Application of the Superposition Method for Fault Location in Medium Voltage Networks

  • Aleksandr L. KULIKOV
  • Vladislav Yu. OSOKIN
  • Dmitriy I. BEZDUSHNYY
  • Anton A. LOSKUTOV
DOI: https://doi.org/10.24160/0013-5380-2021-9-38-44
Keywords: double ground fault, single-phase ground fault, ballast resistance, superposition method, fault location, insulated neutral network

Abstract

Medium-voltage networks are characterized by a long length and high degree of wear. Isolation of a failed network section requires significant time expenditures, a circumstance that makes accurate and fast determination of the fault location a topical problem. In view of specific features of emergency modes in medium voltage networks, the development of precise algorithms for fault location in the case of single and double ground faults involves certain difficulties. The arbitrary configuration of electrical networks, specific neutral grounding conditions, and lack of the possibility to perform multilateral measurements of emergency parameters complicate the development of universal fault location algorithms. In addition, technical solutions are as a rule limited by the need of using one-sided measurements of emergency mode parameters. The considered algorithms for calculating the distance to the fault location involve the use of emergency and normal electric network mode parameters. The proposed algorithms are based on using the superposition method and do not depend on the electrical network topology; they make it possible to decrease the influence of the current distribution pattern in lines with branches, as well as the influence of the load operating conditions on the accuracy of calculating the distance to fault location. The application of the proposed algorithms is justified by the results of simulation and makes it possible to calculate the distance to the fault location in networks with insulated neutral with high accuracy.

Author Biographies

Aleksandr L. KULIKOV

(Nizhny Novgorod State Technical University n.a. Alekseev, Nizhny Novgorod, Russia) – Professor of the Electric Power Engineering, Power Supply and Power Electronics Dept., Dr. Sci. (Eng.).

Vladislav Yu. OSOKIN

(Nizhny Novgorod State Technical University n.a. Alekseev, Nizhny Novgorod, Russia) – Lead Engineer of the Electric Power Engineering, Power Supply and Power Electronics Dept.

Dmitriy I. BEZDUSHNYY

(JSC " Research Enterprise of General Mechanical Engineering, "Nizhny Novgorod, Russia) – Leading Engineer for the Development of Relay Protection and Automation.

Anton A. LOSKUTOV

(Nizhny Novgorod State Technical University n.a. Alekseev (NSTU), Nizhny Novgorod, Russia) – Docent of the Electric Power Engineering, Power Supply and Power Electronics Dept., Cand. Sci. (Eng.).

