Analysis of the operation stability of measuring engines of backup protection of electrical networks

Authors

  • Vladimir I. Nagay Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI)
  • Ivan V. Nagay LLC NPP «RELDON»
  • Alexander V. Ukraintsev Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk
  • Vladimir V. Nagay LLC NPP «RELDON»
  • Igor V. Trotsenko Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI)
  • Pavel S. Kireev Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI)

DOI:

https://doi.org/10.17213/0136-3360-2023-4-156-166

Keywords:

electrical distribution networks, relay protection, long-distance redundancy, current and resistance measuring elements, emergency components, stability of parameters of controlled signals

Abstract

Electrical distribution networks in Russia with a voltage of 6 – 110 kV are characterized by the widespread use of multi-terminal overhead lines with branch substations with relatively low power transformers of 2.5-25 MVA, to which consumers and distributed generation sources are connected. One of the problems of the backup protection system for these substations is insufficient sensitivity due to the comparability of short circuit currents with the flow currents between supply substations in normal load mode and load currents. The purpose of the article is to consider the possibility of using adaptive measuring elements that monitor the emergency components of arguments and current and resistance modules from the standpoint of the stability of the monitored parameters under various influencing factors: load modes, transient resistance at the site of damage. The initial data for consideration are the results on the above topic, carried out by domestic and foreign researchers, as well as previous work by the authors of this article. The research methods are mathematical modeling of the modes of electrical networks with branch substations, algorithms for the functioning of current and resistance measuring devices. The result of the research was the identification of measuring elements that have the most stable characteristics, which are recommended for use in multi-parameter long-range backup relay protection devices. It is proposed to use the stability (instability) indicator as a criterion for the stability of controlled parameters. The instability coefficients of the IO that control the parameters of current and resistance alarm signals are in the range of (2-12)% when load currents change up to 130% of the short-circuit current of the lowest power transformer, which is quite acceptable for backup protection. An additional effect of achieving stability of the monitored parameters of the measuring elements can be achieved through the use of correction signals, depending on the parameters of the protected electrical network and its previous load mode.

Author Biographies

Vladimir I. Nagay, Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI)

Dr. Sci. (Eng.), Professor, Head of the Department «Electric Power Plants and Electric Power Systems», Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI)

Ivan V. Nagay , LLC NPP «RELDON»

Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor of the Department «Electric Power Plants and Electric Power Systems», Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), director of LLC NPP "RELDON"

Alexander V. Ukraintsev, Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk

senior Lecturer, Department «Electric Power Plants and Electric Power Systems», Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI)

Vladimir V. Nagay , LLC NPP «RELDON»

Cand. Sci. (Eng.), Ved. scientific co-workers LLC NPP "RELDON"

Igor V. Trotsenko, Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI)

Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor of the Department «Electric Power Plants and Electric Power Systems», Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI)

Pavel S. Kireev , Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI)

Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor of the Department «Electric Power Plants and Electric Power Systems», Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI)

References

Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита. М.: Энергоатомиздат, 2007. 549 с.

Циглер Г. Цифровые устройства дифференциальной защиты. М.:, Энергоатомиздат, 2005. 322 с.

Нагай В.И. Релейная защита ответвительных подстанций электрических сетей. М.: Энергоатомиздат, 2002. 312 с.

Нагай И.В. Формирование характеристик срабатывания резервных защит воздушных линий с ответвлениями // Изв. ву-зов. Электромеханика. 2011. №2. С. 56-61.

SHANG Qiu-feng, et.al. Application of Optical Current Transducer in Electric Power System. Journal of North China Electric Power University, Vol.28, No.2, Apr., 2001, P14-18.

Граничные режимы в методике обучения релейной защиты. Ч.1 / Ю.Я. Лямец, Д.В. Кержаев, Г.С. Нудельман, Ю.В. Романов // Изв. вузов. Электромеханика. 2009. №4. С. 24-30.

Граничные режимы в методике обучения релейной защиты. Ч.2 / Ю.Я. Лямец, Д.В. Кержаев, Г.С. Нудельман, Ю.В. Романов // Изв. вузов. Электромеханика. 2010. №2. С. 53-59.

Граничные режимы в методике обучения релейной защиты. Ч.3 / Ю.Я. Лямец, Д.В. Кержаев, Г.С. Нудельман, Ю.В. Романов // Изв. вузов. Электромеханика. 2010. №4. С.53-58.

