94
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА
И АВТОМАТИКА
Системы управления, защиты,
автоматики и мониторинга
сетей среднего напряжения
УДК
621.316.9:621.316.1
Рассматриваются
вопросы
применения
технологии
синхронизированных
векторных
измерений
для
совершенствования
систем
управления
,
мониторинга
и
защиты
центров
питания
и
распределительных
сетей
.
Приведены
преимущества
применения
технологии
синхронизированных
векторных
измерений
(
СВИ
)
и
идеологии
WAMPAC
для
автоматиза
-
ции
распределительных
сетей
,
в
частности
для
реализации
системы
автоматического
восстановления
электроснабжения
потребителей
и
реализации
систем
управления
,
за
-
щиты
и
мониторинга
силовых
трансформаторов
.
В
статье
представлены
принципы
по
-
этапной
автоматизации
кабельных
и
воздушных
сетей
среднего
напряжения
с
учетом
применения
технологии
СВИ
,
приведены
новые
алгоритмы
для
создания
систем
монито
-
ринга
силового
трансформатора
.
Пискунов
С
.
А
.,
аспирант
кафедры
«
Электроэнергетика
и
электротехника
»
САФУ
,
инженер
группы
комплексного
проектирования
ООО
«
Инженерный
центр
«
Энергосервис
»
Мокеев
А
.
В
.,
д
.
т
.
н
.,
профессор
кафедры
«
Электро
-
энергетика
и
электро
-
техника
»
САФУ
,
заместитель
генерального
директора
ООО
«
Инженерный
центр
«
Энергосервис
»
Ульянов
Д
.
Н
.,
заместитель
генерального
директора
ООО
«
Инженерный
центр
«
Энергосервис
»
Ключевые
слова
:
синхронизированные
векторные
измерения
(
СВИ
),
мониторинг
состояния
трансформатора
,
релейная
защита
,
распределительная
сеть
(
РС
)
П
остепенное
увеличение
доли
распределенной
генерации
и
нелинейных
элементов
сети
снижает
надежность
и
устой
-
чивость
работы
энергетических
систем
и
повышает
риск
возникновения
не
-
нормальных
и
аварийных
ситуаций
,
от
-
ключения
потребителей
[1].
При
этом
зачастую
к
крупным
авариям
приводит
,
на
первый
взгляд
,
ряд
незначительных
событий
,
которые
могут
возникать
в
рас
-
пределительной
сети
среднего
напряже
-
ния
(
РС
СН
).
С
целью
обеспечения
необходи
-
мой
надежности
и
устойчивости
ра
-
боты
сети
требуется
существенное
улучшение
инфраструктуры
систем
защиты
,
автоматики
,
мониторинга
и
управления
.
Автоматизация
рас
-
пределительных
сетей
среднего
на
-
пряжения
включает
в
себя
два
уровня
:
первый
(
локальный
),
связан
с
авто
-
матизацией
кабельных
и
воздушных
распределительных
сетей
,
трансфор
-
маторных
подстанций
6–10
кВ
.
Второй
уровень
(
региональный
)
предполагает
автоматизацию
центров
питания
рас
-
пределительной
сети
—
понизитель
-
ных
подстанций
и
распределительных
пунктов
.
Согласно
положению
ПАО
«
Рос
-
сети
»
о
единой
технической
политике
[2],
одной
из
основных
задач
компании
в
электросетевом
комплексе
является
повышение
наблюдаемости
электриче
-
ской
сети
и
эффективности
управления
сетевыми
активами
,
внедрение
совре
-
менных
систем
контроля
технического
состояния
,
диагностики
и
мониторинга
технологического
оборудования
.
В
свя
-
зи
с
этим
можно
утверждать
,
что
поиск
эффективных
и
комплексных
решений
для
автоматизации
распределитель
-
ных
сетей
представляет
значительный
интерес
.
Такие
решения
предполага
-
ют
применение
многофункциональных
устройств
и
современных
технологий
,
к
которым
следует
отнести
технологию
синхронизированных
векторных
изме
-
рений
(
СВИ
) [3].
Преимуществом
применения
тех
-
нологии
СВИ
для
повышения
надеж
-
ности
систем
энергетики
является
воз
-
можность
реализации
распределенных
систем
мониторинга
,
защиты
,
автома
-
тики
и
управления
по
принципу
рабо
-
ты
WAMPACS (Wide Area Monitoring,
Protection and Control System).
В
докла
-
де
рассматривается
распространение
идей
WAMPACS
применительно
к
рас
-
пределительным
сетям
среднего
напря
-
жения
,
в
том
числе
для
автоматизации
центров
питания
РС
.
РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ
СИСТЕМЫ
УПРАВЛЕНИЯ
,
ЗАЩИТЫ
,
АВТОМАТИКИ
И
МОНИТОРИНГА
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ
СЕТЕЙ
В
настоящее
время
в
мировой
энер
-
гетике
большое
внимание
уделяется
технологии
WAMPACS
в
совокупности
с
применением
синхронизированных
векторных
измерений
[4].
В
научной
литературе
уже
сформированы
общие
подходы
и
концептуальные
решения
по
применению
технологии
СВИ
в
целях
реализации
устройств
защиты
,
автома
-
тики
,
мониторинга
и
управления
сети
[5].
95
Тем
не
менее
,
остаются
открытыми
вопросы
по
при
-
менению
принципов
WAMPACS
в
сетях
среднего
на
-
пряжения
.
До
недавнего
времени
считалось
,
что
примене
-
ние
принципов
WAMPACS,
в
том
числе
и
технологии
СВИ
,
является
прерогативой
для
сетей
высокого
на
-
пряжения
,
так
как
стоимость
решений
на
базе
ука
-
занных
технологий
еще
несколько
лет
назад
была
очень
высокой
.
С
другой
стороны
,
развитие
этих
тех
-
нологий
в
последние
годы
позволило
значительно
снизить
их
стоимость
и
вместе
с
тем
расширить
об
-
ласть
их
применения
.
