Моделирование режимов однофазных замыканий в системах электроснабжения нетяговых потребителей
Ключевые слова:
однофазные замыкания на землю, системы электроснабжения объектов железнодорожного транспорта, линии электрических передач, программный вычислительный комплекс Fazonord, моделированиеАннотация
Ежегодно из-за аварий на сетях, обеспечивающих электропитание сигнальных точек, возникают задержки в движении нескольких тысяч поездов. Значительная доля от общего числа отказов приходится на однофазные замыкания на землю. Особенность данного вида неисправностей заключается в небольших токах, что серьезно усложняет обнаружение мест их возникновения. Поврежденные линии электрических передач не отключаются релейной защитой, при этом в длительных режимах однофазных замыканий на землю может происходить разрушение структуры железобетонных опор при протекании через них тока однофазных замыканий на землю. Кроме этого, увеличение напряжения здоровых фаз относительно земли до линейных значений может приводить к пробою изоляции и возникновению двухфазных замыканий. Режимы однофазных замыканий на землю в сетях общего назначения подробно рассмотрены во многих отечественных и зарубежных публикациях. Однако задача определения таких режимов в технологических линиях электрических передач на железнодорожном транспорте, находящихся в зонах повышенных электромагнитных влияний тяговых сетей, остается актуальной. Для ее решения могут эффективно использоваться методы моделирования режимов систем электроснабжения железнодорожного транспорта, разработанные в Иркутском государственном университете путей сообщения и реализованные в программном комплексе Fazonord. В статье описана модель системы объектов железнодорожного транспорта, включающая воздушную линию продольного электроснабжения, смонтированную на опорах контактной сети, представлены результаты определения режимов однофазных замыканий на землю, сделаны выводы о влиянии тяговой сети на токи замыканий. Цифровые модели, описанные в работе, позволяют получить полную информацию о режимах однофазных замыканий на землю на основной частоте и на частотах высших гармоник. Данные модели могут найти практическое применение при решении задач настройки устройств, обеспечивающих идентификацию однофазных замыканий на землю, а также для разработки методов локализации мест их возникновения в сетях, подверженных электромагнитным влияниям.
Библиографические ссылки
Аржанников Б.А., Сергеев Б.С., Набойченко И.О. Системы электроснабжения устройств СЦБ. Екатеринбург : Ур-ГУПС, 2009. 99 с.
Оценка распределения токов однофазного замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью при помощи программного комплекса RASTRWIN / Е.В. Перьков, А.А. Цагикян, С.С. Ястребов и др. // Электроэнергетика глазами молодежи-2020 : Материалы ХI Междунар. науч.-техн. конф. Ставрополь, 2020. Т. 1. С. 287–290.
Phase asymmetry: a new parameter for detecting single-phase ground faults in compensated MV networks / K.J. Sagasta-beitia, I. Zamora, A.J. Mazon et al. // IEEE Trans Power Delivery. 2011. Vol. 26, Iss. 4. P. 2251–2258. DOI: 10.1109/TPWRD.2011.2141155.
Разработка методов определения токов однофазного замыкания на землю и утечки в несимметричной сети с изолированной нейтралью / Б.Б. Утегулов, А.Б. Утегулов, А.Б. Уахитова и др. // Наука и техника Казахстана. №1. 2010. С 18–20.
Утегулов Б.Б., Шинтемиров А.М. Математическое моделирование устройства автоматического определения тока однофазного замыкания на землю в электрических сетях 6–10 кВ // Наука и техника Казахстана. 2003. №2. С. 174–181.
Осипов Д.С., Долингер С.Ю., Сафонов Д.Г. Разработка алгоритма автоматической настройки компенсации емкостных токов на основе существующих методов // Омский научный вестник. № 4 (148). 2016. С. 79–84.
Single-phase-to-ground fault detection with distributed parameters analysis in non-direct grounded systems / L. Baowen, M. Hongzhong, X. Honghua et al. // CSEE Journal of Power and Energy Systems. 2019. Vol. 5. Iss. 1. P. 139–147. DOI: 10.17775/CSEEJPES.2016.00740.
