Koordynacja izolacji obiektów stacyjnych NN w zakresie przepięć atmosferycznych z wykorzystaniem symulacji EMTP. Cz. 1. Wprowadzenie, modele EMT obiektów sieciowo-stacyjnych

• Autorzy: Wasilewski Jacek , Dybka Grzegorz , Pokora Stanisław

Identyfikatory

DOI

10.15199/74.2021.11.5

Warianty tytułu

EN

Insulation coordination of extra high voltage substation facilities in the scope of atmospheric overvoltages using EMTP simulation. Part 1. Introduction, EMT models of network and substation element

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Koordynacja izolacji jest jednym z podstawowych procesów w zarządzaniu przez operatora systemu przesyłowego obecną i przyszłą infrastrukturą sieciową. Dostępne narzędzia analityczne klasy EMTP stanowią istotną alternatywę wobec klasycznych i często uproszczonych metod wyznaczania przepięć reprezentatywnych. W artykule przedstawiono przegląd praktycznych technik modelowania zjawisk elektromagnetycznych i falowych dla celów koordynacji izolacji w zakresie przepięć atmosferycznych. Przedstawiono także przykładowe symulacje EMTP na modelu jednej z rzeczywistych rozdzielni 400 kV w Krajowym Systemie Przesyłowym jako elementu całościowego procesu koordynacji izolacji. Artykuł zakończono najważniejszymi spostrzeżeniami i wnioskami dotyczącymi nie tylko środków ochrony przepięciowej, ale także alternatywnych rozwiązań projektowych i ruchowych wspomagających prawidłową koordynację izolacji obiektów sieciowych.

EN

Insulation coordination is one of the fundamental processes in the transmission system operator’s management of its present and future power network infrastructure. Available EMTP analytical tools are an important alternative to conventional and often simplified methods for the calculation of representative overvoltages. The article presents a review of practical techniques for modelling electromagnetic and wave phenomena for the purpose of insulation coordination within the scope of atmospheric overvoltages. Exemplary EMTP simulations on the model of one of the existing 400 kV substation in the national transmission system have been also presented. These simulations are an element of the overall process of insulation coordination. The article concludes with the most relevant observations and conclusions regarding not only overvoltage protection measures, but also alternative design and operational solutions to support correct insulation coordination of power facilities.

Słowa kluczowe

PL

koordynacja izolacji; przepięcia atmosferyczne; udar piorunowy; zjawiska falowe; EMT; EMTP

EN

insulation coordination; atmospheric overvoltage; lightning stroke; wave phenomena; EMT; EMTP

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Wiadomości Elektrotechniczne
• Rocznik: 2021
• Tom: R. 89, nr 11
• Strony: 25--36
• Opis fizyczny: Bibliogr. 44 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Wasilewski Jacek

• PSE S.A.