Кроме
того
,
развитие
коммуни
-
кационных
технологий
,
таких
как
технология
сотовой
связи
,
позволяет
рассматривать
применение
идей
WAMPACS
и
технологии
СВИ
не
только
в
рамках
тео
-
ретических
проектов
,
но
и
с
позиции
опыта
практиче
-
ской
реализации
таких
решений
[6].
В
настоящее
время
наиболее
распространены
устройства
СВИ
,
которые
разрабатываются
в
со
-
ответствии
со
стандартом
IEEE C37.118 [7].
Тем
не
менее
,
разработка
других
типов
устройств
,
под
-
держивающих
СВИ
,
также
представляет
практиче
-
ский
интерес
.
Например
,
концепция
развития
ре
-
лейной
защиты
,
автоматики
и
автоматизированных
систем
управления
технологическими
процессами
ПАО
«
Россети
» [8]
основной
задачей
создания
ав
-
томатизированных
систем
устанавливает
внедре
-
ние
недорогих
,
современных
,
высокотехнологичных
и
многофункциональных
устройств
автоматизации
.
Одним
из
наиболее
перспективных
направле
-
ний
применения
концепции
WAMPACS
и
технологии
СВИ
для
РС
является
реализация
системы
автома
-
тического
восстановления
электроснабжения
потре
-
бителей
(FLISR, Fault Location, Isolation and Service
Restoration).
По
статистике
,
порядка
80%
всех
отклю
-
чений
потребителей
связаны
с
нарушением
в
работе
сети
среднего
напряжения
[9].
Поэтому
с
учетом
низ
-
кого
уровня
автоматизации
сети
реализация
систе
-
мы
FLISR
является
актуальной
задачей
,
требующей
применения
эффективных
и
недорогих
решений
.
Для
создания
FLISR
применение
технологии
СВИ
предоставляет
возможность
реализации
новых
прин
-
ципов
локализации
повреждений
при
КЗ
и
ОЗЗ
,
более
совершенный
энергомониторинг
.
Значительные
преимущества
предлагает
техно
-
логия
СВИ
для
автоматизации
цен
-
тров
питания
РС
:
–
распределенные
системы
за
-
щиты
сборных
шин
и
силового
трансформатора
подстанции
,
построенные
на
дифференци
-
альном
принципе
с
абсолют
-
ной
селективностью
;
–
автоматику
управления
сетями
с
распределенной
генерацией
[10];
–
мониторинг
электрооборудова
-
ния
(
силового
трансформатора
,
трансформаторов
тока
и
напря
-
жения
,
высоковольтных
выклю
-
чателей
) [11];
–
системы
сбора
и
передачи
информации
(
сокра
-
щение
времени
анализа
аварийных
ситуаций
).
Поскольку
автоматизация
РС
связана
с
больши
-
ми
капитальными
затратами
,
для
выполнения
этой
задачи
требуется
поиск
эффективных
решений
и
планирование
этапов
их
реализации
.
СИСТЕМА
АВТОМАТИЧЕСКОГО
ВОССТАНОВЛЕНИЯ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
ПОТРЕБИТЕЛЕЙ
Система
автоматического
восстановления
электро
-
снабжения
(
САВС
, FLISR)
сетей
6–10
кВ
представ
-
ляет
собой
эффективную
структуру
определения
и
восстановления
аварийных
участков
сети
. FLISR
предназначена
для
автоматизации
диспетчерского
управления
распределительными
сетями
6–10
кВ
в
нормальных
и
послеаварийных
режимах
,
а
также
в
режимах
с
однофазным
замыканием
на
землю
.
Рассмотрим
подробнее
принципы
планирования
автоматизации
РС
по
нескольким
этапам
.
На
рисунке
1
представлено
два
варианта
автоматизации
РС
—
для
кабельной
и
воздушной
сети
.
Для
примера
с
помощью
условных
обозначений
на
рисунке
1
приведены
сле
-
дующие
объекты
:
секции
понизительной
подстанции
ПС
-1,
от
которой
питаются
распределительные
пункты
РП
-1
и
РП
-2,
и
трансформаторные
подстанции
ТП
-11–
ТП
-5N,
связанные
общей
кабельной
сетью
.
От
ПС
-1
также
питается
одноцепная
ВЛ
с
ответвлениями
,
для
которой
условно
обозначены
опоры
1–P.
Вне
зависимости
от
типа
сети
автоматизация
РС
должна
начинаться
с
центров
питания
(1
этап
).
При
этом
на
первом
этапе
могут
быть
автоматизированы
некоторые
ТП
,
от
которых
осуществляется
питание
ответственных
потребителей
.
К
задачам
автоматизации
можно
отнести
следую
-
щие
позиции
:
–
установка
на
ПС
,
РП
и
ТП
измерительных
датчи
-
ков
тока
и
индикаторов
тока
КЗ
(
уровень
сбора
данных
);
–
установка
устройств
,
обеспечивающих
функции
системы
локализации
повреждений
,
энергомони
-
Кабельная
сеть
Воздушная
сеть
ПС
-1
РП
-1
РП
-2
ТП
-11
ТП
-31
ТП
-41
ТП
-51
ТП
-42
ТП
-52
ТП
-5
N
ТП
-21
ТП
-22
ТП
-2
N
ТП
-12
ТП
-32
ТП
-13
ТП
-3
N
ТП
-1
N
ТП
-4
N
ПС
-1
секция
1
секция
2
разрыв
кольцевой
схемы
1
этап
2
этап
3
этап
оп
. 1
оп
.
N
оп
.
M
оп
.
K
оп
.
L
оп
.
P
Рис
. 1.
Структурная
схема
автоматизации
РС
№
2 (77) 2023
96
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА
И АВТОМАТИКА
торинга
,
дистанционного
управления
выключате
-
лями
/
разъединителями
,
системы
телемеханики
(
уровень
передачи
и
обработки
данных
);
–
реализация
уровня
диспетчерского
управления
(
серверы
со
специализированным
программным
обеспечением
,
сбор
,
визуализация
и
долгосроч
-
ное
хранение
информации
,
формирование
ко
-
манд
удаленного
управления
).
