probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2021-23-1-146-155probener-1767Research ArticleЭЛЕКТРОТЕХНИКАELECTRICAL ENGINEERINGЦифровая система мониторинга повреждений на линиях электропередачиDigital power lines faults monitoring systemФедотовА. И.FedotovA. I.

Федотов Александр Иванович – д-р техн. наук, профессор кафедры «Электрические станции им. В.К.Шибанова»

г. Казань

Alexander I. Fedotov

Kazan

ВагаповГ. В.VagapovG. V.

Вагапов Георгий Валериянович – канд. техн. наук, доцент, старший научный сотрудник отдела «НИОКР» Инжиниринговый центр

г. Казань

Georgii V. Vagapov

Kazan

vagapov@list.ruАбдуллазяновА. Ф.AbdullazyanovA. F.

Абдуллазянов Айнур Фоатович – аспирант кафедры «Электрические станции им. В.К.Шибанова»

г. Казань

Ainur F. Abdullazyanov

Kazan

ШаряповА. М.SharyapovA. M.

Шаряпов Ахмет Маратович – канд. техн. наук, доцент, доцент кафедра «Электропривода и электротехники»

г. Казань

Akhmet M. Sharyapov

Kazan

Казанский государственный энергетический университетРоссияKazan State Power Engineering UniversityRussian FederationКазанский национальный исследовательский технологический университетРоссияKazan National Research Technological UniversityRussian Federation202113052021231146155Copyright © Федотов А.И., Вагапов Г.В., Абдуллазянов А.Ф., Шаряпов А.М., 20212021Федотов А.И., Вагапов Г.В., Абдуллазянов А.Ф., Шаряпов А.М.Fedotov A.I., Vagapov G.V., Abdullazyanov A.F., Sharyapov A.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.energyret.ru/jour/article/view/1767

ЦЕЛЬ. Внедрение цифровой системы мониторинга однофазных замыканий на землю на воздушных линиях электропередачи в распределительных электрических сетях напряжением 10 кВ с изолированным режимом работы нейтрали. МЕТОДЫ. Реализация программного обеспечения осуществлена на основе использования математических моделей имитационного моделирования. РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье представлена внедренная цифровая система мониторинга повреждений на воздушных линиях электропередачи напряжением 10 кВ c изолированным режимом работы нейтрали в действующих распределительных электрических сетях, основанная на выделении высших гармонических составляющих токов и напряжений, как один из технических вариантов решения проблемы определения однофазных замыканий на землю. Представлены особенности технических решений по выделению полезных сигналов, реализованных в цифровой системе мониторинга. Одновременно , приведены компоновочные решения по подключению системы мониторинга к вторичным измерительным цепям в распределительном устройстве 10 кВ подстанции 110/10 кВ. На основе выше обозначенных технических решений и ранее разработанных математических моделей, а также с учетом результатов серий натурных экспериментов по моделированию различных видов однофазных замыканий на землю в действующих распределительных электрических сетях, реализовано программное обеспечение дистанционного мониторинга распределительной электрической сети и выявления различных видов однофазных замыканий на землю. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Представлены основные функционалы разработанного программного обеспечения с описанием решений отдельных технических задач. Приведены дальнейшие направления исследований в области диагностики и мониторинга однофазных замыканий на землю в распределительных электрических сетях, выполненных воздушными линиями электропередачи на основе анализа высших гармонических составляющих.

THE PURPOSE. paper show digital system for monitoring of single-phase earth faults on overhead power lines of 10 kV voltage in distribution power grids with an isolated neutral mode. METHODS. Digital system analyze frequency and amplitude of higher harmonics of voltage and current. The digital monitoring system includes the features of technical solutions for the selection of higher harmonics. RESULTS. Simultaneously, the paper shows the layout solutions for connecting a monitoring system to the control circuits on the10 kV side of 110/10 kV voltage substation. Software implemented for the far monitoring of the power grids and can detect of various types of single-phase earth faults. CONCLUSION. Software base on the mathematical models, as well as taking into account the results of a series of full-scale experiments of modeling various types of single-phase earth faults in the distribution power grids. The main functionalities the developed software presented for the description of solutions. Paper show further directions of research of the diagnostics and monitoring of single-phase earth faults in distribution power grids with overhead power lines based on the analysis of higher harmonic components.

