Адаптивная модель нагрева электродвигателя для целей релейной защиты с превентивными функциями
Алексеев Е.С., д.т.н. Булычев А.В., Малышкин С.А. - ООО «НПП Бреслер», Балясников Д.А. - ЧГУ им. И.Н. Ульянова, г. Чебоксары, Россия.

Аннотация: традиционные методы защиты электродвигателей выявляют уже произошедшие повреждения. Хорошие перспективы открывает применение в релейной защите превентивных функций, позволяющих выявлять развивающиеся дефекты на ранней стадии и своевременно выводить электродвигатель из работы. Для этого необходимо адаптировать модель нагрева к задачам релейной защиты. Предложена адаптивная тепловая модель с коррекцией постоянной времени нагрева по показаниям датчика температуры. Доказана адекватность модели и объекта путем аналитических и экспериментальных исследований.

Ключевые слова: электродвигатели, нагрев электродвигателей, превентивные функции, релейная защита, адаптивная модель нагрева.

Adaptive model of electric motor heating for relay protection purposes with preventive functions
Alekseev E.S., D.Sc. Bulichev A.V., Malyshkin S.A. - «NPP Bresler» LLC, Ваlyasnikov D.A. - Chuvash State University, Cheboksary, Russia.

Abstract: traditional methods of protecting electric motors reveal damage that has already occurred. The use of preventive functions in relay protection opens up good prospects, which make it possible to detect developing defects at an early stage and disable the electric motor in a timely manner. To do this, it is necessary to adapt the heating model to the tasks of relay protection. An adaptive thermal model with correction of the heating time constant according to the temperature sensor readings is proposed. The adequacy of the model and the object is proved through analytical and experimental studies.

Keywords: electric motors, electric motor heating, preventive functions, relay protection, adaptive heating model.

Влияние отклонения частоты на точность оценки аварийных составляющих тока и напряжения
Ефремов Е.А.(1,2), к.т.н. Ефремов В.А.(1,2) - 1) ЧГУ им. И.Н. Ульянова, 2) ООО «Релематика», г. Чебоксары, Россия.

Аннотация: в статье исследуется влияние отклонения промышленной частоты на точность оценки аварийных составляющих тока и напряжения фильтрами аварийных составляющих 1-го, 2-го и 3-го порядков. Определены погрешности замера аварийных составляющих при отклонении частоты в условиях электромагнитных переходных процессов, а также в несимметричных режимах, обусловленных тяговой нагрузкой. Установлено, что при отклонении частоты ортогональные составляющие, поступающие на вход фильтра аварийных составляющих, содержат методическую погрешность, которая будет увеличиваться при получении аварийных составляющих. Предложен метод компенсации погрешностей на основе комбинированного фильтра аварийных составляющих, адаптивного к допустимым отклонениям частоты в энергосистеме.

Ключевые слова: релейная защита, ортогональные составляющие, аварийные составляющие, фильтр аварийных составляющих, отклонение частоты, погрешность замера.

Effect of frequency deviation on the accuracy of estimating the average current and voltage components
Efremov E.A.(1,2), Ph.D. Efremov V.A.(1,2) - 1) Chuvash State University, 2) «Relematika» LLC, Cheboksary, Russia.

Abstract: the paper studies the effect of industrial frequency deviation on the accuracy of estimating the emergency components of current and voltage by filters of the emergency components of the 1st, 2nd and 3rd orders. The measurement errors of the emergency components in case of frequency deviation under conditions of electromagnetic transients, as well as in asymmetric modes due to traction load, are determined. It has been found that when the frequency deviates, the orthogonal components entering the filter of the emergency components contain a methodological error that will increase when receiving the emergency components. A method for error compensation based on a combined filter of emergency components, adaptive to the permissible frequency deviations in the power system, is proposed.

Keywords: relay protection, orthogonal components, emergency components, emergency component filter, frequency deviation, measurement error.

