probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2024-26-3-96-107probener-3085Research ArticleЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И КОМПЛЕКСЫENERGY SYSTEMS AND COMPLEXESСнижение кратности коммутационного перенапряжения в генераторных сетяхPeducing the frequency of switching overvoltage in generator networkshttps://orcid.org/0000-0003-4545-1086БельскийР. А.BelskyR. A.

Бельский Родион Артёмович – старший преподаватель

г. Санкт-Петербург

Rodion A. Belsky

Saint Petersburg

belskij_ra@spbstu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1744-4375ФроловВ. Я.FrolovV. Y.

Фролов Владимир Яковлевич – д-р техн. наук, профессор

г. Санкт-Петербург

Frolov Y. Vladimir

Saint Petersburg

frolov_vya@spbstu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0244-8998ЖилиготовР. И.ZhiligotovR. I.

Жилиготов Руслан Игоревич – канд. техн. наук, доцент

г. Санкт-Петербург

Zhiligotov I. Ruslan

Saint Petersburg

zhiligotov_ri@spbstu.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7294-1588СафоновЕ. П.SafonovE. P.

Сафонов Евгений Павлович – ассистент

г. Санкт-Петербург

Safonov P. Evgenii

Saint Petersburg

safonov_ep@spbstu.ruФГАОУ ВО «СПбПУ»РоссияPeter the Great St. Petersburg Polytechnic UniversityRussian Federation20241009202426396107Copyright © Бельский Р.А., Фролов В.Я., Жилиготов Р.И., Сафонов Е.П., 20242024Бельский Р.А., Фролов В.Я., Жилиготов Р.И., Сафонов Е.П.Belsky R.A., Frolov V.Y., Zhiligotov R.I., Safonov E.P.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/3085

ЦЕЛЬ исследования заключается в изучении проблемы коммутационных перенапряжений в генераторных сетях 10 кВ. Используя пакет MATLAB Simulink, создать модель собственных нужд электростанции на 10/0,4 кВ, рассчитать перенапряжение при разных срезах тока, оценить влияние вакуумных выключателей друг на друга, оценить эффективность нелинейных ограничителей перенапряжений, при параллельной коммутации.

НАУЧНАЯ ЗНАЧИМОСТЬ состоит в получении метода расчёта переходных процессов при одновременной коммутации нескольких выключателей.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ заключается в возможности использовать полученную модель для более точного подбора защитного оборудования.

МЕТОДЫ

МЕТОДЫ. Для создания модели собственных нужд 10/0,4 кВ и расчётов переходных процессов в ней использовался пакет MATLAB Simulink.

РЕЗУЛЬТАТЫ

РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье рассмотрены коммутационные перенапряжения в собственных нуждах 10/0,4 кВ. Оценено влияние параллельной коммутации вакуумных выключателей на рост кратности перенапряжений. Так же было оценено влияние удельной энергоёмкости нелинейных ограничителей перенапряжений на кратность перенапряжений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Данная модель показала, что параллельная коммутация двух вакуумных выключателей может повысить кратность перенапряжения на 20-40 %, что может привести к повышению износа, как изоляции защищаемого оборудования, так и к вероятности повторного пробоя в вакуумной камере. Причём чем выше срез тока, тем выше будет рост кратности перенапряжение, также кратность будет расти, если будет уменьшаться время отключения между выключателями. Основным средством защиты от коммутационных перенапряжений является нелинейный ограничитель перенапряжений, но при их выборе учитывается в первую очередь номинальное рабочее напряжения, что приводит к тому, что рост кратности перенапряжения от параллельной коммутации может нивелировать эффективность нелинейного ограничителя.

THE PURPOSE of the study is to study the problem of switching overvoltages in 10 kV generator networks. Using the Matlab Simulink package, create a model of common auxiliaries of a 10/0.4 kV power station, calculate the overvoltage at different sections of the current, evaluate the effect of vacuum switches on each other, evaluate the effectiveness of nonlinear overstrain limiters, with parallel switching.

THE SCIENTIFIC SIGNIFICANCE consists in obtaining a method for calculating transients with simultaneous switching of several switches. THE PRACTICAL SIGNIFICANCE lies in the possibility of using the resulting model for a more accurate selection of protective equipment.

METHODS

METHODS. To create a model of common auxiliaries of 10/0.4 kV and the calculations of transition processes, it used a Matlab Simulink package. RESULTS. The article discusses switching overvoltages in their own needs of 10/0.4 kV. The influence of parallel switching of vacuum circuit breakers on the increase in the multiplicity of overvoltages is estimated. The influence of the specific energy intensity of nonlinear surge limiters on the multiplicity of overvoltages was also evaluated.