мониторинглинии электропередачицифровая системапрограммное обеспечениезамыкание на землюMonitoringpower linesdigital systemsoftwareearth faultReferencesФедотов А.И., Ахметвалеева Л.В., Басыров Р.Ш., и др. Нормирование амплитуды высших гармоник при определении фидера с однофазным замыканием на землю. Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2020. Т. 22. № 1. С. 58-68.Fedotov AI, Ahmetvaleeva LV, Basyrov RSH. Normirovanie amplitudy vysshih garmonik pri opredelenii fidera s odnofaznym zamykaniem na zemlyu. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Problemy energetiki. 2020;22(1):58-68.Абдуллин Л.И., Вагапов Г.В., Чернова Н.В., и др. Влияние параллельно работающих фидеров на резонансные частоты воздушной линии при однофазном замыкании на землю Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2018. Т. 20. № 1-2. С. 54-61.Abdullin LI, Vagapov GV, CHernova NV, et al. Vliyanie parallel'no rabotayushchih fiderov na rezonansnye chastoty vozdushnoj linii pri odnofaznom zamykanii na zemlyu. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Problemy energetiki. 2018;20(1-2):54-61.Федотов А.И., Вагапов Г.В., Чернова Н.В. Распределение токов и напряжений вдоль воздушных линий электропередачи 6-35 кВ на резонансных частотах при ОЗЗ Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2017. Т. 19. № 5-6. С. 69-78.Fedotov AI, Vagapov GV, Chernova NV. Raspredelenie tokov i napryazhenij vdol' vozdushnyh linij elektroperedachi 6-35 kV na rezonansnyh chastotah pri OZZ. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Problemy energetiki. 2017;19(5-6):69-78.Fedotov A., Abdullazyanov R., Vagapov G., et al. Detection of places of single-phase ground fault by frequency of the resonance. В сборнике: 2016 57th International Scientific Conference on Power and Electrical Engineering of Riga Technical University, RTUCON 2016; 57. pp. 7763116Fedotov A, Abdullazyanov R, Vagapov G, et al. Detection of places of single-phase ground fault by frequency of the resonance. 2016 57th International Scientific Conference on Power and Electrical Engineering of Riga Technical University, RTUCON 2016;57:7763116.Сидоров С.В., Сушков В.В., Сухачев И.С. Особенности моделирования определения мест повреждения воздушных линий электропередачи напряжением 6(10) кВ // Промышленная энергетика. 2020. № 3. С. 33-40.Sidorov SV, Sushkov VV, Suhachev IS. Osobennosti modelirovaniya opredeleniya mest povrezhdeniya vozdushnyh linij elektroperedachi napryazheniem 6(10) kV. Promyshlennaya energetika. 2020;3:33-40.Sidorov S., Sukhachev I., Sushkov V. Development of a method for determining the location of a single line-to-ground fault of an overhead power line with voltage of 6(10) kV considering climatic factors // В сборнике: E3S Web of Conferences. International Scientific and Technical Conference Smart Energy Systems 2019, SES 2019. 2019. p. 05003Sidorov S, Sukhachev I, Sushkov V. Development of a method for determining the location of a single line-to-ground fault of an overhead power line with voltage of 6(10) kV considering climatic factors. E3S Web of Conferences. International Scientific and Technical Conference Smart Energy Systems 2019, SES 2019. 2019. P. 05003Анализ причин обрывов фазных проводов воздушных линий напряжением 6-10 кВ. Хлопова А.В. Безопасность жизнедеятельности. 2018. № 4 (208). С. 38-43.Hlopova AV. Analiz prichin obryvov faznyh provodov vozdushnyh linij napryazheniem 6-10 kV. Bezopasnost' zhiznedeyatel'nosti. 2018;4(208):38-43.Вайнштейн P.A., Коломиец Н.В., Шестакова В.В. Режимы заземления нейтрали в электрических системах. Томск: Изд-во ТПУ, 2006. 