Нейросетевой алгоритм блокировки максимальной токовой защиты при пуске электродвигателей на основе классификации переходных процессов
Аверьянов С.С., к.т.н. Трофимов А.С. - Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), г. Новосибирск, Россия.

Аннотация: в статье рассматривается разработка нейросетевого алгоритма блокировки по времени максимальной токовой защиты (МТЗ) при пуске электродвигателей на основе трехклассовой классификации переходных процессов. Цель – повышение чувствительности защит за счёт устранения необходимости отстройки защиты от пусковых токов, что актуально для сетей с высокой концентрацией двигателей. Новизна заключается в применении трехклассовой классификации переходных процессов (Норма, Пуск, КЗ) на основе моделей 1D-CNN и ResNet с учётом аппаратных ограничений терминалов релейной защиты и автоматики (РЗА). Анализируются две архитектуры: встроенная на Cortex-M4/M7 и выделенная серверная с IEC 61850. Для встроенной версии рассчитана вычислительная сложность (374528 FLOPs, время < 1 мс
после INT8-квантования). Серверная реализация использует модель ResNet для выявления нелинейных зависимостей с задержкой полного цикла 23-27 мс. Эксперименты на данных PowerFactory показали точность классификации режима пуска двигателя 98,3% для встроенной и 98,33% для серверной моделей, с полным отсутствием критических ошибок между «Пуск» и «КЗ». Обсуждаются ограничения: интерпретируемость, задержки, качество данных, кибербезопасность. Предлагаемый алгоритм блокировки по времени – вспомогательный блокирующий орган, не заменяющий традиционную защиту, а лишь оптимизирующий уставки МТЗ. Выводы подчёркивают потенциал подхода, но указывают на необходимость дальнейших исследований для промышленного внедрения.

Ключевые слова: релейная защита, нейронные сети, 1D CNN, классификация переходных процессов, МЭК 61850, пуск электродвигателя.

Application of machine learning and neural networks for transient process clasification in relay protection algorithms
Averyanov S.S., Ph.D. Trofimov A.S. - Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russia.

Abstract: the article discusses the development of a neural network algorithm for blocking the maximum current protection time when starting electric motors based on a three-class classification of transients. The goal is to increase the sensitivity of protections by eliminating the need to adjust protection against inrush currents, which is important for networks with a high concentration of motors. The novelty lies in the application of a three-class classification of transients (Norm, Start, Short circuit) based on the 1D-CNN and ResNet models, taking into account the hardware limitations of the RPA terminals. Two architectures are being analyzed: built on Cortex-M4/M7, and a dedicated server architecture with IEC 61850. The computational complexity is calculated for the embedded version (374528 FLOPs, time < 1 ms after INT8 quantization). The server implementation uses the ResNet model to identify non-linear dependencies with a full cycle delay of 23-27 ms. Experiments on the PowerFactory data showed an accuracy of 98.3% classification of the engine start mode for the built-in and 98.33% for the server models, with the complete absence of critical errors between «Start» and «Short circuit». Limitations are discussed: interpretability, delays, data quality, and cybersecurity. The proposed time blocking algorithm is an auxiliary blocking device that does not replace traditional protection, but only optimizes the settings for maximum current protection. The findings highlight the potential of the approach, but indicate the need for further research for industrial implementation.

Keywords: relay protection, neural networks, 1D CNN, transient process classification, IEC 61850, motor starting.