На
втором
и
третьем
этапе
автоматизации
РС
производится
установка
оборудования
на
остальных
РП
и
ТП
.
Основной
задачей
при
планировании
авто
-
матизации
РС
является
правильный
выбор
участков
локализации
повреждений
,
контролируемых
присо
-
единений
,
чтобы
принимаемые
решения
по
установ
-
ке
нового
оборудования
не
противоречили
предыду
-
щим
этапам
.
Автоматизация
воздушных
линий
имеет
свою
специфику
,
поскольку
ВЛ
характеризуются
мини
-
мальным
уровнем
автоматизации
при
значительной
протяженности
линий
.
На
рисунке
1
приведен
один
из
вариантов
автоматизации
ВЛ
—
установка
ново
-
го
оборудования
в
местах
разветвления
линии
(
на
опорах
)
в
порядке
иерархии
от
центра
питания
ВЛ
.
К
возможному
устанавливаемому
оборудованию
от
-
носятся
реклоузеры
,
индикаторы
состояния
линии
,
шкафы
сбора
данных
.
Рисунок
2
иллюстрирует
пример
практической
реализации
FLISR.
В
кабельной
распределительной
сети
местом
установки
нового
оборудования
является
трансформаторная
подстанция
.
Для
кабельной
сети
авторами
доклада
предлагается
применение
специ
-
альных
устройств
ЭНЛЗ
локализации
ОЗЗ
и
КЗ
с
под
-
держкой
СВИ
[12].
Устройство
ЭНЛЗ
производит
сбор
данных
от
индикаторов
тока
КЗ
и
размыкаемых
датчи
-
ков
тока
нулевой
последовательности
(
НП
).
В
случае
установки
устройства
ЭНЛЗ
на
ПС
или
РП
,
оно
также
производит
сбор
данных
от
измерительных
транс
-
форматоров
напряжения
(
напряжение
НП
).
От
устройства
ЭНЛЗ
данные
передаются
в
устрой
-
ство
сбора
данных
(
ЭНКМ
-3),
которое
также
выполняет
Рис
. 2.
Пример
реализации
FLISR
в
сети
6–10
кВ
АРМ
диспетчеров
МЭК
60870-5-104
МЭК
60870-5-104
ЦУС
ПС
,
РП
6–10
кВ
,
ТП
-6(10)/0,4
кВ
Опора
ЛЭП
6–10
кВ
ТИ
ТС
ТИ
ТС
ТС
ТС
ЛВС
ПО
«ES-
Граф
»
(
основной
комплект
)
Виртуальный
сервер
ОИК
(
основной
комплект
)
ОИК
(
резервный
комплект
)
ПО
«ES-
Граф
»
(
резервный
комплект
)
Виртуальный
сервер
МЭК
60870-5-104
GSM
Сеть
1
L3-VPN
Сеть
1
L3-VPN
Сеть
2
L3-VPN
GSM
МЭК
60870-5-104
RS-485
(
МЭК
-101)
поддержка
СВИ
GSM
ГЛОНА
СС
GSM
МЭК
60870-5-104
Сеть
2
L3-VPN
МЭК
60870-5-104
GSM
2
фидера
/
1
фидер
+
ТП
Шкаф
УСД
Шкаф
УСД
3/6
ИТК
З
1/2
ДТНП
VMT
(TH)
ЭНЛЗ
П
ЛАТА
СИГНАЛИЗАЦИИ
И
НДИКАТОР
СОСТОЯНИЯ
ВЛ
ЭНКМ
-3
ЭНКМ
-3
Условные
сокращения
:
ТИ
—
телеизмерения
;
ТС
—
телесигнализация
;
УСД
—
устройство
сбора
данных
;
ЛВС
—
локальная
вычислительная
сеть
;
АРМ
—
автоматизиро
-
ванное
рабочее
место
;
ОИК
—
оперативно
-
информационный
комплекс
;
ИТКЗ
—
индикатор
тока
КЗ
;
ДТНП
—
датчик
тока
нулевой
последова
-
тельности
;
ЦУС
—
центр
управления
сетью
97
функции
синхронизации
времени
.
Применение
СВИ
позволяет
реализовать
распределенную
систему
из
-
мерений
тока
НП
по
участкам
кабельной
сети
и
обес
-
печить
работу
системы
локализации
ОЗЗ
и
КЗ
[6, 12].
Передача
данных
в
центр
управления
сетью
(
ЦУС
)
осуществляется
по
резервируемым
выделен
-
ным
каналам
сотовой
связи
,
что
обеспечивает
при
относительно
невысоких
затратах
достаточную
эф
-
фективность
передачи
данных
в
РС
.
В
ЦУС
осуществляется
обработка
,
передача
и
хра
-
нение
данных
о
состоянии
сети
,
а
также
формируются
сигналы
на
управление
коммутационными
аппарата
-
ми
.
Для
выполнения
задач
FLISR
разработано
специ
-
альное
программное
обеспечение
«ES-
Граф
».
Для
воздушных
линий
электропередачи
пред
-
усмотрена
установка
специальных
индикаторов
со
-
стояния
линии
(ISL),
монтируемых
на
опорах
ЛЭП
на
определенном
расстоянии
от
проводов
.
Устройство
ISL
совместно
со
шкафом
УСД
с
панелью
сигнали
-
зации
событий
на
линии
обеспечивает
мониторинг
состояния
линии
,
определение
и
индикацию
направ
-
ления
ОЗЗ
и
КЗ
в
сети
,
хранение
и
передачу
инфор
-
мации
о
состоянии
ВЛ
в
ЦУС
.
Таким
образом
,
в
сети
среднего
напряжения
реа
-
лизуются
принципы
построения
WAMPACS.
