Применение вейвлет-преобразования в задачах поиска поврежденного присоединения с однофазным замыканием на землю по данным SV-потока

Введение. Актуальность исследования обусловлена необходимостью повышения селективности устройств защиты и сигнализации однофазных замыканий на землю в сетях 6-10 кВ. Однофазные замыкания на землю являются преобладающими причинами отказов оборудования нефтегазодобывающего сектора России, составляющего основу ее экономики.

Цель. Проверка возможности использования данных SV-потока МЭК 61850 в задачах поиска присоединения с однофазным замыканием на землю при помощи вейвлет-преобразования.

Материалы и методы. Пакетное вейвлет-преобразование с разложением до 6-го уровня тока 3i0. Интерполяция данных SV-потока. Определение действующих значений токов высших гармоник по вейвлет-коэффициентам.

Результаты и обсуждение. Величина относительного отклонения вычисленных действующих значений токов высших гармоник между данными датчика тока с частотой дискретизации 12 800 Гц и интерполированными значениями SV-потока с повышенной частотой от 4 000 до 12 800 Гц составила 1,18 % при повреждении присоединения, питающего нелинейную нагрузку и 2,86 % в эксперименте с синусоидальной нагрузкой.

Заключение. Аппарат вейвлет-анализа позволяет вычислить вейвлет-коэффициенты соответствующего уровня разложения для определения действующих значений высших гармоник. Результаты экспериментов показали, что наибольшее значение суммы токов высших гармоник соответствует присоединению с однофазным замыканием на землю вне зависимости от типа нагрузки на данной линии. Ограниченное количество выборок за период ставит задачу интерполяции данных SV-потока до частоты 12 800 Гц.

1. Сидоров С. В., Сушков В. В., Сухачев И. С. Разработка методики определения места однофазного замыкания на землю воздушной линии электропередачи напряжением 6(10) кВ с учетом климатических факторов // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2020. Т. 331. № 2. C. 115–123. https://doi.org/10.18799/24131830/2020/2/2486

2. Сушков В. В., Сухачев И. С., Сидоров С. В. Разработка комплексного подхода к диагностированию места повреждения воздушной линии электропередачи при однофазных замыканиях на землю на основе алгоритма обработки данных цифровых подстанций // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2023. Т. 334. № 7. C. 66–77. https://doi.org/10.18799/24131830/2023/7/4332

3. Авербух М. А., Прасол Д. А. Оценка влияния высших гармоник на токи однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью напряжением 6-10 кВ // Интеллектуальная электротехника. 2021. № 2(14). С. 26–40. https://doi.org/10.46960/2658-6754_2021_2_26

4. Винокурова Т. Ю., Шуин В. А., Шагурина Е. С. Применение имитационного моделирования для оценки уровня нестабильности высших гармоник в токе однофазного замыкания на землю в компенсированных кабельных сетях 6-10 кВ // Вестник ИГЭУ. 2014. № 6. С. 31–38.

5. Саттаров Р. Р., Гарафутдинов Р. Р., Хафизов Р. Р. Повышение надежности сетей 6-35 кВ путем применения метода STA/LTA // Вестник ЮУрГУ. Серия: Энергетика. 2018. № 3. С. 30–37. https://doi.org/10.14529/power180304

6. Патент № 2771222 C1 Российская Федерация, МПК G01R 31/08. Способ определения поврежденного фидера при однофазном замыкании на землю в распределительной электрической сети: № 2021100561: заявл. 13.01.2021: опубл. 28.04.2022 / А. И. Федотов, А. Г. Латипов, А. Ф. Абдуллазянов, Г. В. Вагапов; заявитель Акционерное общество «Сетевая компания».

7. Долгих Н. Н., Осипов Д. С., Парамзин А. О. Идентификация однофазных замыканий на землю в сетях 6-35 кВ на основе вейвлет-преобразования // Вестник ЮГУ. 2023. № 1 (68) С. 139–146.

8. Патент № 2675623 C1 Российская Федерация, МПК H02H 3/16. Устройство защиты от однофазных замыканий на землю в компенсированных электрических сетях среднего напряжения: № 2017141907: заявл. 30.11.2017: опубл. 21.12.2018 / В. А. Шуин, Т. Ю. Шадрикова, О. А. Добрягина [и др.]; заявитель ФГБОУ ВО «Ивановский государственный энергетический университет имени В. И. Ленина» (ИГЭУ).

9. Intelligent control and protection in the Russian electric power system / N. Voropai, D. Efimov, I. Kolosok, V. Kurbatsky // L. A. Lamont, A. Sayigh. (eds.) Application of Smart Grid Technologies – Case Studies in Saving Electricity in Different Parts of the World. Amsterdam: Elsevier, 2018. P. 61–140. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-803128-5.00003-9

10. Принципы построения интеллектуальной релейной защиты электрических сетей / В. Ф. Лачугин, Д. И. Панфилов, А. Л. Куликов, А. А. Рывкин, М. Д. Обалин // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2015. № 4. С. 28–37.

11. Feeder protection and control REF615 IEC. Official webiste ABB. URL: https://new.abb.com/medium-voltage/digital-substations/protection-relays/feeder-protection-and-control/feeder-protection-and-controlref615-iec (accessed: 24.03.2024).

12. Martín F., Aguado J. A. Wavelet Based ANN Approach for Transmission Line Protection // IEEE. Transact. Power Delivery. 2003. Vol. 18. No. 4. P. 1572–1574. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2003.817523

13. Ayello M., Lopes Y. Interoperability based on IEC 61850 standard: systematic literature review, certification method proposal, and case study // Electric power system research. 2023. No. 220. https://doi.org/10.1016/j.epsr.2023.109355.

14. Kowalik R., Rasolomampionona D. D., Januszewski M. Laboratory testing of process bus equipment and protection functions in accordance with IEC 61850 standard: part I: electrical arrangement and basic protection functions tests // Int. J. Electr. Power Energy Syst. 2018. No. 94. P. 405–414. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2017.01.023

15. Kowalik R., Rasolomampionona D. D., Januszewski M. Laboratory testing of process bus equipment and protection functions in accordance with IEC 61850 standard. Part II: tests of protection functions in a LAN-based environment // Int. J. Electr. Power Energy Syst. 2017. No. 90. P. 54–63. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2017.01.024

16. Патент № 2688210 C1 Российская Федерация, МПК H02H 3/16. Устройство защиты от однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов: № 2018126268: заявл. 16.07.2018: опубл. 21.05.2019 / В. А. Шуин, Т. Ю. Шадрикова, О. А. Добрягина, Е. С. Шагурина; заявитель ФГБОУ ВО «Ивановский государственный энергетический университет имени В. И. Ленина» (ИГЭУ).

17. Mingotti A., Peretto L., Tinarelli R. Effects of multiple influence quantities on Rogowski-coil-type current transformers // IEEE Trans. Instrum. Meas. 2020. No. 6. P. 4827–4834. https://doi.org/10.1109/TIM.2019.2953419

18. Osipov D. S., Paramzin A. O., Tkachenko V. A. Wavelet Transform Algorithms in Analyzing Transient Phenomena and Power Quality Parameters // International Russian Automation Conference (RusAutoCon). Sochi, 2023. P. 31–35. https://doi.org/10.1109/RusAutoCon58002.2023.10272838