Методика создания гибридной микросети низкого напряжения с распределенными энергоресурсами на базе гибридного распределительного трансформатора или твердотельного трансформатора
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 пассивные распределительные сети низкого напряжения содействует созданию микросетей. Наличие РЭР вызывает обратные потоки мощности (ОПМ) в этих сетях в зависимости от режимов выработки и потребления электроэнергии. Не все конструкции силовых трансформаторов промышленной частоты 50 Гц (ТНЧ) среднего напряжения, питающих сети низкого напряжения, адаптированы к такому режиму. Для этого наиболее подходят гибридные распределительные трансформаторы (ГРТ) и твердотельные трансформаторы (ТТТ). При большой доле электрооборудования постоянного тока (генерирующие установки на основе возобновляемых источников энергии (ВИЭ), системы накопления электроэнергии (СНЭЭ), электроприемники) развитие получают системы постоянного тока и создаются гибридные микросети. Применение систем постоянного тока для передачи и распределения электроэнергии позволяет повысить эффективность микросетей за счет снижения потерь электроэнергии и повысить их управляемость, но требует обоснований для выбора их параметров. Применение систем постоянного тока в отечественных распределительных сетях низкого напряжения не регламентировано действующими нормативно-техническими документами (НТД), что создает неопределенность в выборе номинального напряжения таких систем и их архитектуры (униполярная, биполярная). В статье приведена разработанная методика создания гибридной микросети низкого напряжения с РЭР. Она содержит алгоритм принятия решений, основанный на анализе баланса мощности, видов РЭР и нагрузок с целью выбора рационального способа связи микросети низкого напряжения с распределительной сетью среднего напряжения, а также обоснования целесообразности применения систем постоянного тока и их архитектуры в составе гибридных микросетей.

Ключевые слова: гибридная микросеть, распределенные энергоресурсы, гибридный распределительный трансформатор, твердотельный трансформатор, система постоянного тока, силовой электронный преобразователь.

Methodology for creating low-voltage hybrid microgrid with distributed energy resources based on hybrid distribution transformer or solid-state transformer
Volnyi V.S., D.Sc. Ilyushin P.V. - Energy Research Institute of Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia.

Abstract: the widespread integration of distributed energy resources (DER) into passive low-voltage distribution networks facilitates the creation of microgrids. The presence of DER causes reverse power flows (RPF) in these networks depending on the generation and consumption modes. Not all designs of 50 Hz medium-voltage power transformers (MVPTs) supplying low-voltage networks are adapted to this mode. Hybrid distribution transformers (HDTs) and solid-state transformers (SSTs) are most suitable for this purpose. With a large proportion of DC electrical equipment (generating units based on renewable energy sources (RES), energy storage systems (ESS), and electrical receivers), DC systems are developing, and hybrid microgrids are being created. The use of DC systems for power transmission and distribution can improve the efficiency of microgrids by reducing energy losses and enhancing their controllability, but requires justification for their selection of parameters. The use of DC systems in domestic low-voltage distribution networks is not regulated by current regulatory and technical documents (RTD), creating uncertainty in the selection of the nominal voltage for such systems and their architecture (unipolar or bipolar). This article presents a developed methodology for creating low-voltage hybrid microgrid with DER. It contains a decision-making algorithm based on an analysis of the power balance, DER types, and loads for choosing a rational connection method for the low-voltage microgrid to the medium-voltage distribution network, as well as the feasibility of using DC systems and their architecture within hybrid microgrids.

Keywords: hybrid microgrid, distributed energy resources, hybrid distribution transformer, solid-state transformer, direct current system, power electronic converter.

Методика априорной оценки вычислительной сложности при компьютерном моделировании переходных процессов электроэнергетических систем
к.т.н. Волошин А.А.(1), Ипполитов И.С. (1), к.т.н. Лебедев А.А. (1), д.т.н. Лачугин В.Ф. (1,2), Рыжков А.К. (1) - 1) Национальный исследовательский университет «МЭИ», 2) Всероссийский институт научно-технической информации (ВИНИТИ) РАН, г. Москва, Россия.

Аннотация: в статье предложена и экспериментально верифицирована методика априорной оценки вычислительной сложности при моделировании переходных режимов электроэнергетических систем (ЭЭС) в комплексах реального времени с фиксированным шагом расчёта. Методика учитывает архитектурные особенности расчётного модуля реального времени и основана на раздельном учёте вычислительной нагрузки логического и электрического ядер модели с использованием экспериментально сформированных дискретных характеристик. Экспериментальная проверка выполнена на базе программно-аппаратного комплекса «Цифровой двойник энергосистемы» (ПАК ЦДЭС) с применением масштабируемых вариантов эталонной схемы IEEE 118-Bus. Показано, что априорные оценки вычислительной сложности устойчивы при масштабировании модели, а расхождение с экспериментально измеренным временем выполнения шага расчёта не превышает 5%. Получаемая оценка предназначена для сопоставления с заданной длительностью шага расчёта, а также для формирования исходных данных при решении задач оптимизации межъядерного небаланса вычислительной нагрузки и автоматического разбиения модели по вычислительным ядрам внешними методами.