СИСТЕМЫ
УПРАВЛЕНИЯ
,
ЗАЩИТЫ
И
МОНИТОРИНГА
ТРАНСФОРМАТОРОВ
Реализация
систем
управления
,
защиты
и
монито
-
ринга
силовых
трансформаторов
на
понижающих
подстанциях
в
распределительных
сетях
среднего
напряжения
имеет
свой
ряд
особенностей
:
–
средняя
номинальная
мощность
трансформато
-
ров
РС
относительно
невелика
(2,5–6,3
МВА
);
–
остаточная
стоимость
оборудования
зачастую
ниже
требуемых
затрат
на
выполнение
задач
ав
-
томатизации
ПС
;
–
значительная
часть
парка
силовых
трансформа
-
торов
РС
выработала
свой
установленный
срок
службы
,
поэтому
вероятность
возникновения
ава
-
рий
и
отключения
потребителей
возрастает
.
В
связи
с
этим
при
автоматизации
подстанций
возникает
необходимость
в
поиске
рациональных
,
эффективных
и
комплексных
решений
для
реали
-
зации
систем
защиты
и
мониторинга
силовых
транс
-
форматоров
.
Специалистами
ООО
«
Инженерный
центр
«
Энергосервис
»,
начиная
с
2018
года
,
ведутся
ра
-
боты
по
мониторингу
состояния
силовых
транс
-
форматоров
на
основе
использования
данных
синхронизированных
векторных
измерений
[12,
13].
В
2020–2022
годах
данная
работа
проводилась
специалистами
ООО
«
Инженерный
центр
«
Энер
-
госервис
»
совместно
с
АО
«
Федеральный
испыта
-
тельный
центр
»
и
ФБОУ
ВО
«
Национальный
иссле
-
довательский
университет
«
МЭИ
»
в
рамках
НИР
«
Разработка
алгоритмов
и
способов
мониторинга
состояния
силовых
трансформаторов
в
распреде
-
лительных
электрических
сетях
35–110
кВ
на
основе
синхронизированных
векторных
измерений
».
В
ре
-
зультате
выполнения
НИР
разработана
методика
мониторинга
состояния
силовых
трансформаторов
35–110
кВ
на
основе
синхронизированных
вектор
-
ных
измерений
,
разработаны
различные
варианты
систем
мониторинга
трансформатора
,
обобщены
результаты
опытной
эксплуатации
систем
мони
-
торинга
трансформаторов
на
ПС
-7
и
ПС
-8
Архан
-
гельского
филиала
компании
«
Россети
Северо
-
Запад
».
На
основе
проведенных
исследований
авторами
представлена
общая
концепция
реализации
систем
защиты
и
мониторинга
силового
трансформатора
в
РС
(
рисунок
3).
Рассмотрим
представленные
варианты
под
-
робнее
.
Для
небольших
подстанций
с
наименьшим
уровнем
автоматизации
наиболее
рациональным
решением
является
реализация
простой
системы
мониторинга
на
базе
устройств
РЗА
и
ССПИ
без
при
-
менения
СВИ
.
Такая
система
обеспечит
контроль
базового
набора
параметров
(
перегрузочной
способ
-
ности
,
сквозных
токов
КЗ
,
уровня
перенапряжений
).
В
случае
если
по
технико
-
экономическим
показате
-
лям
установка
устройств
СВИ
является
обоснован
-
Рис
. 3.
Варианты
систем
защиты
и
мониторинга
трансформаторов
*
с
учетом
номинальной
мощности
установленных
силовых
трансформаторов
ВАРИАНТ
1
для
небольших
ПС
*
на
базе
УРЗА
и
ССПИ
без
применения
СВИ
недорогой
и
простой
вариант
меньшее
число
контролируемых
параметров
бо
'
льшая
стоимость
по
сравнению
с
вариантом
1
наибольшая
эффективность
для
РЭС
СН
большая
стоимость
системы
наибольшая
стоимость
системы
полнофунк
-
циональная
СМСТ
на
базе
СВИ
полнофунк
-
циональная
СМСТ
на
базе
СВИ
контроль
всех
возможных
параметров
контроль
всех
возможных
параметров
УРЗА
+
УСВИ
УРЗА
+ MIED
с
поддержкой
СВИ
УРЗА
+
УСВИ
+
контроль
неэлектрических
параметров
вариант
4 +
технология
ЦПС
ВАРИАНТ
2
для
небольших
и
средних
ПС
ВАРИАНТ
3
для
небольших
и
средних
ПС
ВАРИАНТ
4
для
крупных
ПС
ВАРИАНТ
5
цифровая
ПС
№
2 (77) 2023
98
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА
И АВТОМАТИКА
ной
,
переход
к
варианту
2
позволяет
реализовать
полнофункциональную
систему
мониторинга
транс
-
форматора
с
контролем
значительно
большего
чис
-
ла
параметров
,
в
том
числе
параметров
схемы
заме
-
щения
трансформатора
[11].
Наиболее
оптимальным
вариантом
является
выбор
в
пользу
многофункцио
-
нальных
интеллектуальных
электронных
устройств
с
поддержкой
СВИ
,
так
как
они
,
помимо
векторных
измерений
,
позволяют
реализовать
сразу
несколько
подсистем
автоматизации
ПС
(
телемеханики
,
учета
и
показателей
качества
электроэнергии
).
Для
более
крупных
ПС
становится
возможным
реализация
систем
мониторинга
с
контролем
элек
-
трических
и
неэлектрических
параметров
[14–16].
Такой
подход
требует
значительно
больших
затрат
,
но
при
этом
мы
получаем
более
эффективный
кон
-
троль
и
выполнение
большего
числа
задач
монито
-
ринга
и
диагностики
трансформатора
.
Пятый
вари
-
ант
предполагает
реализацию
цифровой
ПС
.
Отдельно
важно
рассмотреть
вопрос
,
какие
ос
-
новные
преимущества
для
мониторинга
состояния
силового
трансформатора
предлагает
технология
СВИ
.
Чаще
всего
именно
электромагнитные
переход
-
ные
процессы
приводят
к
возникновению
дефектов
и
аварий
в
силовых
трансформаторах
.
