Исследование точности определения места повреждения воздушных линий по данным от устройств синхронизированных векторных измерений различных классов и производителей
Ф.А. Куликов, А.Ю. Мурзин, И.Е. Иванов, Я.А. Умнов
Вестник ИГЭУ, 2024 г. выпуск 1, сс. 44—52
Скачать PDF
Состояние вопроса. Технология синхронизированных векторных измерений нашла широкое применение в энергосистеме РФ для фиксации параметров установившихся электроэнергетических режимов и регистрации электромеханических переходных процессов. Исследованию аспектов определения места повреждения по данным синхронизированных векторных измерений посвящены главным образом зарубежные публикации. Существенным недостатком большинства рассмотренных публикаций является упрощенное моделирование как воздушных линий электропередачи, так и измерительных каналов тока и напряжения, а также цифровых фильтров устройств синхронизированных векторных измерений. Целью исследования является разработка алгоритма определения места повреждения на основе синхронизированных векторных измерений и исследование его точности при использовании реального оборудования, включая программно-аппаратный комплекс RTDS, усилители тока и напряжения фирмы PONOVO и промышленные устройства синхронизированных векторных измерений.
Материалы и методы. Двусторонний метод определения места повреждения разработан на основе синхронизированных векторных измерений с использованием уравнений длинной линии и известных концепций теории электромагнитных переходных процессов. Моделирование осциллограмм токов и напряжений с обоих концов воздушной линии производится в программном комплексе MATLAB/Simulink. Воспроизведение соответствующих COMTRADE-файлов осциллограмм осуществляется посредством программно-аппаратного комплекса RTDS и программной среды RSCAD. Кроме того, в исследовании применяются промышленное устройство синхронизированных векторных измерений ТПА-02 и устройство сопряжения ENMU, поддерживающее функцию синхронизированных векторных измерений, и таким образом выполняется виртуализация устройств синхронизированных векторных измерений по концам линии. Для синхронизации измерений и агрегации кадров данных синхронизированных векторных измерений задействовано различное вспомогательное оборудование и программное обеспечение (в частности, PMU Connection Tester).
Результаты. Разработан двусторонний метод определения места повреждения по параметрам аварийного режима, в качестве которых выступают синхронизированные векторные измерения по концам воздушной линии. Метод основан на решении переопределенной системы нелинейных уравнений, описывающих физические процессы, протекающие в воздушной линии электропередачи, и способен функционировать при различных видах коротких замыканий. Проведено комплексное исследование эффективности разработанного метода определения места повреждения и получены численные результаты погрешностей определения места повреждения при использовании промышленных устройств синхронизированных векторных измерений ENMU и ТПА-02, симулятора RTDS и другого оборудования. Рассмотрен случай установки по концам воздушной линии устройств синхронизированных векторных измерений разного класса, сконфигурированных, к тому же, на отличающуюся частоту выдачи кадров данных. В результате экспериментов выявлено, что приведенная погрешность определения места повреждения не превышает регламентируемых стандартом ПАО «ФСК ЕЭС» (СТО 56947007–29.120.70.241-2017) пределов погрешности в 88 % случаев.
Выводы. Разработанный метод определения места повреждения позволяет достичь требуемой нормативными документами точности расчета расстояния до точки короткого замыкания в большинстве рассмотренных случаев. По результатам проведенных численных экспериментов можно заключить, что при различных видах рассмотренных коротких замыканий частота выдачи кадров синхронизированных векторных измерений и конфигурирование по классу P или M не оказывает существенного влияния на точность определения места повреждения, если длительность коротких замыканий достаточна для устойчивого расчета вектора аварийного режима.
1. Ahmadinia M., Sadeh J. A New PMU-Based Fault Location Scheme Considering Current Transformers Saturation // 2020 28th Iranian Conference on Electrical Engineering (ICEE). – Tabriz, Iran, 2020. – Р. 1–4. DOI: 10.1109/ICEE50131.2020.9260641.
2. Becejac T., Dehghanian P., Kezunovic M. Impact of the Errors in the PMU Response on Synchrophasor-Based Fault Location Algorithms // 2016 North American Power Symposium (NAPS). – Denver, CO, USA, 2016. – Р. 1–6. DOI: 10.1109/NAPS.2016.7747946.
3. Al-Mohammed A.H., Abido M.A. An adaptive fault location algorithm for power system networks based on synchrophasor measurements // Electric Power System Research. – March, 2014. – P. 153–163. DOI: 10.1016/j.epsr.2013.10.013.
4. Ankamma Rao J, Bizuayehu Bogale. Accurate Fault Location Technique on Power Transmission Lines with use of Phasor Measurement // International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT). – February, 2015. – P. 492–495.
5. Brahma S.M. New Fault Location Scheme for a Two- Terminal Transmission Line Using Synchronized Phasor Measurements // Transmission and Distribution Conference and Exhibition. – June, 2016. DOI:10.1109/TDC.2006.1668609.
6. Salehi Dobakhshari A., Ranjbar A.M. Novel Method for Fault Location of Transmission Lines by Wide-Area Voltage Measurements Considering Measurement Errors // IEEE Trans. Smart Grid. – 2015. – Vol. 6. – No. 2. – P. 874–884. DOI: 10.1109/TSG.2014.2322977.
7. Определение места повреждения на воздушных линиях 500 кВ ЕЭС России по данным синхронизированных векторных измерений / И.Е. Иванов, Я.А. Умнов, А.В. Жуков, Д.М. Дубинин // Энергетик. – 2023. – № 7. – С. 31–39. DOI: http://dx.doi.org/10.34831/EP.2023.76.78.007.
8. Организация метрологических каналов для определения мест повреждения воздушных линий на базе устройств синхронизированных векторных измерений / А.А. Яблоков, И.Е. Иванов, А.Р. Тычкин и др. // Вестник ЮУрГУ. Сер. Энергетика. – 2023. – Т. 23, № 2. – С. 5–17. DOI: 10.14529/power230201.
9. John J. Grainger, William D. Stevenson. Power System Analysis. – New York: McGraw-Hill, Inc., 1994.
10. Козлов В.Н., Бычков Ю.В., Ермаков К.И. О точности современных устройств ОМП // Релейная защита и автоматизация. – Март, 2016. – № 1. – C. 42–46.
11. Иванов И.Е., Куликов Ф.А., Мурзин А.Ю. Метод определения места повреждения на воздушных линиях по данным СВИ с уточнением параметров линии // Релейщик. – 2021. – № 2. – С. 14–19.