Моделирование аварийных режимов в узле комплексной нагрузки: высокочастотные составляющие тока и напряжения

DOI: 10.47026/1810-1909-2023-4-151-159

УДК 621.3.07

ББК 31.247

А.Л. СЛАВУТСКИЙ

Ключевые слова

электротехнические комплексы, аварийные режимы, классификация неисправностей, высокочастотные составляющие тока и напряжения

Аннотация

Цель исследования – на примере моделирования аварийных режимов в ЛЭП и узле комплексной нагрузки показать особенности возникновения высокочастотных составляющих в сигналах тока и напряжения в различных элементах электротехнического комплекса и проанализировать их взаимное влияние.

Материалы и методы. Сигналы токов и напряжений при переходных процессах в ЛЭП и узле нагрузки с трёхобмоточным трансформатором моделировались при использовании авторского программного обеспечения. Расчеты основаны на методе синтетических схем (алгоритме Доммеля). Основное внимание уделено возникновению высокочастотных составляющих тока и напряжения при коротких замыканиях и коммутациях.

Результаты. Моделирование трехфазного короткого замыкания в ЛЭП 110кВ при ее разбиении на П-секции демонстрирует, насколько значительно различается уровень высокочастотных составляющих на каждой из трех фаз. Это проявляется в первую очередь в сигналах напряжения. В комплексном узле нагрузки с трансформатором 110/35/10 кВ короткие замыкания и коммутации на стороне 35 кВ существенно влияют на токи и напряжения на стороне 10 кВ. Показано, что более высокий уровень высокочастотных составляющих сигналов тока соответствует режимам рекуперации энергии при нарушении баланса и выбеге мощного асинхронного двигателя на стороне 10кВ. Обсуждается возможность использования полученных результатов для классификации неисправностей в электротехнических системах.

Выводы. Уровень и спектральный состав высокочастотных составляющих сигналов токов и напряжений при переходных режимах зависит от начальной фазы и представляет интерес для анализа и классификации неисправностей. Характер этих колебаний определяется собственными частотами возникающих электрических контуров при коммутациях и коротких замыканиях.

