Mathematical Modeling of New Algorithms for Single-Phase Earth Faults Protection in a Compensated Electrical Network
Close
Conţinutul numărului revistei
Articolul precedent
Articolul urmator
717 20
Ultima descărcare din IBN:
2023-10-25 09:25
Căutarea după subiecte
similare conform CZU
621.311+621.316.9.01 (1)
Electrical engineering (1152)
SM ISO690:2012
SYVOKOBYLENKO, V., LYSENKO, V.. Mathematical Modeling of New Algorithms for Single-Phase Earth Faults Protection in a Compensated Electrical Network. In: Problemele Energeticii Regionale, 2019, nr. 1-2(41 S), pp. 1-11. ISSN 1857-0070. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.3239135
EXPORT metadate:
Google Scholar
Crossref
CERIF

DataCite
Dublin Core
Problemele Energeticii Regionale
Numărul 1-2(41 S) / 2019 / ISSN 1857-0070

Mathematical Modeling of New Algorithms for Single-Phase Earth Faults Protection in a Compensated Electrical Network

Modelarea matematică a algoritmilor noi de protecție împotriva defectelor de pământ monofazate într-o rețea electrică compensată

Математическое моделирование новых алгоритмов защиты от однофазных замыканий на землю в компенсированной электрической сети

DOI:https://doi.org/10.5281/zenodo.3239135
CZU: 621.311+621.316.9.01

Pag. 1-11

Syvokobylenko V., Lysenko V.
 
Donetsk National Technical University
 
 
Disponibil în IBN: 25 noiembrie 2019


Rezumat

New algorithms have been developed for selective protection against phase-to-earth faults in power supply systems of 6–35 kV. In such, due to the impact of an arc-suppressing compensating reactor (Petersen coil), the selective action of traditional protection devices is not ensured. The purpose of the work is to develop new algorithms for selective protection against phase-to-earth faults in power supply systems with Petersen coil. Mathematical modeling showed that at frequencies of 200–400 Hz, the Pe-tersen coil practically does not reduce the capacitive current in the damaged junction when the phase is shorted to ground, unlike in the case of fundamental frequency. Therefore, to protection device current and voltage with a frequency of 300 Hz are used. This current and voltage are extracted from the current and voltage of zero-sequence using band-pass frequency filters and are used to determine the direction of reactive power. Scientific novelty comprises determining the direction of reactive power using both the current and voltage after the filters, and also their derivatives, which significantly improves the sen-sitivity and stability of the relay; the performance of filters being controlled depending on the instanta-neous values of the zero sequence voltage amplitude, which ensures the stability of the filters; the implementation of a two-channel protection relay for receiving a constant (instead of a pulsating) signal at the output device. The effectiveness of the developed protection is confirmed by the results of the mathematical modeling, tests on a laboratory bench and the supply of full-scale signals registered by the recorders in real networks.

Rețelele de distribuție de medie tensiune din Ucraina, ca și în multe alte țări, pentru a reduce curenții de avarie și pentru a spori fiabilitatea, funcționează în primul rând într-un mod neutru la sol rezonant. Scopul lucrării este de a elabora noi algoritmi pentru protecția selectivă împotriva defectelor fază-pământ în sistemele de alimentare cu tensiune de 6-35 kV, în care, datorită influenței unui reactor de compensare a suprimării arcului (bobina Petersen), acțiunea selectivă a dispozitivelor tradiționale de protecție nu este asigurată. Studiile folosind modelul matematic elaborat al rețelei au arătat că, la frecvențe de 200-400 Hz, bobina lui Petersen practic nu reduce curentul capacitiv în conexiunea deteriorată atunci când faza este scurtcircuitată la masă, spre deosebire de 50 Hz. Astfel, obiectivul este realizat prin utilizarea de curenți și tensiuni cu o frecvență de 300 Hz pentru a determina direcția puterii reactive. Componentele frecvenței menționate sunt separate de curenții și tensiunile secvenței zero utilizând filtre de frecvență de trecere. Noutatea științifică constă în: determinarea direcției puterii reactive nu numai cu ajutorul semnalelor de curent și tensiune după filtre, dar și a derivaților acestora, ceea ce îmbunătățește sensibilitatea și stabilitatea releului; în performanța filtrelor controlate în funcție de valorile instantanee ale amplitudinii tensiunii secvenței zero, asigurând astfel stabilitatea filtrelor; în realizarea unui releu de protecție cu două canale pentru primirea unui semnal constant, în loc de un semnal pulsatoriu, la intrarea organului de ieșire.

Распределительные сети среднего напряжения в Украине, как и во многих других странах, для уменьшения токов замыкания на землю и повышения надежности работают преимущественно в режиме резонансно заземленной нейтрали. Цель работы состоит в разработке новых алгоритмов селективной защиты от замыканий фазы на землю в системах электроснабжения напряжением 6-35 кВ, в которых из-за влияния дугогасящего компенсирующего реактора (катушки Петерсена) не обеспечивается селективное действие традиционных устройств защиты. Исследования с помощью разработанной математической модели сети показало, что на частотах 200-400 Гц катушка Петерсена практически не уменьшает емкостный ток в поврежденном присоединении при замыкании фазы на землю, в отличие от того, как это имеет место на частоте 50 Гц. Таким образом, поставленная цель достигается путем использования токов и напряжений частотой 300 Гц для определения направления реактивной мощности. Составляющие упомянутой частоты выделяют из токов и напряжений нулевой последовательности с помощью полосовых частотных фильтров. Научная новизна заключается: в определении направления реактивной мощности не только с помощью сигналов токов и напряжений после фильтров, но и их производных, что значительно улучшает чувствительность и стабильность работы реле; в исполнении фильтров управляемыми в зависимости от мгновенных значений амплитуды напряжения нулевой последовательности, за счет чего обеспечивается устойчивость фильтров; в исполнении реле защиты с двумя каналами для получения постоянного, вместо пульсирующего, сигнала на входе выходного органа. Эффективность разработанной защиты подтверждена результатами математического моделирования, испытаниями на лабораторном стенде и проверкой работы при подаче натурных сигналов, записанных регистраторами в реальных сетях.

Cuvinte-cheie
power supply system, compensated power grid, mathematical model, digital filter, phase to earth fault, Petersen coil,

sistem de alimentare cu energie electrică, rețea electrică compensată, model matematic, filtru digital, fază la pământ, bobină Petersen,

система электроснабжения, компенсированная электросеть, математическая модель, цифровой фильтр, замыкания фазы на землю, катушка Петерсена