Low-current fault detection in high impedance grounded distribution networks, using residual variations of asymmetries / K.J. Sagastabeitia, I. Zamora, A.J. Mazon et al. // IET Generation, Transmission & Distribution. 2012. Vol. 6. Iss. 12. P. 1252–1261. DOI: 10.1049/iet-gtd.2012.0195.
Pandakov K, Høidalen H.K., Trætteberg S. An additional criterion for faulty feeder selection during ground faults in compen-sated distribution networks // IEEE Trans on Power Delivery. 2018. Vol. 33. Iss. 6. P. 2930–2937. DOI: 10.1109/TPWRD.2018.2843528.
Review of Medium-voltage switchgear fault detection in a condition-based monitoring system by using deep learning / Y.A.M. Alsumaidaee, C.T. Yaw, S.P. Koh et al. // Energies. 2022. Vol. 15. Iss. 18. DOI: 10.3390/en15186762.
Ahmadi A., Aghajari E., Zangeneh M. Earth fault detection in distributed power systems on the basis of artificial neural networks approach // Journal of Engg Research on Line First Article. 2021. DOI: 10.36909/jer.13627.
Deep-learning-based ground fault detection using continuous wavelet transform and convolutional neural network in reso-nant grounding distribution systems / M.-F. Guo, X.-D. Zeng, D.-Yu. Chen et al. // IEEE Sensors Journal. 2018. Vol. 18. Iss. 3. P. 1291–1300. DOI: 10.1109/JSEN.2017.2776238.
Single line-to-ground faulted line detection of distribution systems with resonant grounding based on feature fusion frame-work / D. Ying, L. Yadong, S. Qingzhu e al. // IEEE Trans Power Delivery. 2019. Vol. 34. Iss. 4. P. 1766–1775. DOI: 10.1109/TPWRD.2019.2922480.
Detection of single line-to-ground fault using convolutional neural network and task decomposition framework in distribu-tion systems / D. Ying, S. Qingzhu, L. Yadong et al. // 2018 Condition Monitoring and Diagnosis (CMD). Perth, 2018. DOI: 10.1109/CMD.2018.8535600.
M.-F. Guo, N.-C. Yang. Features-clustering-based ground fault detection using singular value decomposition and fuzzy c-means in resonant grounding distribution systems // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2017. Vol. 93. P. 97–108. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijepes.2017.05.014.
Fault feeder detection method utilized steady state and transient components based on FFT backstepping in distribution net-works / W. Xiaowei, W. Xiangxiang, Y. De-chang et al. // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2020. Vol. 114. DOI: 10.1016/j.ijepes.2019.105391.
Faulty feeder detection method based on VMD–FFT and Pearson correlation coefficient of non-power frequency compo-nent in resonant grounded systems / K. Wei, J. Zhang, Y. He et al. // Energies. 2020. Vol. 13. Iss. 18. DOI: 10.3390/en13184724.
Fault diagnosis algorithm for distribution line based on wavelet singular entropy and wavelet energy entropy / L. Rui,
Y. Nan-hua, G. Ming et al. // 2017 IEEE 2nd advanced information technology, electronic and automation control conference (IAEAC). Chongqing, 2017. P. 2395–2398. DOI: 10.1109/IAEAC.2017.8054451.
Costa F.B. Fault-induced transient detection based on real-time analysis of the wavelet coefficient energy // IEEE Transac-tions on Power Delivery. 2014. Vol. 29. Iss. 1. P. 140–153. DOI: 10.1109/TPWRD.2013.2278272.
Закарюкин В.П., Крюков А.В. Сложнонесимметричные режимы электрических систем. Иркутск : ИрГУПС, 2005. 273 с.
Закарюкин В.П., Крюков А.В. Методы совместного моделирования систем тягового и внешнего электроснабжения железных дорог переменного тока. Иркутск : ИрГУПС, 2011. 160 с.
