Новый уровень управления аварийными режимами распределительных сетей с помощью реклоузеров - Статьи :: Международный Электротехнический Журнал Электрик
Рубрика

Техника и технологии

5607
Новый уровень управления аварийными режимами распределительных сетей с помощью реклоузеров

Из-за частых повреждений воздушных распредсетей напряжением до 35 кВ, которые вызывают в России около 25 отключений на 100 км этих сетей в год [1], разработка наиболее совершенных и в то же время сравнительно недорогих способов управления этими сетями является одной из важнейших проблем электроэнергетики, от успешного решения которой напрямую зависит надежность электроснабжения потребителей. В решении этой проблемы достигнут существенный прогресс [1–4], связанный с созданием и применением в распредсетях нового поколения высоковольтных аппаратов, получивших название реклоузер (recloser – дословно перевключатель).

 

Коротко о создании реклоузеров и их функциональных особенностях

Систематическое изучение условий функционирования распредсетей, проведенное в США еще в средине прошлого века, показало, что в них в среднем до 80...90% повреждений вызываются схлестыванием проводов ВЛ, касанием проводов ветвями деревьев, перекрытиями в результате грозовых воздействий и т.д. Такого рода повреждения по своей природе неустойчивы и самоустраняются в течение нескольких секунд путем отключения и последующего автоматического включения ВЛ, что приводит к устранению причин повреждений и, следовательно, исключает длительные перерывы электроснабжения. Это натолкнуло на мысль о необходимости создания и установки в распредсетях реклоузеров – аппаратов, наделенных функцией отключения и последующего автоматического повторного включения (АПВ).

Хотя конструкция первых появившихся в США еще в 1940-е годы реклоузеров, у которых гашение дуги происходило в масле, была несовершенна, все же с их созданием и последующим совершенствованием начало развиваться новое направление в энергетическом аппаратостроении, и уже в начале 1980-х годов в американских стандартах было дано определение реклоузера и даже разработан на него специальный стандарт – ANSI-37.60-1981 (в настоящее время IEEE С37.60-2003).

Согласно стандарту IEEE С37.60-2003, реклоузер – это автономное устройство, использующееся для автоматического отключения и повторного включения цепи переменного тока по предварительно заданной последовательности циклов отключения и повторного включения с последующим возвратом функции АПВ в исходное состояние, сохранением включенного положения или блокировкой в отключенном положении. Реклоузер включает в себя комплекс элементов управления, необходимых для обнаружения токов КЗ и управления реклоузером [2].

Более привычным является следующее практическое определение этого аппарата: реклоузер – это автономное интеллектуальное устройство, не требующее обслуживания, обладающее специальной функциональностью и конструктивными особенностями, на базе которого возможно создание надежных и эффективных распределительных сетей [2].

Отметим, что кроме функций, присущих реклоузерам всех типов, таких как токовая защита от междуфазных КЗ и защита от замыканий на землю, обязательными для них являются также специальные функции, приведенные в табл.1.

В процессе совершенствования конструкции и функциональности реклоузеров были затрачены большие усилия на то, чтобы как можно ближе приспособить их к сложным условиям эксплуатации ВЛ, имеющих значительную протяженность, а также к ряду географических и климатических факторов, что позволило выработать ряд обязательных требований к реклоузерам.

Основные требования к реклоузерам:

• Необслуживаемость («maintenancefree»), обеспечивающая в условиях удаленности и труднодоступности точек установки реклоузеров значительное снижение затрат на их обслуживание в течение всего срока их службы.

• Стойкость аппарата к сложным климатическим и погодным условиям.

• Автономность, то есть способность надежно работать только при получении питания от самой линии электропередачи.

• «Столбовое» исполнение, обеспечивающее возможность монтажа реклоузеров на существующие опоры ЛЭП, которое вместе с малогабаритностью реклоузеров обеспечивает легкость их доставки к месту установки, простой монтаж и, в случае необходимости, простой демонтаж и перенос в другую точку сети. Типовая установка реклоузера на одной опоре показана на фото, помещенном в начале статьи, а на двух опорах – на рис.1.

Автоматизация распредсетей и управление ими на основе применения в этих сетях реклоузеров, основными производителями которых являются компании Cooper Power Systems (США), ПГ «Таврида Электрик» (Россия), NuLec Industries (Австралия), Wipp&Bourn (Англия) и др., как в зарубежной, так и в отечественной электроэнергетике по праву считается наиболее эффективным и сравнительно недорогим средством существенного повышения надежности и качества электроснабжения электропотребителей.