118 с.Vajnshtejn PA, Kolomiec NV, SHestakova VV. Rezhimy zazemleniya nejtrali v elektricheskih sistemah:Tomsk: Izd-vo TPU, 2006. 118 P.Сирота И.М. Защита от однофазных замыканий в электрических системах: Киев. Изд. АН УССР. 1955. 208 с.Sirota IM. Zashchita ot odnofaznyh zamykanij v elektricheskih sistemah. Kiev. Izd. AN USSR. 1955. 208 P.Шабад М.А. Защита от однофазных замыканий на землю в сетях 6-35 кВ: М.: Энергопрогресс: Энергетик, 2007. 63 с.Habad S, Zashchita MA. Ot odnofaznyh zamykanij na zemlyu v setyah 6-35 kV: uchebnoe posobie. M.: Energoprogress: Energetik. 2007. 63 P.Шалин А.И. Замыкания на землю в сетях 6-35 кВ. Направленные защиты. Особенности применения // Новости электротехники. 2005. №6 (36). С. 52-55.Shalin AI. Zamykaniya na zemlyu v setyah 6-35 kV. Napravlennye zashchity. Osobennosti primeneniya. Novosti elektrotekhniki. 2005;6 (36):52-55.Шуин В.А. Защиты от замыканий на землю в электрических сетях 6-10 кВ:М.: НТФ «Энергопрогресс». 2001. 104 с.SHuin VA, Gusenkov AV. Zashchity ot zamykanij na zemlyu v elektricheskih setyah 6- 10 kV. M.: NTF «Energoprogress», 2001. 104 P.Burkhardt E., Fickert L and Jenau F. The Short-term Compensation Change to Detect Earth Faults in Compensated Networks. 2020 55th International Universities Power Engineering Conference (UPEC), Torino, Italy, 2020, pp. 1-5.Burkhardt E, Fickert L and Jenau F. The Short-term Compensation Change to Detect Earth Faults in Compensated Networks. 2020 55th International Universities Power Engineering Conference (UPEC), Torino, Italy, 2020, pp. 1-5, doi: 10.1109/UPEC49904.2020.9209841.Orságová J., Topolánek D., Toman P., et al. Localization method for the resistive earth faults in compensated network based on simultaneous earth faults evaluation. 12th IET International Conference on Developments in Power System Protection (DPSP 2014), Copenhagen, 2014, pp. 1-6.Orságová J, Topolánek D, Toman P, et al. Localization method for the resistive earth faults in compensated network based on simultaneous earth faults evaluation. 12th IET International Conference on Developments in Power System Protection (DPSP 2014), Copenhagen, 2014, pp. 1-6. doi: 10.1049/cp.2014.0090.Achleitner G., Obkircher C., Fickert L., et al. An earth fault distance location algorithm in compensated networks with additional estimation of the fault impedance and fault current. 2008 Power Quality and Supply Reliability Conference, Parnu, 2008, pp. 193-198,Achleitner G, Obkircher L, Fickert M, et al. An earth fault distance location algorithm in comp C.ensated networks with additional estimation of the fault impedance and fault current. 2008 Power Quality and Supply Reliability Conference, Parnu, 2008, pp. 193-198, doi: 10.1109/PQ.2008.4653760.Schmidt U., Frowein K., Druml G., et al. New method for calculation of the harmonics in the residual earth fault current in isolated and compensated networks. 2016 Electric Power Quality and Supply Reliability (PQ), Tallinn, 2016, pp. 309-313.Schmidt U, Frowein K, Druml G. New method for calculation of the harmonics in the residual earth fault current in isolated and compensated networks. 2016 Electric Power Quality and Supply Reliability (PQ). Tallinn. 2016. pp. 309-313. doi: 10.1109/PQ.2016.7724132.Bartholomäus K and Derbel F. Earth Fault Measurement with the Frequency-Selective Earth Fault. 2018 15th International Multi-Conference on Systems, Signals & Devices (SSD), Hammamet, 2018, pp. 83-87.Bartholomäus K and F. Derbel. Earth Fault Measurement with the Frequency-Selective Earth Fault. 2018 15th International Multi-Conference on Systems, Signals & Devices (SSD), Hammamet. 