Поэтому
при
разработке
системы
мониторинга
трансфор
-
маторов
принципиально
важно
,
чтобы
она
обеспе
-
чивала
предиктивный
способ
выявления
опасных
повреждений
,
а
не
обнаружение
последствий
уже
возникшего
повреждения
.
Возможным
решением
при
этом
является
применение
устройств
РЗА
си
-
лового
трансформатора
с
функцией
мониторинга
его
состояния
на
основе
технологии
синхронизиро
-
ванных
векторных
измерений
.
При
этом
,
как
было
указано
ранее
,
технологию
СВИ
также
следует
ис
-
пользовать
для
совершенствования
релейной
за
-
щиты
трансформатора
[11].
В
работе
[16]
авторами
были
рассмотрены
вопро
-
сы
идентификации
параметров
Т
-
образной
схемы
замещения
силового
трансформатора
на
основе
измерений
его
синхровекторов
тока
и
напряжения
.
По
динамике
изменения
указанных
параметров
про
-
изводится
выявление
дефектов
и
неисправностей
.
Нужно
отметить
,
что
работа
[16]
основывалась
на
анализе
стационарных
режимов
работы
силового
трансформатора
.
Тем
не
менее
,
для
целей
выпол
-
нения
функций
релейной
защиты
важным
является
возможность
контроля
параметров
схемы
заме
-
щения
силового
трансформатора
при
переходных
процессах
[17–19].
В
данной
работе
авторы
предлагают
рассмотреть
более
совершенный
алгоритм
идентификации
пара
-
метров
схемы
замещения
трансформатора
.
Вначале
рассмотрим
Г
-
образную
схему
замещения
силового
трансформатора
(
рисунок
4),
которая
представлена
двумя
ветвями
:
продольной
и
поперечной
(
ветвь
на
-
магничивания
).
Известно
,
что
значительное
измене
-
ние
параметров
поперечной
ветви
происходит
при
броске
тока
намагничивания
(
БТН
)
в
силовом
транс
-
форматоре
при
его
включении
на
холостой
ход
или
на
нагрузку
.
Для
аналоговой
системы
-
прототипа
,
описываю
-
щей
работу
силового
трансформатора
при
БТН
,
мо
-
жет
быть
составлено
следующее
дифференциаль
-
ное
уравнение
ветви
намагничивания
:
di
0
(
t
)
u
1
(
t
) =
i
0
(
t
)
R
0
(
t
) +
L
0
(
t
)
.
(1)
dt
Уравнение
(1)
является
нестационарным
диф
-
ференциальным
уравнением
первого
порядка
,
по
-
скольку
содержит
два
переменных
коэффициен
-
та
.
Его
анализ
в
мгновенных
значениях
величин
не
всегда
оказывается
эффективным
и
простым
.
Рассмотрим
,
как
доступные
данные
о
синхро
-
векторах
тока
и
напряжения
на
высокой
и
низкой
стороне
трансформатора
позволяют
изменить
подход
к
оценке
его
параметров
в
переходном
режиме
.
Преобразуем
выражение
(1),
сделав
подстановку
I
∙
0
(
t
)
e
j
0
t
,
U
∙
(
t
)
e
j
0
t
.
Произведя
простые
преобразования
,
получим
следующее
выражение
:
di
0
(
t
)
U
∙
1
(
t
) =
z
0
(
t
)
I
∙
0
(
t
) +
L
0
(
t
)
, (2)
dt
где
z
0
(
t
) =
R
0
(
t
) +
j
0
L
0
(
t
),
0
= 2
50
рад
/
с
.
Синхровектор
тока
в
ветви
намагничивания
нахо
-
дится
как
:
I
∙
0
(
t
) =
I
∙
1
(
t
) –
I
∙
2
(
t
).
Введем
обозначение
:
U
∙
1
(
t
)
z
1
(
t
) =
=
R
1
(
t
) +
jX
1
(
t
). (3)
I
∙
0
(
t
)
Рис
. 4.
Г
-
образная
схема
замещения
двухобмоточного
трансформатора
U
∙
1
(
t
)
U
∙
'
1
(
t
)
I
∙
1
(
t
)
I
∙
1
(
t
)
I
∙
0
(
t
)
I
∙
R
0
(
t
)
I
∙
L
0
(
t
)
I
∙
'
2
(
t
)
R
L
R
0
(
t
)
L
0
(
t
)
Рис
. 5.
Схема
замещения
трансформатора
в
Simulink-
модели
U
∙
1
(
t
)
R
1
R
0
(
t
)
L
0
(
t
)
L
1
99
Воспользовавшись
приемом
[17],
можно
получить
выражения
для
оценки
индуктивности
ветви
намаг
-
ничивания
:
I
∙
'
0
(
t
)
L
0
(
t
) =
X
1
(
t
)
0
+
I
m
–1
, (4)
I
∙
0
(
t
)
а
затем
и
для
активного
сопротивления
:
I
∙
'
0
(
t
)
R
0
(
t
) =
R
1
(
t
) –
L
0
(
t
)
Re
. (5)
I
∙
0
(
t
)
Для
определения
параметров
R
и
L
продольной
ветви
схемы
замещения
трансформатора
по
выра
-
жениям
(4)
и
(5)
необходимо
произвести
следующие
замены
:
U
∙
1
(
t
)
U
∙
1
(
t
) –
U
∙
'
2
(
t
),
I
∙
0
(
t
)
I
∙
'
2
(
t
).
Полученные
выражения
(4)
и
(5)
позволяют
опре
-
делять
параметры
схемы
замещения
трансформа
-
тора
в
условиях
переходного
процесса
,
в
том
числе
при
БТН
.
Следует
отметить
,
что
в
выражениях
(4)
и
(5)
при
-
сутствует
производная
синхровектора
тока
,
корректное
вычисление
которой
в
цифровых
системах
зависит
от
частоты
дискретизации
сигнала
.