Эффекты многомерности в релейной защите / Лямец Ю.Я., Нудельман Г.С., Подшивалина И.С., Романов Ю.В. // Элек-тричество. 2011. №9. С. 48-54.

Нагай В.В. Анализ распознаваемости несимметричных коротких замыканий за трансформаторами ответвительных и проходных подстанций// Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2003. Спецвыпуск. С. 46-49.

Харун Г., Литаш Б. Инновационная защита дальнего и ближнего резервирования трансформаторов// Электроэнергети-ка. Передача и распределение. 2015. №3(29). С. 88-92.

Nagay Vladimir.I., Nagay Ivan V., Kireev Pavel S., Sarry Sergey V., Chmihalov, Gennadiy N. Problems and Possible Ways to Improve Backup Protection of the Electrical Distribution Networks. Proceedings of the 8th international scientific symposium on electri-cal power engineering (Elektroenergetika 2015). Stara Lesna, SLOVAKIA, SEP 16-18, 2015. pр. 372-375.

Nagay Ivan V., Nagay Vladimir I., Kireev Pavel S., Sarry Sergey V., Ukraincev Alexender V. Recognition of Remote Short Circuits with the Transient Resistance of an Electric Arc. Proceedings of the 8th international scientific symposium on electrical power engineering (Elektroenergetika 2015). Stara Lesna, SLOVAKIA, SEP. 16-18, 2015. pр. 367-371.

Нагай В.И., Маруда И.Ф., Нагай В.В. Резервирование релейной защиты и коммутационных аппаратов электрических электрических распределительных сетей: под ред. В.И. Нагая. Ростов н/Д: Изд-во журн. Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн.науки, 2009. 316 с.

Харламов В.А. Реализация цифровых каналов технологической связи для РЗА и ПА // Воздушные линии. 2013. №2. С. 53-58.

Нагай В.И. Защиты дальнего резервирования промежуточных подстанций радиальных воздушных линий// Электриче-ство. 2002. № 4. С. 27.

Засыпкин А.С. Релейная защита трансформаторов. М.: Энергоатомиздат, 1989. 240 с.

Горелик А.Л., Скрипкин В.А. Методы распознавания: учеб. пособие. М.: Высш. шк., 1984. 208 с.

IEC 62439-2 ed1.0: 2010. Industrial communication networks - High availability automation networks - Part 2: Media Redun-dancy Protocol (MRP).

EC 62439-3 ed2.0: 2012. Industrial communication networks High availability automation networks Part 3: Parallel Redundan-cy Protocol (PRP) and High-availability Seamless Redundancy (HSR).

Xiangjun Z., Li K. K., Zhengyi L., Xianggen Y., Xiangun Z. Fault location using traveling wave for power networks // Indus-try Applications Conference. 2004. № 4. pp. 2426-2429.

Dwivedi A., Yu X. Fault location in radial distribution lines using travelling waves and network theory // Industrial Electronics (ISIE), 2011 IEEE International Symposium. 2011. pp. 1051-1056.3.

Нагай В.И., Нагай И.В. Проблемы и решения дальнего резервирования трансформаторов ответвительных и промежу-точных подстанций// Релейщик. 2009.- №04. С. 30-35.

Распознаваемость повреждений электропердачи. Ч3. Распознаваемость междуфазных коротких замыканий/

Ю.Я. Лямец, Г.С. Нудельман, А.О. Павлов, Е.Б. Ефимов, Я. Законьшек// Электричество. 2001. №12. С. 9-22.

Семенов В.А. Оценка действия дистанционных защит с учетом переходного сопротивления в месте короткого замы-кания// Электрические станции. 1962. №6. С. 81–83.

Семенов В.А. Об учете сопротивления электрической дуги при анализе действия дистанционных защит// Электриче-ские станции. 1961. №8. С. 69–70.

Published

2023-12-28

How to Cite

(1)
Nagay, V. I.; Nagay , I. V.; Ukraintsev, A. V.; Nagay , V. V.; Trotsenko, I. V.; Kireev , P. S. Analysis of the Operation Stability of Measuring Engines of Backup Protection of Electrical Networks. electromeh 2023, 66, 156-166.

Issue

Section

Articles