. Стратегия учитывает, что при повторном включении заряженной линии в произвольный момент могут сложиться условия, при которых апериодическая составляющая тока шунтирующих реакторов превышает принужденную составляющую тока включения, приводя к отсутствию переходов тока выключателя через нуль. В этом случае в элегазовом выключателе длительно горит дуга, приводя его к разрушению. Предлагается управляемое включение выключателя в оптимальную фазу напряжения, при которой принужденная составляющая тока превышает апериодическую, гарантированно обеспечивая наличие переходов через нуль уже на первом периоде принужденной составляющей и тем самым создавая условия безопасной коммутации выключателя. Определение оптимальной фазы основано на оценке текущего режима компенсации зарядной мощности линии. Момент включения выключателя предсказывается методом адаптивного структурного анализа. Одновременно с этим достигается снижение уровня коммутационных перенапряжений путем локализации момента включения выключателя вблизи минимума огибающей напряжения.

Ключевые слова: управляемая коммутация, линии электропередачи, шунтирующий реактор, предотвращение повреждения выключателя, коммутационные перенапряжения.

Preventing catastrophic failure of SF6 circuit breakers during transmission line reclosing with shunt reactors
Vorobyev E.S. (1,2), D.Sc. Antonov V.I. (1,2), Ph.D. Ivanov N.G. (1,2), Ph.D. Ilyin А.А.(1), Ph.D. Soldatov A.V. (1,2), Ph.D. Naumov V.A. (1,2) - 1) Chuvash State University, 2) EKRA RPE Ltd., Cheboksary, Russia.

Abstract: this paper examines a new strategy for three-phase automatic reclosing of power transmission lines equipped with shunt reactors. The strategy is designed to prevent damage to SF6 circuit breakers during the reclosing cycle and to mitigate switching overvoltages in the power line. The strategy accounts for the fact that when re-energizing a charged line at an arbitrary moment, conditions may arise where the aperiodic (DC) component of the shunt reactor current exceeds the forced (AC) component of the inrush current. This can lead to a lack of current zero crossings in the circuit breaker current. In such a case, a long-lasting arc burns in the SF6 circuit breaker, potentially causing its destruction. The proposed solution is a controlled closing of the circuit breaker at an optimal voltage phase angle. At this angle, the forced current component exceeds the aperiodic component, which guarantees the occurrence of current zero crossings already within the first period of the forced component, thereby creating conditions for safe circuit breaker operation. The determination of the optimal phase is based on an assessment of the current line charging power compensation mode. The circuit breaker closing instant is predicted using an adaptive structural analysis method. Simultaneously, this approach achieves a reduction in the level of switching overvoltages by localizing the breaker closing instant near the voltage envelope minimum.

Keywords: controlled switching, power transmission lines, shunt reactor, circuit breaker damage prevention, switching overvoltages.

Принципы построения систем автоматического управления твердотельными трансформаторами для гибридных распределительных сетей
Вольный В.С., д.т.н. Илюшин П.В. - Институт энергетических исследований Российской академии наук (ИНЭИ РАН), г. Москва, Россия.

Аннотация: массовая интеграция распределенных энергоресурсов (РЭР) в распределительные сети (РС) приводит к возникновению схемно-режимных ситуаций с разнонаправленными потоками мощности. Одним из основных элементов РС является традиционный силовой трансформатор (СТ), не имеющий возможностей для оперативного управления режимами РС с РЭР. Применение твердотельных трансформаторов (ТТТ) для связи РС среднего (СН) и низкого напряжения (НН) как переменного, так и постоянного тока имеет большие перспективы при проведении реконструкции РС. Снижения потерь электроэнергии в РС можно добиться в том числе за счет создания сетей постоянного тока СН и НН. В гибридных РС переменно-постоянного тока особенно эффективно применение ТТТ, учитывая их полную управляемость напряжением, током и частотой за счет наличия силовых электронных преобразователей (СЭП). Для управления режимами РС с ТТТ требуется разработка отечественных систем автоматического управления (САУ). В статье представлены принципы построения и методы управления ТТТ, определяемые архитектурой и назначением ТТТ. Приведена архитектура САУ ТТТ с описанием пяти этапов управления, а также рассмотрены особенности функционирования САУ ТТТ в различных схемно-режимных ситуациях РС.

Ключевые слова: гибридная распределительная сеть, распределенные энергоресурсы, твердотельный трансформатор, силовой электронный преобразователь, система автоматического управления.