CONCLUSION

CONCLUSION. This model showed that the parallel switching of two vacuum circuit breakers can increase the frequency of overvoltage by 20-40 %, which can lead to an increase in wear of both insulation of the protected equipment and the probability of re-breakdown in a vacuum chamber. Moreover, the higher the current cut, the higher the increase in the frequency of the overstrain, the multiplicity will also increase if the shutdown time between the switches is reduced. The main means of protection against switching overvoltages is a non -linear overstrain limiter, but when they are selected, the nominal working voltage is primarily taken into account, which leads to the fact that the increase in the frequency of overstrain from parallel switching can level the effectiveness of a nonlinear limiter.

собственные нужды электростанцийкоммутационные перенапряжениявакуумные выключателинелинейные ограничители перенапряженийкомпьютерное моделированиеMATLAB Simulinkcommon auxiliariesswitching overvoltagevacuum circuit breakerssurge arrestercomputer modellingMatlab SimulinkРабота, по результатам которой выполнена статья, выполнена по Государственному заданию FSEG-2023-0012This work, based on the results of which the article was completed, was carried out according to the State task of FSEG-2023-0012ReferencesЕвдокунин Г.А., Тилер Г. Современная вакуумная коммутационная техника для сетей среднего напряжения (технические преимущества и эксплуатационные характеристики). 2-е изд., перераб. и доп. СПб: Издательство Терция, 2006. 148 с.Evdokunin GA, Tiler G. Modern vacuum switching equipment for medium voltage networks (technical advantages and operational characteristics). 2nd ed. SPb: Publishing house Tertsiya; 2006. (In Russ).Сафонов Е.П., Фролов В.Я. Особенности переходных процессов в генераторных цепях мощных электротехнических комплексов // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2021. Т. 23. № 1. С. 105-118.Safonov E.P, Frolov V.Ya. Features of fault transient's in generator network of powerful electric power stations // Proceedings of the higher educational institutions. ENERGY SECTOR PROBLEMS. 2021. 23(1):105-118. (In Russ). DOI:10.30724/1998-9903-2021-23-1-105-118Червонченко С.С., Фролов В.Я. Исследование работы автономного электротехнического комплекса с комбинированным составом резервных источников питания // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2022. Т. 24. № 4. С. 90-104.Chervonchenko S.S, Frolov V.Ya. Research of the operation of an autonomous electrical complex with a combined composition of backup power sources // Proceedings of the higher educational institutions. ENERGY SECTOR PROBLEMS. 2022. 24(4):90-104. (In Russ). DOI:10.30724/1998-9903-2022-24-4-90-10Перцев А.А., Белкин Г.С. Коммутационные процессы в вакуумных выключателях с параллельным соединением дугогасительных камер // Электротехника. 2011. № 3. С. 39.Pertsev A.A, Belkin G.S. Switching processes in vacuum circuit breakers with parallel connection of arc extinguishing chambers // Elektrotekhnika. 2022. (4):39. (In Russ).Халилов, Ф.Х., Евдокунин Г. А., В. С. Поляков. Защита сетей 6-35 кВ от перенапряжений. СПб.: Энергоатомиздат. С.-Петерб. отд-ние, 2002. 271 с.Khalilov F.Kh. Protection of 6-35 kV networks from overvoltage. SPb: Energoatomizdat. 2002. (In Russ).Abdulahovic. T., Thiringer T. Vacuum Circuit Breaker Parameter Calculation and Modelling for Power System Transient Studies // Discharges and Electrical Insulation in Vacuum (ISDEIV). 2010. Vol. 32, Issue: 3. pp. 1165 - 1172.Abdulahovic. T, Thiringer T. Vacuum Circuit Breaker Parameter Calculation and Modelling for Power System Transient Studies. Discharges and Electrical Insulation in Vacuum (ISDEIV). 2010; 32 (3): 1165 - 1172. doi: 10.1109/TPWRD.2014.2357993Buyung M., Satyagraha K. Application of Surge Arrester on Vacuum Circuit Breaker: Proceedings of the 2012 Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference, 27-29 March 2012; Shanghai, China; 2012.Buyung M, Satyagraha K. Application of Surge Arrester on Vacuum Circuit Breaker: Proceedings of the 2012 Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference, 27-29 March 2012; Shanghai, China; 2012. doi: 10.1109/APPEEC.2012.6307348Адамьян Ю.Э., Бочаров Ю.Н., Кривошеев С.