Поэтому
в
некоторых
случаях
темп
передачи
данных
синхровекторов
от
УСВИ
с
частотой
50
раз
/
с
может
оказаться
неприемле
-
мым
.
Задача
вычисления
производной
синхровектора
тока
может
быть
выполнена
путем
увеличения
темпа
передачи
синхровекторов
либо
путем
расчета
произво
-
дной
синхровектора
тока
в
самом
УСВИ
.
Анализ
синхровекторов
переходных
процессов
также
позволяет
разработать
алгоритм
для
иден
-
тификации
параметров
Т
-
образной
схемы
замеще
-
ния
трансформатора
.
В
этом
случае
эффективным
решением
является
моделирование
электриче
-
ских
цепей
,
например
,
в
среде
MATLAB/Simulink.
В
частности
,
в
Simulink
есть
модель
нелинейного
трансформатора
,
которую
можно
использовать
для
проведения
расчетов
на
основе
численных
методов
.
На
рисунке
5
показана
Т
-
образная
схема
силово
-
го
трансформатора
без
нагрузки
на
основе
Simulink-
модели
.
Особенность
этой
модели
заключается
в
том
,
что
сопротивление
и
индуктивность
ветви
на
-
магничивания
соединены
параллельно
.
Это
позво
-
ляет
производить
анализ
индуктивности
намагничи
-
вания
отдельно
от
других
параметров
.
На
рисунке
6
показана
Simulink-
модель
,
разрабо
-
танная
авторами
в
рамках
данного
исследования
.
Моделирование
холостого
хода
трансформатора
позволяет
получить
данные
о
нелинейном
изме
-
нении
индуктивности
намагничивания
(
рисунок
7).
Так
как
такие
изменения
характерны
только
для
этого
режима
,
расчет
индуктивности
намагничива
-
ния
представляет
особый
интерес
для
улучшения
работы
дифференциальной
защиты
трансфор
-
матора
.
Значения
индуктивности
намагничивания
(
рису
-
нок
7
б
)
получают
путем
решения
системы
уравнений
на
основе
синхровекторов
процесса
.
Значительные
изменения
индуктивности
происходят
каждый
пери
-
од
основной
частоты
.
Таким
образом
,
синхровекторы
№
2 (77) 2023
100
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА
И АВТОМАТИКА
Рис
. 7.
Индуктивность
(
а
,
б
)
и
ток
(
в
)
намагничивания
при
БТН
Рис
. 6. Simulink-
модель
для
анализа
параметров
схемы
замещения
силового
трансформатора
в
переходных
процессах
напряжения
и
тока
трансформато
-
ра
позволяют
определить
режим
броска
тока
намагничивания
.
В
настоящее
время
представ
-
ленные
алгоритмы
мониторинга
состояния
трансформатора
апро
-
бируются
в
составе
специальной
системы
мониторинга
на
ПС
-7
и
ПС
-8
Архангельского
филиала
«
Россети
Северо
-
Запад
» [16].
ВЫВОДЫ
Развитие
технологии
синхронизи
-
рованных
векторных
измерений
в
совокупности
с
реализацией
принципов
WAMPACS
является
перспективным
направлением
для
автоматизации
распределитель
-
ных
сетей
среднего
напряжения
.
В
статье
рассмотрены
общие
подходы
к
автоматизации
центров
питания
РС
,
кабельных
и
воздуш
-
ных
сетей
на
базе
технологии
СВИ
.
Показано
,
что
системы
автомати
-
ческого
восстановления
электро
-
снабжения
потребителей
,
выпол
-
ненные
на
базе
СВИ
,
способны
одновременно
выполнять
функции
системы
локализации
поврежде
-
ний
в
сети
,
устройств
телемехани
-
ки
,
энергомониторинга
,
учета
элек
-
троэнергии
,
систем
мониторинга
состояния
оборудования
.
При
использовании
СВИ
воз
-
никает
необходимость
разработки
новых
алгоритмов
работы
систем
f
(
x
) = 0
R
c
L
c
vT
VA
1
VA
2
R
n
E
c
+
+
+
+
–
–
–
–
1+
1–
2–
2+
Nonlinear Transformer
Continuous
t
i
1
i
1
i
1
i
1
i
11
i
21
v
11
v
21
i
1
i
2
i
2
i
2
i
2
v
1
v
1
v
2
v
2
v
1
v
1
v
1
v
1
v
2
v
2
-
K
-
-
K
-
-
K
-
а
)
б
)
1000
900
800
700
600
500
400
300
1200
1000
800
600
400
200
3
2,5
2
1,5
1
0,5
10
3
10
2
10
1
10
0
10
–1
–1 –0,5 0 0,5 1
–1000
–500 0 500 1000
в
)
0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18 0,2
0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18 0,2
t
,
с
0
0
L
0
(
t
),
H
L
0
(
t
),
H
i
L
0
(
t
),
A
i
L
0
(
t
),
A
L
0
(
t
),
H
I
∙
L
0
(
t
)
,
pu
101
управления
,
защиты
,
автоматики
и
мониторинга
рас
-
пределительных
сетей
.
В
статье
приведены
примеры
применения
синхровекторов
переходных
процессов
для
анализа
режимов
работы
силовых
трансформа
-
торов
.
На
основе
данного
анализа
осуществляется
разработка
эффективных
алгоритмов
защиты
и
мо
-
ниторинга
трансформатора
,
в
том
числе
в
таких
ре
-
жимах
,
как
бросок
тока
намагничивания
.
Показано
,
что
оценка
электромагнитных
параметров
транс
-
форматора
на
основе
измерения
синхровекторов
тока
и
напряжения
позволяет
реализовать
функции
системы
мониторинга
трансформатора
,
обеспечива
-
ющей
выявление
неисправностей
и
ненормальных
режимов
его
работы
.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Илюшин
П
.
В
.
Особенности
возник
-
новения
и
протекания
аварийных
режимов
в
распределительных
се
-
тях
с
распределенной
генерацией
//
Вестник
КГЭУ
, 2021,
№
3(51).