Principles of building automatic control systems for solid-state transformers for hybrid distribution networks
Volnyi V.S., D.Sc. Ilyushin P.V. - Energy Research Institute of Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia.

Abstract: the massive integration of distributed energy resources (DER) into distribution networks leads to circuit-mode situations with multidirectional power flows. One of the main elements of the distribution networks is a traditional power transformer (PT), which does not have the capabilities for operational control of distribution networks modes with DER. The use of solid-state transformers (SST) for the communication of medium (MV) and low voltage (LV) distribution networks, both alternating and direct current, has great prospects for the reconstruction of distribution networks. Reduction of electricity losses in the distribution networks can be achieved, among other things, by creating direct current MV and LV distribution networks. In hybrid AC-DC distribution networks, the use of SST is especially effective, considering their full controllability of voltage, current and frequency due to the presence of power electronic converters (PEC). To control distribution networks modes with SST, the development of domestic automatic control systems (ACS) is required. The article presents the principles of construction and management methods of SST, determined by the architecture and purpose of SST. The architecture of the SST ACS is presented with a description of the five control stages, as well as the features of the SST ACS functioning in various circuit-mode situations of the distribution networks.

Keywords: hybrid distribution network, distributed energy resources, solid-state transformer, electronic power converter, automatic control system.

Обеспечение надежной работы устройств защиты в коллекторной сети ветровой электростанции при установке токоограничивающего реактора
Симонов А.В., д.т.н. Илюшин П.В. - Институт энергетических исследований Российской академии наук (ИНЭИ РАН), г. Москва, Россия.

Аннотация: в условиях декарбонизации энергетики в эксплуатацию массово вводятся крупные ветровые электростанции (ВЭС) с современными ветроэнергетическими установками (ВЭУ) IV типа, которые подключаются к коллекторной сети ВЭС через инверторные преобразователи. В инверторных преобразователях ВЭУ реализована функция Low voltage ride through (LVRT), предотвращающая отключение ВЭУ при кратковременных провалах напряжения в результате аварийных возмущений во внешней сети. В случае снижения напряжения на выходе инверторных преобразователей ВЭУ ниже 20% от номинальной величины ВЭУ отключаются функцией LVRT, что может приводить к авариям с дефицитом активной мощности в энергосистемах. Установка на ВЭС токоограничивающего реактора (ТОР) позволяет повысить величину остаточного напряжения на выходе инверторных преобразователей ВЭУ IV типа, предотвратив их отключение. Однако при этом уменьшается величина тока подпитки от энергосистемы при коротких замыканиях (КЗ) в коллекторной сети ВЭС. Это может привести к отказам защит в коллекторной сети ВЭС, сопровождающимся более серьезными повреждениями электрооборудования. В статье представлена разработанная упрощенная методика, позволяющая определить границы области эффективного применения ТОР, а также рассчитать его индуктивное сопротивление. Расчеты можно проводить без использования специализированных программных комплексов (ПК), а также в условиях отсутствия достоверной информации о параметрах внешней сети. Выбор ТОР проводится по условию обеспечения надежной работы устройств защиты в коллекторной сети ВЭС. Результатами сравнительных расчетов в ПК PowerFactory подтверждена эффективность разработанной упрощенной методики.

Ключевые слова: ветровая электростанция, ветроэнергетическая установка IV типа, инверторный преобразователь, функция LVRT, аварийное возмущение, токоограничивающий реактор, устройства защиты.

Ensuring reliable operation of protection devices in the collector network of wind power plant when installing a current-limiting reactor
Simonov A.V., D.Sc. Ilyushin P.V. - Energy Research Institute of Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia.

Abstract: in the conditions of decarbonization of energy, large wind power plants (WPPs) with modern type IV wind turbines are being put into operation en masse, which are connected to the collector network of WPP through inverters. The Low voltage ride through (LVRT) function is implemented in wind turbines inverters, which prevents wind turbines from shutting down during short-term voltage failures as a result of emergency disturbances in the external network. If the output voltage of the wind turbines inverters drops below 20% of the nominal value, the wind turbines are switched off by the LVRT function, which can lead to accidents with a shortage of active power in the power systems. The installation of a current-limiting reactor (CLR) at WPPs makes it possible to increase the residual voltage at the output of type IV wind turbine inverters, preventing their shutdown. However, at the same time, the amount of supply current from the power system decreases with a short circuit in the collector network of the WPPs. This can lead to protection failures in the collector network of WPPs, accompanied by more serious damage to electrical equipment. The article presents a simplified methodology that allows us to determine the boundaries of the effective field of application of the CLR, as well as calculate its inductive resistance. Calculations can be carried out without using specialized software packages, as well as in the absence of reliable information about the parameters of the external network. The choice of a CLR is carried out according to the condition of ensuring reliable operation of protection devices in the collector network of WPPs. The results of comparative calculations in the PowerFactory software package confirm the effectiveness of the developed simplified methodology.