autor

Dybka Grzegorz

• PSE S.A., Konstancin-Jeziorna

autor

Pokora Stanisław

• PSE S.A., Konstancin-Jeziorna

Bibliografia

• [1] Ametani A., T. Kawamura. 2005. A Method of a Lightning Surge Analysis Recommended in Japan Using EMTP. IEEE Transactions on Power Delivery, 20(2):867-875.
• [2] Bajorek J. 2007. Wybrane problemy modelowania ulotu z przewodów linii elektroenergetycznych. XI Sympozjum „Problemy Eksploatacji Układów Izolacyjnych Wysokiego Napięcia”, Krynica.
• [3] Cabral R.J., D. Gazzana, R. Chouhy Leborgne, A. Bretas, G. Dias, M. Tello. 2012. Analysis of distribution lines performance against lightning using ATP-EMTP. International Symposium on Electromagnetic Compatibility (EMC Europe).
• [4] Catalogue of 3EQ Composite Housed Surge Arresters, Siemens.
• [5] CIGRÉ WG 33.02, Guidelines for Representation of Network Elements when Calculating Transients. CIGRÉ Brochure 39, 1990.
• [6] CIGRÉ WG C4.407. 2013. Lightning Parameters for Engineering Applications, CIGRE Brochure 549.
• [7] CIGRÉ WG33.0. 1991. Guide to procedure for estimating the lightning performance of transmission lines, CIGRÉ Brochure 63.
• [8] DIgSILENT PowerFactory. 2019. Lightning Transients Application Example.
• [9] Dommel H.W. 1995. EMTP Theory Book, Bonneville Power Administration, conversion into electronic format by Canadian/American EMTP Users Group in 1995.
• [10] Fernandez F., R. Diaz. 2001. Metal oxide surge arrester model for fast transient simulations, International Conference on Power System Transients (IPST’OI). Rio De Janeiro, Paper 144, Brazil.
• [11] Florkowski M., J. Furgał, M. Kuniewski. 2014. Symulacje przepięć przenoszonych przez transformatory energetyczne. Przegląd Elektrotechniczny, 90(10):133-136.
• [12] Gary C., D. Cristescu, G. Dragan. 1989. Distortion and attenuation of travelling waves caused by transient corona. CIGRÉ Report, Study Committee 33: Overvoltages and Insulation Coordination.
• [13] Gole A. et al.(eds.) 1999. Modeling and Analysisof Power System Transients Using Digital Programs. IEEE Special Publication TP-133-0, IEEE Catalog No. 99TP133-0.
• [14] Haginomori E., T. Koshiduka, J. Arai, H. Ikeda. 2016. Power system transient analysis: theory and practice using simulation programs (ATP-EMTP). John Wiley&Sons.
• [15] Hara T., O. Yamamoto. 1996. Modelling of a transmission tower for lightning surge analysis. IEE Proceedings Generation, Transmission and Distribution, 143(3), 283–289.
• [16] Hsiao S.J. 2013. Simulation and analysis of metal-oxide surge arrester dynamic characteristics. Journal of the Chinese Institute of Engineers, 36(5):598-607.
• [17] IEC 60071-1:2019. Insulation co-ordination – Part 1: Definitions, principles and rules.
• [18] IEC 60071-2:2018. Insulation co-ordination – Part 2: Application guidelines.
• [19] IEC TR 60071-4:2004. Insulation co-ordination – Part 4: Computational guide to insulation co-ordination and modelling of electrical networks.
• [20] IEEE Guide for Improving the Lightning Performance of Transmission Lines, IEEE Standard 1243-1997.
• [21] IEEE Working Group 3.4.11, Modeling of metal oxide surge arresters. IEEE Transactions on Power Delivery, 7, 1, January 1992.
• [22] Imece A.F., D.W. Durbak, H. Elahi, S. Kolluri, A. Lux, D. Mader, T.E. McDemott, A. Morched, A.M. Mousa, R. Natarajan, L. Rugeles, E. Tarasiewicz. 1996. Modeling Guidelines for Fast Front Transients. Report Prepared by the Fast Front Transients Task Force of the IEEE Modeling and Analysis of System Transients Working Group. IEEE Transactions on Power Delivery, 11(1):493-506.
• [23] Ishii M., T. Kawamura, T. Kouno, E. Ohsaki, K. Shiokawa, K. Murotani, T. Higuchi. 1991. Multistory transmission tower model for lightning surge analysis. IEEE Transactions on Power Delivery, 6(3), 1327–1335.
• [24] Kuffel J., W.S. Zaengl, P. Kuffel. 2000. High voltage engineering fundamentals. Newnes.
• [25] Machowski J., Z. Lubośny. 2018. Stabilność systemu elektroenergetycznego. PWN.
• [26] Marti J.R. 1982. Accurate modeling of frequency-dependent transmission lines in electromagnetic transient simulations. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, 101(1), 147–155.
• [27] Martinez-Velasco J.A. 2010. Power System Transients. Parameter De- termination. CRC Press.
• [28] Metal oxide surge arrester with composite polymer insulator. Type series SBK 6/10.3-I to SBK 360/10.3-I, ZOTUP S.r.l.
• [29] Meyer W.S., H.W. Dommel. 1974. Numerical modeling of frequency dependent transmission line parameters in an electromagnetic transients program. IEEE Transactions on Power Apparatus Systems. 939(5), 1401–1409, September/October.
• [30] Morched A., B. Gustavsen, M. Tartibi. 1999. A universal model for accurate calculation of electromagnetic transients on overhead lines and underground cables. IEEE Transactions on Power Delivery, 14(3), 1032-1038.
• [31] Motoyama H. 1996. Experimental study and analysis of breakdown characteristics of long air gaps with short tail lightning impulse. IEEE Trans. Power Del., 11(2): 972-979.
• [32] Mozumi T., Y. Baba, M. Ishii, N. Nagaoka, S. Ametani. 2003. Numerical electromagnetic field analysis of archorn voltages during back-flashover on a 500-kV twin-circuit line. IEEE Trans. Power Del., 18(1): 207-213.
• [33] Noda T., N. Nagaoka, A. Ametani. 1996. Phase domain modeling of frequency-dependent transmission lines by means of an ARMA model. IEEE Transactions on Power Delivery, 11(1), 401-411.
• [34] Pigini A., G. Rizzi, E. Garbagnati, A. Porrino, G. Baldo, G. Pesavento. 1989. Performance of large air gaps under lightning overvoltages: Experimental study and analysis of accuracy of predetermination methods. IEEE Trans. Power Del., vol. 4(2): 1379-1392.
• [35] Pinceti P., M. Giannettoni. 1999. A simplified model for zinc oxcide surge arresters. IEEE Transactions on Power Delivery, 14(2): 393-398.
• [36] Rosołowski E. 2009. Komputerowe metody analizy elektromagnetycznych stanów przejściowych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej.
• [37] Semlyen A., A. Dabuleanu. 1975. Fast and accurate switching transient calculations on transmission lines with ground return using recursive convolutions. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, 94(2), 561–571.
• [38] Shindo T., T. Suzuki. 1985. A new calculation method of breakdown voltage-time characteristics of long air gaps. IEEE Trans. Power App. Syst., PAS-104, (6), pp. 1556-1563.
• [39] Standardowa Specyfikacja Techniczna. Stacje elektroenergetyczne najwyższych napięć, PSE S.A., 2021.
• [40] Standardowa Specyfikacja Techniczna. Urządzenia i aparatura wysokiego napięcia, PSE S.A., 2015.
• [41] Standardowa Specyfikacja Techniczna. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych PSE S.A., 2021.
• [42] Szewczyk M., W. Piasecki, M. Stosur, T. Kuczek, P. Balcerek, M. Florkowski. 2013. Wybrane aspekty analizy narażeń przepięciowych stacji wysokich i najwyższych napięć typu GIS powstałych w wyniku wyładowań atmosferycznych. Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej 289, (33): 249-266.
• [43] Tavares M.C., J. Pissolato, C.M. Portela. 1999. Mode domain multiphase transmission line model -Use in transients analysis. IEEE Transactions on Power Delivery, 14(4), 1533-1544.
• [44] Watson N., J. Arrillaga. 2007. Power Systems Electromagnetic Transients Simulation. IET Power and Energy Series, 39.