С
. 3–14.
2.
Положение
ПАО
«
Россети
» «
О
еди
-
ной
технической
политике
в
элек
-
тросетевом
комплексе
».
При
-
ложение
1
к
решению
Совета
директоров
ПАО
«
Россети
» (
про
-
токол
заседания
от
02.04.2020
№
450,
с
изменениями
по
про
-
токолу
от
29.04.2022
№
492).
URL: https://www.rosseti.ru/upload/
docs/tehpolitika_29.04.2022.pdf.
3.
Фадке
А
.
Г
.,
Торп
Д
.
С
.
Синхронизи
-
рованные
векторные
измерения
и
их
применение
.
М
.:
Техносфера
,
2021. 320
с
.
4. Price E. Practical considerations for
implementing wide area monitoring,
protection and control. 59th Annual
Conference for Protective Relay Engi-
neers, 04-06 April 2006. URL: https://
ieeexplore.ieee.org/document/
1638690.
5. Ivankovic I., Kuzle I., Holjevac N.
Multifunctional WAMPAC system
concept for out-of-step protection
based on synchrophasor measure-
ments. International Journal of Elec-
trical Power and Energy Systems,
2017, vol. 87, no. 1, pp. 77-88.
6.
Ульянов
Д
.
Н
.,
Петров
К
.
В
.,
Моке
-
ев
А
.
В
.,
Пискунов
С
.
А
.,
Родио
-
нов
А
.
В
.
Повышение
надежности
распределительных
электрических
сетей
с
помощью
системы
авто
-
матического
восстановления
элек
-
троснабжения
//
ИСУП
, 2020,
№
6.
С
. 154–157.
7. IEEE C37.118.1-2011 IEEE Stan-
dard for Synchrophasor Measure-
ments for Power Systems. URL:
https://standards.ieee.org/ieee/C37.
118.1/4902/.
8.
Концепция
развития
релейной
защиты
,
автоматики
и
автомати
-
зированных
систем
управления
технологическими
процессами
электросетевого
комплекса
группы
компаний
«
Россети
». URL: https://
www.fsk-ees.ru/upload/docs/2022_
Koncepciya_RZA_i_ASU_TP.pdf.
9. Elkadeem M.R., Alaam M.A., Azmy A.M.
Improving performance of under-
ground MV distribution networks
using distribution automation sys-
tem: A case study. Ain Shams Engi-
neering Journal, 2018, vol. 9, no. 4,
pp. 469-481.
10.
Илюшин
П
.
В
.
Особенности
реа
-
лизации
автоматики
управления
режимами
энергорайонов
с
объек
-
тами
распределительной
генера
-
ции
//
Релейная
защита
и
автома
-
тизация
, 2019,
№
3(36).
С
. 14–23.
11. Piskunov S.A., Mokeev A.V. Power
transformer relay protection with
its condition monitoring function /
REEPE, Moscow, 2021, p. 9387976.
12. Piskunov S.A., Mokeev A.V., Khro-
mtsov E.I., at al. Application of syn-
chronized phasor measurements
in RPA devices of distribution net-
works. 2021 4th International Youth
Scienti
fi
c and Technical Conference
on Relay Protection and Automation
(RPA), 21-22 October 2021. URL:
https://ieeexplore.ieee.org/docu-
ment/9628518.
13.
Мокеев
А
.
В
.,
Бовыкин
В
.
Н
.,
По
-
пов
А
.
И
.,
Родионов
А
.
В
.
Расшире
-
ние
области
применения
техноло
-
гии
синхронизированных
вектор
-
ных
измерений
//
Автоматизация
и
IT
в
энергетике
, 2018,
№
12(113).
С
. 44–50.
14. Power transformer performance mon-
itoring presented in SCADA / ABB.
URL: https://new.abb.com/news.
15.
Смекалов
В
.
В
.,
Назаров
И
.
А
.,
Мерзляков
А
.
С
.,
Романов
К
.
К
.
Ав
-
томатизированная
система
кон
-
троля
технического
состояния
основного
оборудования
маги
-
стральных
электрических
сетей
//
Энергия
единой
сети
, 2022,
№
1.
С
. 32–41.
16.
Пискунов
С
.
А
.,
Мокеев
А
.
В
.,
Улья
-
нов
Д
.
Н
.,
Попов
А
.
И
.,
Родио
-
нов
А
.
В
.
Системы
управления
,
мониторинга
и
защиты
на
основе
синхронизированных
векторных
измерений
/
Методические
во
-
просы
исследования
надежности
больших
систем
энергетики
.
В
2-
х
книгах
.
Книга
2.
Отв
.
ред
.
Н
.
И
.
Во
-
ропай
.
Иркутск
,
ИСЭМ
СО
РАН
,
2021.
С
. 133–142.
17.
Мокеев
А
.
В
.
Анализ
синхровекто
-
ров
переходных
процессов
в
энер
-
госистеме
//
Электрооборудова
-
ние
:
эксплуатация
и
ремонт
, 2022,
№
1.
С
. 62–71.
18.
Мокеев
А
.
В
.,
Пискунов
С
.
А
.
При
-
менение
технологии
синхронизи
-
рованных
векторных
измерений
для
совершенствования
дистан
-
ционной
защиты
//
Релейная
защи
-
та
и
автоматизация
, 2022,
№
3(48).
С
. 12–17.
19.
Мокеев
А
.
В
.,
Пискунов
С
.
А
.
Со
-
вершенствование
дистанционной
защиты
на
основе
СВИ
в
условиях
переходных
процессов
при
учете
влияния
дуги
//
Релейная
защита
и
автоматизация
, 2022,
№
4(49).
С
. 22–29.