References

1. Шуин В.А., Филатова Г.А., Шадрикова Т.Ю. и др. Способ определения места однофазного замыкания фидера на землю в кабельных сетях среднего напряжения. – Электрооборудование: эксплуатация и ремонт, 2019, № 10, с. 62–71.
2. Воробьева Е.А., Ганджаев Д.И., Филатова Г.А. и др. Информационные параметры электрических величин переходного процесса для определения места замыкания на землю в распределительных кабельных сетях напряжением 6–10 кВ. – Вестник ИГЭУ, 2017, №. 2, с. 34–42.
3. Хакимзянов Э.Ф., Мустафин Р.Г., Федотов А.И. Определение расстояний до мест двойных замыканий на землю на линии электропередачи распределительной сети среднего напряжения. – Известия вузов. Проблемы энергетики, 2015, № 3-4, с.132–137.
4. Пат. SU1585767A1. Способ определения расстояния до мест двойного замыкания на землю / В.Г. Гловацкий и др., 1990.
5. Висящев А.Н. и др. Диагностика состояния воздушных линий электропередачи 10–110 кВ в нормальных и аварийных режимах. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2013, 240 с.
6. Папков Б.В., Вуколов В.Ю. Электроэнергетические системы и сети. Токи короткого замыкания. М.: Издательство Юрайт, 2018, 353 с.
7. Беляков Ю.С. Актуальные вопросы определения мест повреждения воздушных линий электропередачи. – Библиотечка электротехника. Приложение к журналу "Энергетик", 2010, вып. 11 (143), 75 с.
8. Шалыт Г.М. Определение мест повреждения в электрических сетях. М.: Энергоиздат, 1982, 312 с.
9. Иванов С.В., Кержаев Д.В. Определение мест повреждения двойных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью. – Сборник докладов Международной научно-технической конференции CIGRE: Современные направления развития систем релейной защиты и автоматики энергосистем, 2009, с. 84– 90.
10. Diaz H., López M. Fault location techniques for electrical distribution networks. – The Fifth IASTED International Conference, 2005, pp. 311–318.
11. Lehtonen M. Novel techniques for fault location in distribution networks. – Power Quality and Supply Reliability Conference, 2008, pp. 1–6.
12. Лачугин В.Ф., Панфилов Д.И., Смирнов А.Н. Реализация волнового метода определения места повреждения на линиях электропередачи с использованием статистических методов анализа данных. – Известия РАН. Энергетика, 2013, № 6, с.137–146.
13. Куликов А.Л., Обалин М.Д. и др. Применение имитационного моделирования ЛЭП 6–35 кВ для повышения точности определения расстояния до двойных замыканий на землю. – Вестник ИГЭУ, 2018, № 1, с. 40–49.
14. Куликов А.Л., Осокин В.Ю. и др. Повышение точности алгоритмов определения места повреждения ЛЭП 6–35 кВ при двойных замыканиях на землю с помощью введения итерационных процедур. – Электроэнергия, передача и распределение, 2019, № 1, с. 54–59.
15. Куликов А.Л., Осокин В.Ю. и др. Применение кратковременного двойного замыкания на землю для реализации алгоритма определения места повреждения ЛЭП 6–35 кВ при однофазных замыканиях на землю. – Электроэнергия, передача и распределение, 2020, № 2, с. 36–41.
16. Saha M.M, et al. Fault Location on Power Networks. London: Springer, 2010, 437 p.
#
1. Shuin V.A., Filatova G.A., Shadrikova T.Yu., et al. Elektrooborudovanie: ekspluatatsiya i remont – in Russ. (Electrical Equipment: Operation and Repair), 2019, No. 10, pp. 62–71.
2. Vorob'eva E.A., Gandzhaev D.I., Filatova G.А., et al. Vestnik IGEU – in Russ. (Vestnik of ISPEU), 2017, No. 2, pp. 34–42.
3. Khakimzyanov E.F., Mustafin R.G., Fedotov A.I. Izvestiya vuzov. Problemy energetiki – in Russ. (News of Higher Educational Institutions. Energy Problems), 2015, No. 3-4, pp.132–137.
4. Pat. SU1585767A1. Sposob opredeleniya rasstoyaniya do mest dvoynogo zamykaniya na zemlyu (Method for determining the distance to the places of a double earth fault) / V.G. Glovatskiy, et al., 1990.
5. Visyashchev А.N., et al. Diagnostika sostoyaniya vozdushnyh liniy elektroperedachi 10–110 kV v normal'nyh i avariynyh rezhimah (Diagnostics of the state of 10-110 kV overhead power lines in normal and emergency modes). Irkutsk: Izd-vo IrGTU, 2013, 240 p.
6. Papkov B.V., Vukolov V.Yu. Elektroenergeticheskie sistemy i seti. Toki korotkogo zamykaniya (Electric power systems and networks. Short-circuit currents). M.: Izdatel'stvo Yurayt, 2018, 353 p.
7. Belyakov Yu.S. Bibliotechka elektrotekhnika. Prilozhenie k zhurnalu "Energetik"– in Russ. (Library of Electrical Engineering. Appendix to the Magazine "Energetik"), 2010, iss. 11 (143), 75 p.
8. Shalyt G.M. Opredelenie mest povrezhdeniya v elektricheskih setyah (Determination of damage sites in electrical networks). M.: Energoizdat, 1982, 312 p.
9. Ivanov S.V., Kerzhaev D.V. Sbornik dokladov Mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii CIGRE: Sovremennye napravleniya razvitiya sistem releynoy zashchity i avtomatiki energosistem – in Russ. (Collection of reports of the International scientific and technical conference CIGRE: Modern trends in the development of relay protection systems and automation of power systems), 2009, pp.84– 90.
10. Diaz H., López M. Fault location techniques for electrical distribution networks. – The Fifth IASTED International Conference, 2005, pp. 311–318.
11. Lehtonen M. Novel techniques for fault location in distribution networks. – Power Quality and Supply Reliability Conference, 2008, pp. 1–6.
12. Lachugin V.F., Panfilov D.I., Smirnov A.N. Izvestiya RAN. Energetika – in Russ. (Izvestia of the Russian Academy of Sciences. Energy Industry), 2013, No. 6, p.137–146.
13. Kulikov A.L., Obalin M.D., et al. Vestnik IGEU – in Russ. (Vestnik of ISPEU), 2018, No. 1, p. 40–49.
14. Kulikov A.L., Osokin V.Yu., et al. Elektroenergiya, peredacha i raspredelenie – in Russ. (Electricity, Transmission and Distribution), 2019, No 1, p. 54–59.
15. Kulikov A.L., Osokin V.Yu., et al. Elektroenergiya, peredacha i raspredelenie – in Russ. (Electricity, Transmission and Distribution), 2020, No. 2, p. 36–41.
16. Saha M.M., et al. Fault Location on Power Networks. London: Springer, 2010, 437 p.
Published
2021-07-01
Issue
No 9 (2021): Issue № 9
Section
Article