Литература

1. Андреев О.Н., Ксенофонтов С.И., Славутский А.Л. Моделирование и нейросетевая обработка сигналов при переходных процессах в электротехнических комплексах. Чебоксары: Чуваш. гос. пед. ун-т, 2023. 212 с.
2. Афанасьев А.Ю., Макаров В.Г., Ханнанова В.Н. Идентификация параметров трехфазного асинхронного двигателя при изменении начальных значений оценок в широком диапазоне // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2015. № 11–12. С. 87–96.
3. Булычев А.В., Грибков М.А. Анализ процессов самозапуска электродвигателей в современных электрических распределительных сетях с позиций релейной защиты // Релейная защита и автоматизация. 2023. № 1(50). С. 30–38.
4. Гусев Ю.П., Каюмов А.Г., Говорин В.В. Учет несинфазности генераторов при расчетах токов в начальный момент короткого замыкания // Вестник Московского энергетического института. 2019. № 4. С. 11–17. DOI: 10.24160/1993-6982-2019-4-11-17.
5. Лачугин В.Ф. Волновые методы определения места повреждения на воздушных линиях электропередачи // Релейная защита и автоматизация. 2023. № 1(50). С. 58–61.
6. Маджидов А.Ш. Исследование самозапуска асинхронных двигателей 0,4 кВ собственных нужд электростанций // iPolytech Journal. 2020. Т. 24, № 5. С. 1053–1068. DOI: https://doi.org/10.21285/1814-3520-2020-5-1053-1068.
7. Саттаров Р.Р., Гарафутдинов Р.Р., Крылов А.А. Метод аналитического расчета выбега асинхронных двигателей под действием технологической нагрузки // Нефтегазовое дело. 2022. Т. 20, № 4. С. 123–132. DOI: 10.17122/ngdelo-2022-4-123-132.
8. Саттаров Р.Р., Гарафутдинов Р.Р. Исследование работы группы асинхронных двигателей при кратковременных провалах напряжения для условий нефтяной промышленности // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2020. Т. 22, № 6. С. 92–100. DOI: https://doi.org/10.30724/1998-9903-2020-22-6-92-100.
9. Славутский А.Л. Моделирование переходных режимов узла нагрузки с асинхронным двигателем в фазных координатах // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2015. Т. 11, № 1. С. 38–45.
10. Bhattacharya B., Sinha A. Intelligent Fault Analysis in Electrical Power Grids. In: IEEE 29^th International Conference on Tools with Artificial Intelligence (ICTAI), Boston, MA, USA, 2017, pp. 985–990. DOI: 10.1109/ICTAI.2017.00151.
11. Bulychev A.V., Gribkov M.A., Dmitrenko A.M., Okhotkin G.P. Remote Protection Based on Digital Methods of Estimating Distance to Points of Fault. Russian Electrical Engineering, 2021, vol. 92, no. 8, pp. 433–437. DOI: 10.3103/S106837122108006X.
12. Dommel H.W. Digital Computer Solution of Electromagnetic Transients in Single- and Multiphase Networks. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, 1969, vol. PAS-88, no. 4, pp. 388–399. DOI: 10.1109/TPAS.1969.292459.
13. Krause P. C., Wasynczuk O., Sudhoff S.D. Analysis of the machinery and drive systems. N.Y., IEEE PRESS, 2002, 630 p. DOI: https://ieeexplore.ieee.org/book/5265638.
14. Krause P.C., Krause T.C. Introduction to Modern Analysis of Electric Machines and Drives. Wiley-IEEE Press, 2023, 632 p. DOI: https://ieeexplore.ieee.org/book/9989443.
15. Kulikov A., Loskutov A., Bezdushniy D. Relay Protection and Automation Algorithms of Electrical Networks Based on Simulation and Machine Learning Methods. Energies, 2022, vol. 15, 6525. DOI: https://doi.org/10.3390/en15186525.
16. Lamets, Y., Podchivaline A., Chevelev A., Nudelman G., Zakonjšek J. Equivalent transforms of models, conditions and measurements in relay protection. In: IEEE Conference Publication: Eighth IEE International Conference on Developments in Power System Protection. Amsterdam, 2004, pp. 76–79. DOI: 10.1049/cp:20040067.
17. Lin H., Ebrahimi S., Mahdavyfakhr M., Jatskevich J. Analysis of sliding-mode-controlled boost converters with mixed loads. In: 2020 IEEE 21st Workshop on Control and Modeling for Power Electronics (COMPEL), Aalborg, Denmark, 2020, pp. 1–8. DOI: 10.1109/COMPEL49091.2020.9265740.
18. Majidov A., Kayumov A.G., Hafizov S. Investigation of the Self-Starting Process of a Low-Power Asynchronous Motor. In: Proceedings of the 2021 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, ElConRus 2021, Moscow, 2021, pp. 1462–1468. DOI: 10.1109/ElConRus51938.2021.9396181.
19. Ni H., Fang S., Lin H.A. Simplified Phase-Controlled Switching Strategy for Inrush Current Reduction. IEEE Transactions on Power Delivery, 2021, vol. 36, no. 1, pp. 215–222. DOI: 10.1109/TPWRD.2020.2984234.
20. Slavutskii L.A., Ivanova N.N. Using the simplest neural network as a tool for fault location in power lines. In: AIP Conference Proceedings, Moscow, 01/04/2020 – 02/04/2020. Moscow, 2022, 030006. DOI: 10.1063/5.0074926.
21. Slavutskiy A.L., Vasilieva L.N., Grigoriev V.G. et al. Transients in the load node at power loss: Group run-out of induction motors. In: E3S Web of Conferences: 2019 International Scientific and Technical Conference Smart Energy Systems, SES 2019, Kazan, 2019, Sept. 18–20. Vol. 124. Kazan, EDP Sciences, 2019, 05010. DOI: 10.1051/e3sconf/201912405010.
22. Vasyliv K.M. A mathematical model of thermal power plants smoke exhausters induction motors system operation modes. Electrical engineering & electromechanics, 2017, no. 3, pp. 19–26. DOI: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2017.3.03.
23. Zheng F., Sun F., Zhou L., Liu W. et al. Study on Large Asynchronous Motor Starting Check for Auxiliary Power System. In: 2010 Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference. Chengdu, China, 2010, pp. 1–4. DOI: 10.1109/APPEEC.2010.5448843.

Сведения об авторе

Славутский Александр Леонидович – кандидат технических наук, заместитель начальника отдела разработки программных продуктов, Обособленное подразделение ООО «Юнител Инжиниринг», Россия, Чебоксары (slavutskii@gmail.com; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6315-2445).

Формат цитирования

Славутский А.Л. Моделирование аварийных режимов в узле комплексной нагрузки: высокочастотные составляющие тока и напряжения // Вестник Чувашского университета. – 2023. – № 4. – С. 151–159. DOI: 10.47026/1810-1909-2023-4-151-159.

Загрузить полный текст статьи