Определение параметров срабатывания дистанционной защиты ЛЭП с использованием временных математических моделей

Михаил Владимирович Андреев; Константин Витальевич Суслов; Юлий Дмитриевич Бай; Павел Павлович Радько

doi:10.34831/EP.2023.1103.6.007

Определение параметров срабатывания дистанционной защиты ЛЭП с использованием временных математических моделей

Михаил Владимирович Андреев, Константин Витальевич Суслов, Юлий Дмитриевич Бай, Павел Павлович Радько

Аннотация

Правильность функционирования релейной защиты (РЗ) в значительной степени определяет устойчивость электроэнергетических систем (ЭЭС). Ключевым моментом, определяющим в свою очередь поведение защиты в различных аварийных режимах, является их настройка. Существующие методы и средства зачастую не позволяют гарантировать адекватную реальным условиям функционирования настройку защит, что подтверждает статистика аварийности в ЭЭС. Главная причина этой проблемы -- невозможность с помощью применяемых на практике вычислительных комплексов, используемых для расчёта настроек РЗ, достоверно воспроизвести переходные процессы в энергосистеме. Разработанный авторами симулятор ЭЭС – Всережимный моделирующий комплекс реального времени ЭЭС (ВМК РВ ЭЭС) -- позволяет адекватно воспроизвести весь спектр нормальных и аварийных процессов для энергосистемы любой размерности, топологии и конфигурации за счёт использования детальных трёхфазных моделей всех элементов ЭЭС. Учитывая данную возможность, перспективной становится задача детального моделирования РЗ, включая первичные измерительные трансформаторы тока и напряжения. Разработанные средства моделирования защит в комбинации с возможностями ВМК РВ ЭЭС позволяют разрабатывать новые методы определения уставок релейной защиты. При этом в каждой защите можно выделить типовые звенья, определяющие алгоритм функционирования РЗ – измерительные органы. Представлен анализ основных измерительных органов современных микропроцессорных устройств релейной защиты и принципы формирования настроек этих элементов. Такой подход позволяет адаптировать настройки под реальные условия применения защиты в энергосистеме, минимизировав при этом вероятность их неправильного действия.

Ключевые слова

математическое моделирование, настройка, релейная защита.

Полный текст:

PDF

Литература

Кузьмичев, В.А. Ретроспективный анализ работы устройств РЗА в ЕНЭС [Текст] / В.А. Кузьмичев, Е.В. Коновалова, С.Н. Сахаров, А.Ю. Захаренков // НРЭ (Общие вопросы электроэнергетики).  2014.  № 7.  С. 5 -- 10.

Sykes, J. Reliabilty of protection systems (what are the real concerns) [Text] / J. Sykes, V. Madani, J. Burger, M. Adamiak, W. Premerlani // Protective Relay Engineer Conf.  2010.  P. 1 -- 16.

Информация о результатах функционирования устройств РЗА в ЕЭС России [Электронный ресурс] // АО «СО ЕЭС». – (https://www.so-ups.ru/functioning/tech-base/rza/rza-account-analys/rza-results-info/2022/).

Hall, G. Modern numerical methods for ordinary differential equations [Text] / G. Hall, J. M. Watt. -- Oxford, UK: Clarendon Press, 1976. – P. 10 -- 50.

Dahlquist, G. Convergence and stability in the numerical integration of ordinary differential equations / G. Dahlquist // Math. Scand. – 1959. – Vol. 4. – P. 33 -- 53.

Butcher, J.C. Numerical methods for ordinary differential equations: early days in the birth of numerical analysis [Text] / J.C. Butcher. -- Hoboken, New Jersey, USA: John Wiley & Sons, 2008. – P. 31 -- 40.

Хайрер, Э. Решение обыкновенных дифференциальных уравнений. Жесткие и алгебродифференциальные задачи [Текст] / Э. Хайрер, Г. Ваннер; пер. с англ. – М.: Мир, 1999. – 612 с.

Andreev, M. Hybrid Real-Time Simulator of Large-Scale Power Systems [Text] / M. Andreev, A. Gusev, N. Ruban, A. Suvorov, R. Ufa, A. Askarov, J. Bems, T. Kralik // IEEE Transactions on Power Systems. − 2019. – Vol. 34, Is. 2. − P. 1404 -- 1415.

Андреев, М.В. Концепция и базовая структура всережимного моделирующего комплекса [Текст] / М.В. Андреев, Ю.С. Боровиков, А.С. Гусев, А.О. Сулайманов, А.А. Суворов, Н.Ю. Рубан, Р.А. Уфа // Газовая промышленность. − 2017. − № 6 (753). − С. 94 -- 104.

Andreev, M. Settings Determination for Numerical Transformer Differential Protection via Its Detailed Mathematical Model [Text] / M. Andreev, A. Suvorov, N. Ruban [et al.] // IET Generation, Transmission & Distribution. – 2020. – Vol. 14, Is. 10. – P. 1962 -- 1972.

Dysko, A. Dynamic modelling of protection system performance [Text] / A. Dyśko, J.R. McDonald, G.M. Burt, J. Goody, and B. Gwyn // Proceedings 12th IET International Conference on Developments in Power System Protection (DPSP). -- Nottingham, UK. – 1997. -- March 25 -- 27. – P. 381 -- 385.