Ключевые слова: моделирование переходных режимов, электроэнергетические системы, вычислительная сложность, многоядерные архитектуры, EMTP-моделирование, априорная оценка, реальное время.

Methodology for a priori estimation of computational complexity in computer simulation of transient modes of electric power systems
Ph.D. Voloshin A.A.(1), Ippolitov I.S. (1), Ph.D. Lebedev A.A. (1), D.Sc. Lachugin V.F. (1,2), Ryzhkov A.K.(1) - 1) National Research University «MPEI», 2) All-Russian Institute for Scientific and Technical Information, Moscow, Russia.

Abstract: the article proposes and experimentally verifies a technique for a priori estimation of computational complexity in modeling transient modes of electric power systems in real-time complexes with a fixed calculation step. The technique takes into account the architectural features of the real-time calculation module and is based on separate accounting of the computational load of the logical and electrical cores of the model using experimentally generated discrete characteristics. The experimental verification was performed on the basis of the CDES software and hardware complex [1] using scalable variants of the IEEE 118-Bus reference circuit. It is shown that a priori estimates of computational complexity are stable when scaling the model, and the discrepancy with the experimentally measured time of the calculation step does not exceed 5%. The methodology is intended for a preliminary analysis of the feasibility of modeling and a reasonable assessment of the adequacy of the selected hardware resource configuration without conducting time-consuming computational experiments.

Keywords: transient mode modeling, electric power systems, computational complexity, multicore architectures, EMTP modeling, a priori estimation, real time.

Исследование функциональных возможностей микропроцессорного тепловизионного реле защиты на основе датчика MLX90640
Егоров Е.В., Боровых Д.Д., к.т.н. Федянин В.В. - Омский государственный технический университет (ОмГТУ), г. Омск, Россия.

Аннотация: в рамках статьи проведено исследование функциональных возможностей микропроцессорного дистанционного тепловизионного реле защиты на основе измерителя MLX90640. Изложены краткие математические выкладки, на основании которых реализован дорасчет, задействованный при измерении тепловых параметров, базирующийся на фундаментальных положениях метода тепловизионной термографии. Проведены эксперименты при различных исходных параметрах. Проанализированы соответствующие результаты экспериментальных данных, на основании которых сделаны выводы о работоспособности разработанного устройства.

Ключевые слова: термография, тепловизионное реле, температура, термограмма, нагрев, объект защиты, тепловой режим.

Research on the functionality of a microprocessor-based thermal imaging protection relay based on the MLX90640 sensor
Egorov E.V., Borovykh D.D., Ph.D. Fedyanin V.V. - Omsk State Technical University, Omsk, Russia.

Abstract: this paper investigates the functionality of a microprocessor-based remote thermal imaging protection relay using the MLX90640 sensor. Mathematical foundations for the supplementary thermal parameter calculation, rooted in thermal imaging thermography, are outlined. Experiments with varying initial parameters were conducted, and the results were analyzed to assess the device’s operability.

Keywords: thermography, thermal imaging relay, temperature, thermogram, heating, protected object, thermal mode.

Инженерная методика обоснования применения дуговой защиты в распределительных устройствах 0,4 кВ
Пирогов М.Г. - ООО НПП «Микропроцессорные технологии», г. Новосибирск, Россия.