И. Зависимость уровня перенапряжений ОПН разных классов напряжения от параметров заземляющих устройств. Эксперимент и моделирование // Труды Кольского научного центра РАН. 2016. №5-13(39). С. 29Adam'yan Yu.E, Bocharov Yu.N, Krivosheev S.I. Dependence of the level of overvoltage of surge arrester of different voltage classes on the parameters of grounding devices. Experiment and simulation. Trudy Kol'skogo nauchnogo tsentra RAN. 2016; 5-13(39):29. (In Russ).Wróblewski Z., Budzisz J. Overvoltage and overcurrent in a capacity circuit generated by a vacuum switch: Proceedings of the 2010 9th International Conference on Environment and Electrical Engineering; 16-19 May 2010; Prague, Czech Republic; 2010.Wróblewski Z, Budzisz J. Overvoltage and overcurrent in a capacity circuit generated by a vacuum switch: Proceedings of the 2010 9th International Conference on Environment and Electrical Engineering; 16-19 May 2010; Prague, Czech Republic; 2010. doi: 10.1109/EEEIC.2010.5489980Huang Z., Tan W., Mao Q, et al. Controlled Breaking Strategy of Shunt Reactor Based on Fast Vacuum Switch: Proceedings of the 2019 5th International Conference on Electric Power Equipment - Switching Technology (ICEPE-ST); 13-16 October 2019; Kitakyushu, Japan, 2019; pp. 698-701.Huang Z, Tan W, Mao Q, et al. Controlled Breaking Strategy of Shunt Reactor Based on Fast Vacuum Switch: Proceedings of the 2019 5th International Conference on Electric Power Equipment - Switching Technology (ICEPE-ST); 13-16 October 2019; Kitakyushu, Japan, 2019; pp. 698-701. doi: 10.1109/ICEPE-ST.2019.8928747.Xin Y. Development of Improved Suppression Measures Against Reignition Overvoltages Caused by Vacuum Circuit Breakers in Offshore Wind Farms //IEEE Transactions on Power Delivery. 2022.Vol. 21, N1, pp. 517-527.Xin Y. Development of Improved Suppression Measures Against Reignition Overvoltages Caused by Vacuum Circuit Breakers in Offshore Wind Farms //IEEE Transactions on Power Delivery. 2022; 21(1):517-527. doi: 10.1109/TPWRD.2021.3064306.Asadi Q., Qasemi M., Amini A., et al. Minimizing Overvoltages on Medium Voltage VCBs Due to Shunt Reactor Switching: Proceedings of the 2020 15th International Conference on Protection and Automation of Power Systems; 30-31 December 2020; Shiraz, Iran; 2020. pp. 25-29.Asadi Q, Qasemi M, Amini A, et al. Minimizing Overvoltages on Medium Voltage VCBs Due to Shunt Reactor Switching: Proceedings of the 2020 15th International Conference on Protection and Automation of Power Systems; 30-31 December 2020; Shiraz, Iran; 2020. pp. 25-29. doi: 10.1109/IPAPS52181.2020.9375585.Liu G., Guo F., Yuan K. Overvoltage Simulation and Analysis of Switching-off Shunt Reactor with 12kV Vacuum Circuit Breaker: Proceedings of the 2020 5th Asia Conference on Power and Electrical Engineering; 04-07 June 2020; Chengdu, China, 2020. pp. 1610-1614.Liu G, Guo F, Yuan K. Overvoltage Simulation and Analysis of Switching-off Shunt Reactor with 12kV Vacuum Circuit Breaker: Proceedings of the 2020 5th Asia Conference on Power and Electrical Engineering; 04-07 June 2020; Chengdu, China, 2020. pp. 1610-1614. doi: 10.1109/ACPEE48638.2020.9136172.Su X., Luo J., Xu B., et al. Research on parallel mean flow technology of high-voltage vacuum circuit breaker: Proceedings of 2022 IEEE International Conference on Electrical Engineering, Big Data and Algorithms (EEBDA); Changchun, China; 2022. pp. 146-149,Su X, Luo J, Xu B, et al. Research on parallel mean flow technology of high-voltage vacuum circuit breaker: Proceedings of 2022 IEEE International Conference on Electrical Engineering, Big Data and Algorithms (EEBDA); Changchun, China; 2022. pp. 146-149, doi: 10.1109/EEBDA53927.2022.9744928.Zhou F., Tang W., Ma Y., et al. Research on Circuit Breaker Switching Model Modified Based on Measured Data Considering Multi Stochastic Factors: Proceedings of 2020 IEEE International Conference on High Voltage Engineering and Application; Beijing, China; 2020. pp. 1-4.Zhou F, Tang W, Ma Y, et al. Research on Circuit Breaker Switching Model Modified Based on Measured Data Considering Multi Stochastic Factors: Proceedings of 2020 IEEE International Conference on High Voltage Engineering and Application; Beijing, China; 2020. pp. 1-4, doi:10.1109/ICHVE49031.2020.9279912.

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