Barbosa, D. Power Transformer Differential Protection Based on Clarke's Transform and Fuzzy Systems [Text] / D. Barbosa, U.C. Netto, D.V. Coury, M. Oleskovicz // IEEE Transaction on Power Delivery. – 2011. -- Vol. 26, No. 2. – P. 1212 -- 1220.

Dashti, H. Power Transformer Protection Using a Multiregion Adaptive Differential Relay [Text] / H. Dashti, and M. Sanaye-Pasand // IEEE Transaction on Power Delivery. – 2014. – Vol. 29, No. 2. – P. 777 -- 785.

Румянцев, Ю.В. Комплексная модель для исследования функционирования цифровой дифференциальной защиты силового трансформатора [Текст] / Ю.В. Румянцев // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. − 2016. -- Т. 59, № 3. − С. 203 -- 224.

Rongxiang, Y. Research and Development of Visual Relaying Protection Setting Simulation System [Text] / Y. Rongxiang, and Z. Hailiang // Proceedings International Conference on Power System Technology. -- Chongqing, China. – 2006. -- October 22 – 26. -- P. 1 -- 4.

Ершов, Ю.А. Моделирование микропроцессорных релейных защит в среде MATLAB / Ю.А. Ершов, А.В. Малеев // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии. – 2010. – Т. 3, № 2. – С. 220 -- 228.

Short-circuit current calculation in three-phase A.C. systems [Text]: IEC 60909:2001. -- IEC, 2001. – 10 p.

IEEE Guide for calculation of fault currents for application of A.C. high voltage circuit breakers rated on a total current basis [Text]: C37.5-1979. -- Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), 1979. – 23 p.

Knight, G. Comparison of ANSI and IEC 909 short-circuit current calculation procedures [Text] / G. Knight, H. Sieling // IEEE Transaction on Industry Applications. – 1993. – Vol. 29, No. 3. – P. 625 -- 630.

Schlabbach, J. Short-circuit currents [Text] / J. Schlabbach. -- London, UK: The Institution of Engineering and Technology, 2008. – 336 p.

Методические указания по расчёту и выбору параметров настройки (уставок) микропроцессорных устройств релейной защиты и автоматики производства ООО НПП «ЭКРА», «ABB», «GE Multilin» и «ALSTOM Grid»/«AREVA» для воздушных и кабельных линий с односторонним питанием напряжением 110 -- 330 кВ [Текст]: СТО 56947007-29.120.70.200-2015. – М.: ПАО «ФСК ЕЭС», 2015. – 356 с.

Методические указания по выбору параметров срабатывания устройств РЗА серии SIPROTEC (Siemens AG) автотрансформаторов ВН 220 -- 750 кВ [Текст]: СТО 56947007-29.120.70.135-2012. – М.: ПАО «ФСК ЕЭС», 2012. – 450 с.

Meliopoulos, A.P.S. Dynamic State Estimation-Based Protection: Status and Promise [Text] / A.P.S. Meliopoulos, G.J. Cokkinides, P. Myrda, Y. Liu, R. Fan, L. Sun, R. Huang, Z. Tan // IEEE Transaction on Power Delivery. – 2017. -- Vol. 32, No. 1. – P. 320 -- 330.

Андреев, М.В. Математическая модель магнитного гистерезиса, базирующаяся на теории Прейзаха [Текст] / М.В. Андреев, М.В. Спица, А.В. Киевец // Вестник Иркутского государственного технического университета. – 2018. – Т. 22, № 8. – С. 104 -- 113.

Andreev, M. Development and Research of Mathematical Model of Current Transformer Reproducing Magnetic Hysteresis Based on Preisach Theory [Electronic resource] / M. Andreev, A. Suvorov, N. Ruban, R. Ufa, A. Gusev, A. Askarov, A. Kievets // IET Generation, Transmission & Distribution. – 2020. – (https://digital-library.theiet.org/content/journals/iet-gtd).

Шнеерсон, Э.М. Цифровая релейная защита [Текст] / Э.М. Шнеерсон – М.: Энергоатомиздат, 2007. – 549 с.

Андреев, М.В. Проблема численного моделирования цифровой релейной защиты и её аналого-цифровое (гибридное) решение [Текст] / М.В. Андреев, А.А. Суворов, А.Б. Аскаров, А.В. Киевец // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. – 2018. − № 6. − С. 77 – 83.

Абрахамс, Дж. Анализ электрических цепей методом графов [Текст] / Дж. Абрахамс, Дж. Каверли; пер. с англ. – М.: Мир, 1967. – 175 с.

Ziegler, G. Numerical Differential Protection [Text] / G. Ziegler. – Erlangen, Germany: Publicis Publishing, 2012. – 29 с.

Шкаф дистанционной и токовой защит линии (ШЭ2607 021) [Текст]: ЭКРА.656453.902 РЭ. – Чебоксары: ООО «НПП «ЭКРА», 2020. – 141 с.

Andreev, M. Identification of digital relay protection measuring part elements using time of its tripping [Text] / M. Andreev, A. Suvorov, A. Askarov, A. Kievets, V. Rudnik // Przeglad Elektrotechniczny. – 2020. -- Vol. 96, No. 10. -- P. 71 -- 75.

DOI: http://dx.doi.org/10.34831/EP.2023.1103.6.007