Аннотация: дуговые короткие замыкания (КЗ) в низковольтных распределительных устройствах (РУ-0,4 кВ) относятся к наиболее разрушительным авариям: помимо электрических воздействий они формируют термодинамический удар – быстрый рост температуры и давления в замкнутых объёмах. В статье предложена инженерная методика, позволяющая быстро и однозначно определить необходимость дуговой защиты для подстанций 0,4 кВ в зависимости от мощности силового трансформатора. Методика включает расчёт токов КЗ на шинах 0,4 кВ, аналитическую оценку роста температуры и давления в отсеках (объёмы вводного отсека – 1 м3 и шинного отсека – 6 м3) в интервале 5-300 мс, учёт наличия клапанов сброса давления с использованием барического коэффициента, вывод формулы требуемого быстродействия ликвидации дуги и экономическое обоснование применения универсального устройства дуговой защиты «ЛАЙМ-2.0».

Ключевые слова: дуговое короткое замыкание, РУ-0,4 кВ, давление, температура, быстродействие, селективность, оптоволоконные датчики, экономическое обоснование дуговой защиты.

Применение Wireshark для диагностики протоколов МЭК 61850 на ВАПС
Краснов А.А.(1), Кошельков И.А. (1), к.т.н. Воронов П.Л. (1,2) - 1) НПП «ЭКРА», 2) ЧГУ им. И.Н. Ульянова, г. Чебоксары, Россия.

Аннотация: в статье рассматривается роль программы Wireshark как основного инструмента для глубокого анализа сетевого трафика на высокоавтоматизированных подстанциях (ВАПС) III и IV типа. Раскрываются ключевые протоколы стандарта МЭК 61850 – Generic Object-Oriented Substation Events (GOOSE), Sampled Values (SV), Manufacturing Message Specification (MMS) и Precision Time Protocol (PTP). Детально описывается практический процесс захвата, фильтрации и расшифровки данных с акцентом на выявление аварийных событий и диагностику. Приводятся примеры использования Wireshark для выявления потери GOOSE-cообщений, сбоев синхронизации PTP и верификации конфигурации SV-потоков.

Ключевые слова: Wireshark, ВАПС, GOOSE, SV, MMS, PTP.

Опыт применения управляемого устройства заземления нейтрали с функцией компенсации полного тока однофазных замыканий на землю
Александров А.С., Багаев Д.В. - ПАО «Россети Волга», г. Саратов, Россия, д.т.н. Булычев А.В. - ООО «НПП Бреслер», г. Чебоксары, Россия.
Аннотация: проведен анализ опыта применения системы компенсации полного тока однофазного замыкания на землю в распределительных сетях 6-10 кВ. Рассмотрены результаты лабораторных испытаний опытного образца управляемого заземления нейтрали, а также анализ его работы в условиях реальной эксплуатации на действующей подстанции. Показаны преимущества применения систем компенсации полного тока ОЗЗ для повышения пожарной и электрической безопасности электрических сетей.

Ключевые слова: однофазные замыкания на землю, ОЗЗ, компенсация емкостного тока, компенсация полного тока, симметрирование сети, дугогасящий реактор, повышение эффективности компенсации ОЗЗ.

Испытания релейной защиты и автоматики на основе МЭК 61850-9-2 с гибкой конфигурацией измерительных каналов и синхронизацией IRIG-B
Рыжов Э.П., к.т.н. Шалимов А.С. - ООО «НПП «Динамика», г. Чебоксары, Россия.

Аннотация: рассматриваются особенности испытаний устройств релейной защиты и автоматики (РЗА) на действующем энергообъекте со вторичным оборудованием, выполненном на основе китайского подхода к проектированию цифровых подстанций с шиной процесса МЭК 61850. Предлагаются способы и средства для тестирования функций РЗА, использующих приём общего цифрового потока, набор данных которого не соответствует распространённым спецификациям МЭК 61850-9-2. Приводятся схемы обеспечения синхронизации устройств РЗА и испытательных комплексов при несетевом формате точного времени типа IRIG-B.

Ключевые слова: релейная защита, тестирование, испытательная система, МЭК 61850, Sampled Values, синхронизация времени.