Keywords: wind power plant, type IV wind turbine, inverter, LVRT function, emergency disturbance, current limiting reactor, protection devices.

Реализация защит дальнего резервирования воздушных линий электропередачи на дистанционном принципе
Лопухов В.М. (1), Меер В.М. (1), Николаев А.Ю. (2), Евгеньев Е.В. (2), к.т.н. Дони Н.А. (1), к.т.н. Шурупов А.А. (1), Иванов А.В. (1), Никитин И.А. (1) - 1) ООО НПП «ЭКРА», г. Чебоксары, Россия, 2) АО «Сетевая компания», г. Казань, Россия.

Аннотация: изложены принципы реализации защиты дальнего резервирования (ЗДР) воздушных линий электропередачи 35, 110-220 кВ. Представлен опыт десятилетней эксплуатации ЗДР на базе микропроцессорных (МП) терминалов производства НПП «ЭКРА» на воздушных линиях (ВЛ) электропередачи
АО «Сетевая компания» Республики Татарстан. Функция ЗДР предлагается в составе типового шкафа ступенчатых защит линий 110-220 кВ серии ШЭ2607, а ЗДР линий 35 кВ в составе терминала БЭ2502. Отмечены особенности реализации ЗДР транзитных линий 110-220 кВ и тупиковых линий 35 кВ с использованием дистанционного принципа. Предложены методики выбора уставок функции ЗДР и вариант реализации программы выбора уставок.

Ключевые слова: защита дальнего резервирования, дистанционный принцип, воздушные линии электропередачи, ответвительные подстанции, короткие замыкания за трансформатором.

О вопросе измерения коэффициента остаточной намагниченности Kr
к.т.н. Александров Н.М. - ООО «НПП «Динамика», г. Чебоксары, Россия.

Аннотация: в статье рассмотрены особенности процедуры измерения коэффициента остаточной намагниченности (Kr) в трансформаторах тока (ТТ) классов 5PR и 10PR в соответствии с новым ГОСТ Р 70507.2-2024, а также проанализированы методы намагничивания магнитопровода и вычисления Kr. Описано устройство РЕТОМ-ТТ, реализующее стандартизированную методику измерения Kr и комплексную диагностику ТТ.

Ключевые слова: трансформатор тока, остаточная намагниченность, испытания.

Применение контроллеров на процессорах RISC-V совместно с программно-аппаратным комплексом «Цифровой двойник энергосистемы»
к.т.н. Волошин А.А. (1), Волошин Е.А. (1), к.т.н. Лебедев А.А. (1), д.т.н. Лачугин В.Ф. (1,2), Домрачев В.А. (1), Танюрчев Н.В. (1) - 1) Национальный исследовательский университет «МЭИ», 2) Всероссийский институт научно-технической информации (ВИНИТИ) РАН, г. Москва, Россия.

Аннотация: рассматривается применение контроллеров, реализуемых с применением процессоров архитектуры RISC-V при выполнении автоматизированных систем управления технологическими процессами с открытой архитектурой, а также интеграция программно-аппаратного комплекса «Цифровой двойник энергосистемы». Обсуждаются проблемы, связанные со стандартизацией и совместимостью оборудования в области автоматизированных систем управления технологическими процессами. Рассматривается также разработка прототипа программируемого логического контроллера на базе RISC-V для управления технологическим оборудованием. Приводится описание функциональной схемы, процесса разработки прикладного программного обеспечения и испытаний прототипа, а также результаты, подтверждающие возможность интеграции с программно-аппаратным комплексом «Цифровой двойник энергосистемы».

Ключевые слова: информационные технологии, автоматизированные системы управления технологическими процессами, процессоры RISC-V, программируемый логический контроллер, цифровой двойник энергосистемы, открытая архитектура.