REFERENCES
1. Ilyushin P.V. The ins and outs of orig-
ination and the course of emergen-
cy modes in distribution networks
with distributed generation //
Vest-
nik KGEU
[Bulletin of Kazan State
Power Engineering University], 2021,
no. 3(51), pp. 3-14. (In Russian)
2. Provision of PJSC Rosseti "On
uniform technological policy in the
integrated power grid". Appen-
dix 1 to Decision of the Board of
Directors of PJSC Rosseti (min-
utes of meeting dated 02.04.2020
no. 450, with amendments dat-
ed 29.04.2022 no. 492). URL:
№
2 (77) 2023
102
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА
И АВТОМАТИКА
https://www.rosseti.ru/upload/
docs/tehpolitika_29.04.2022.pdf.
3. Fadke A.G., Torp D.S. Synchronized
phasor measurements and their appli-
cation. Moscow, Tekhnosfera [Techno-
sphera], 2021. 320 p. (In Russian)
4. Price E. Practical considerations for
implementing wide area monitoring,
protection and control. 59th Annual
Conference for Protective Relay Engi-
neers, 04-06 April 2006. URL: https://
ieeexplore.ieee.org/document/
1638690.
5. Ivankovic I., Kuzle I., Holjevac N.
Multifunctional WAMPAC system
concept for out-of-step protection
based on synchrophasor measure-
ments. International Journal of Elec-
trical Power and Energy Systems,
2017, vol. 87, no. 1, pp. 77-88.
6. Ul'yanov D.N., Petrov K.V., Moke-
ev A.V., Piskunov S.A., Rodio-
nov A.V. Improvement of distri-
bution network reliability by us-
ing the automatic power supply
recovery system // ISUP Publ.,
2020, no. 6, pp. 154-157. (In Rus-
sian)
7. IEEE C37.118.1-2011 IEEE Stan-
dard for Synchrophasor Measure-
ments for Power Systems. URL:
https://standards.ieee.org/ieee/C37.
118.1/4902/.
8. The concept of relay protection, au-
tomation and automated process
control system development of the
integrated power grid of Rosseti
Group of companies. URL: https://
www.fsk-ees.ru/upload/docs/2022_
Koncepciya_RZA_i_ASU_TP.pdf.
9. Elkadeem M.R., Alaam M.A., Azmy A.M.
Improving performance of under-
ground MV distribution networks
using distribution automation sys-
tem: A case study. Ain Shams Engi-
neering Journal, 2018, vol. 9, no. 4,
pp. 469-481.
10. Ilyushin P.V. Peculiarities of imple-
menting the operating mode control
automation of power regions with
distributed generation //
Releynaya
zashchita i avtomatizatsiya
[Relay
protection and automation], 2019,
no. 3(36), pp. 14-23. (In Russian)
11. Piskunov S.A., Mokeev A.V. Power
transformer relay protection with
its condition monitoring function /
REEPE, Moscow, 2021, p. 9387976.
12. Piskunov S.A., Mokeev A.V., Khro-
mtsov E.I., at al. Application of syn-
chronized phasor measurements
in RPA devices of distribution net-
works. 2021 4th International Youth
Scienti
fi
c and Technical Conference
on Relay Protection and Automation
(RPA), 21-22 October 2021. URL:
https://ieeexplore.ieee.org/docu-
ment/9628518.
13.
Mokeev A.V., Bovykin V.N., Po-
pov A.I., Rodionov A.V. Extending the
scope of application of the synchro-
nized phasor measurement technol-
ogy //
Avtomatizatsiya i IT v ener-
getike
[Automation and IT in power
engineering], 2018, no. 12(113),
pp. 44-50. (In Russian)
14. Power transformer performance mon-
itoring presented in SCADA / ABB.
URL: https://new.abb.com/news.
15. Smekalov V.V., Nazarov I.A., Mer-
zlyakov A.S., Romanov K.K. Auto-
mated technical condition monitoring
system for the main equipment of the
bulk electrical networks //
Energiya
yedinoy seti
[Uni
fi
ed grid energy],
2022, no. 1, pp. 32-41. (In Rus-
sian)
16. Piskunov S.A., Mokeev A.V., Ul'ya-
nov D.N., Popov A.I., Rodionov A.V.
Synchronized phasor measurement-
based systems of control, monitor-
ing and protection /
Metodicheskiye
voprosy issledovaniya nadezhnosti
bol'shikh sistem energetiki
[Methodi-
cal issues of studying the reliability of
large energy systems]. In two books.
Book 2. Voropay N.I., editor in chief.
Irkutsk, Melentiev Energy Systems
Institute Siberian Branch of the Rus-
sian Academy of Sciences, 2021,
pp. 133-142. (In Russian)
17. Mokeev A.V. Analysis of tran-
sient sycnhro-phasors in a power
system //
Elektrooborudovaniye:
ekspluatatsiya i remont
[Electrical
equipment: maintenance and re-
pair], 2022, no. 1, pp. 62-71. (In Rus-
sian)
18. Mokeev A.V., Piskunov S.A. Applica-
tion of the synchronized phasor mea-
surement technology for improving
the distance protection //
Releynaya
zashchita i avtomatizatsiya
[Relay
protection and automation], 2022,
no. 3(48), pp. 12-17. (In Russian)
19. Mokeev A.V., Piskunov S.A. Dis-
tance protection improvement based
on synchronized phasor measure-
ment in conditions of transients with
consideration to arc impact //
Re-
leynaya zashchita i avtomatizatsiya
[Relay protection and automation],
2022, no. 4(49), pp. 22-29. (In Rus-
sian)
Оригинал статьи: Системы управления, защиты, автоматики и мониторинга сетей среднего напряжения
Рассматриваются вопросы применения технологии синхронизированных векторных измерений для совершенствования систем управления, мониторинга и защиты центров питания и распределительных сетей. Приведены преимущества применения технологии синхронизированных векторных измерений (СВИ) и идеологии WAMPAC для автоматизации распределительных сетей, в частности для реализации системы автоматического восстановления электроснабжения потребителей и реализации систем управления, защиты и мониторинга силовых трансформаторов. В статье представлены принципы поэтапной автоматизации кабельных и воздушных сетей среднего напряжения с учетом применения технологии СВИ, приведены новые алгоритмы для создания систем мониторинга силового трансформатора.