2018, pp. 83-87. doi: 10.1109/SSD.2018.8570533.Wang Z and Wang F. Earth fault detection in distribution network based on wide-area measurement information, 2011 International Conference on Electrical and Control Engineering, Yichang, 2011, pp. 5855-5859.Wang Z and F. Wang. Earth fault detection in distribution network based on wide-area measurement information. 2011 International Conference on Electrical and Control Engineering, Yichang, 2011. pp. 5855-5859.doi: 10.1109/ICECENG.2011.6057020.Burkhardt E., Hilbrich D., Offermann N., et al. The Short-term Isolated Star Point Grounding to Detect Earth Faults in Compensated Networks. The Concept. 2020. 55th International Universities Power Engineering Conference (UPEC), Torino, Italy, 2020, pp. 1-5.Burkhardt E, Hilbrich D, Offermann N, et al. The Short-term Isolated Star Point Grounding" to Detect Earth Faults in Compensated Networks. The Concept, 2020 55th International Universities Power Engineering Conference (UPEC), Torino, Italy, 2020, pp. 1-5, doi: 10.1109/UPEC49904.2020.9209762.Zhang H. A Segmented Network Method Based Faulted Line Selection Strategy for Single-Phase Earth Fault in Small Current Grounding Distribution Network. 2017 International Conference on Computer Systems, Electronics and Control (ICCSEC), Dalian, 2017, pp. 1582-Zhang H, et al. A Segmented Network Method Based Faulted Line Selection Strategy for Single-Phase Earth Fault in Small Current Grounding Distribution Network. 2017 International Conference on Computer Systems, Electronics and Control (ICCSEC), Dalian, 2017, pp. 1582-1585, doi: 10.1109/ICCSEC.2017.8446834.. Minullin RG, Piskovatskiy YV and Kasimov VA. Model and Experimental Detection of Single Phase-to-Earth Faults of Overhead Conductors in 6–10 Kv. Distribution Circuits by a Location Method," 2020 International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon), Chelyabinsk, Russia, 2020, pp. 411-415, doi: 10.1109/UralCon49858.2020.9216267.. Minullin RG, Piskovatskiy YV and Kasimov VA. Model and Experimental Detection of Single Phase-to-Earth Faults of Overhead Conductors in 6–10 Kv. Distribution Circuits by a Location Method," 2020 International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon), Chelyabinsk, Russia, 2020, pp. 411-415, doi: 10.1109/UralCon49858.2020.9216267.Minullin R.G., Piskovatskiy Y.V. and Kasimov V.A. Model and Experimental Detection of Single Phase-to-Earth Faults of Overhead Conductors in 6–10 Kv Distribution Circuits by a Location Method. 2020 International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon), Chelyabinsk, Russia, 2020, pp. 411-415,Kolcunová I, Zbojovský J, Kurimský J. Measurement of corona discharges using uv camera. Proceedings of the 10th International Scientific Symposium on Electrical Power Engineering, ELEKTROENERGETIKA 2019;10:251-255.Kolcunová I., Zbojovský J., Kurimský J. Measurement of corona discharges using uv camera. Proceedings of the 10th International Scientific Symposium on Electrical Power Engineering, ELEKTROENERGETIKA 2019. V.10. pp. 251-255.Antonov VI, Lazareva NM, Pulyae VI. Metody obrabotki cifrovyh signalov energosistem. M: NTF «Energoprogress», 2000. 84 p.Антонов В.И., Лазарева Н.М., Пуляев В.И. Методы обработки цифровых сигналов энергосистем. М.: НТФ «Энергопрогресс», 2000. 84 с.Nagaj VI. Relejnaya zashchita otvetvitel'nyh podstancij elektricheskih setej. Energoatomizdat, 2002. 312 p.Нагай В.И. Релейная защита ответвительных подстанций электрических сетей. Энергоатомиздат, 2002. 312 с.Нагай В.И. Релейная защита ответвительных подстанций электрических сетей. Энергоатомиздат, 2002. 312 с.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.