Для более детального ознакомления с особенностями такой автоматизации и управления распредсетями в аварийных режимах работы с помощью реклоузеров рассмотрим ряд все еще применяемых во многих сетевых компаниях России и Украины способов устранения повреждений в распредсетях без применения реклоузеров и сравним их со способами устранения повреждений с помощью реклоузеров.

 

Особенности построения распределительных сетей 6 (10) кВ сетевых компаний

ВЛ 6 (10) кВ сетевых компаний получают питание от подстанций (ПС) более высокого класса напряжений – 110/35/6 (10) кВ. Они, как правило, строятся по радиальному принципу древовидной конфигурации, как это показано на рис.2, где обозначено:

• РЛ – ручной линейный разъединитель.

• РЗА – защита на электромеханических реле.

Сечения проводов такой линии, имеющей большое число резервных связей, выполненных на ручных разъединителях, ступенчато уменьшаются от головных участков линии к ее концу. Защитные аппараты в виде маломасляных выключателей с электромеханическими терминалами РЗА устанавливаются в центрах питания – подстанциях 110/35/6 (10) кВ. Средняя протяженность линий по магистрали обычно составляет 16 км, а протяженность ответвлений – 5...6 км.

Кроме показанной на рис.2 схемы распредсетей, для электроснабжения потребителей применяются также и ряд других схем, например, таких как построенная по магистральному принципу с однократным сетевым резервированием по магистрали схема электроснабжения магистральных трубопроводов предприятий транспорта нефти и газа, схемы консольного и встречно-консольного питания систем централизации и блокировок (СЦБ) предприятий железнодорожного транспорта [1].

Отличительная особенность всех этих схем распредсетей, получивших название централизованные схемы, состоит в том, что для повышения надежности электроснабжения в ВЛ среднего напряжения, питающих потребителей, применяется секционирование коммутационными аппаратами (обычными и управляемыми разъединителями, а также пунктами секционирования). В случае возникновения повреждения на любом участке таких схем происходит отключение защитного аппарата на отходящем фидере, и все электропотребители линии на длительное время теряют питание. Для локализации этого повреждения по распоряжению диспетчера одна или несколько оперативных бригад выезжают на фидер и путем нескольких последовательных переездов и переключений разъединителей вручную выделяют поврежденный участок сети и, локализовав его, подают питание всем остальным потребителям, как это показано на классической схеме восстановления электроснабжения (рис.3), где обозначено:

• 1–5 – этапы поиска и локализации повреждения (переезды оперативных бригад);

• 1–3 – поиск поврежденного участка;

• 4 – включение участка без повреждения;

• 5 – подача питания от сетевого резерва на участок без повреждения.

Очевидно, что при такой централизованной схеме восстановления электроснабжения приходится использовать большое количество техники и оперативного персонала. При этом время, затрачиваемое на переезды оперативных бригад в случае протяженных линий, может составлять несколько часов и даже суток, что ведет к крайне низкой надежности электроснабжения.

Поэтому вместо приведенного выше ручного подхода к управлению аварийными режимами распредсетей в России и на Украине все большее распространение получило ручное дистанционное управление аварийными режимами, основанное на том, что в распредсетях вместо ручных линейных ЛР стали устанавливать телеуправляемые разъединители (УР) или пункты секционирования с дистанционным управлением, как это показано на рис.4, где обозначено:

• 1–5 – этапы поиска и локализации повреждения с помощью телеуправления из удаленного диспетчерского пункта;

• 1–3 – поиск поврежденного участка;

• 4 – включение участка без повреждения;

• 5 – подача питания от сетевого резерва на участок без повреждения.

Очевидным преимуществом такого подхода к повышению надежности электроснабжения является сокращение времени на локализацию поврежденных участков сети при одновременном существенном сокращении затрат на практиковавшиеся ранее многочисленные переезды, а также на содержание большого штата оперативного персонала. В то же время существенным недостатком такого централизованного подхода является необходимость гарантированной 100-% связи с каждым управляемым элементом сети, поскольку в случае её отсутствия сеть становится полностью неуправляемой и теряется весь эффект от телемеханизации разъединителей.

Кроме того, при применении дистанционного ручного управления аварийным режимом, так же, как и при рассмотренном выше ручном управлении, большую роль продолжает играть человеческий фактор, поскольку решение о переключениях в обоих этих способах управления принимает диспетчер, который должен либо послать оперативную бригаду на поиск и локализацию повреждения при ручном управлении, либо при дистанционном ручном управлении постоянно контролировать мнемосхему электросети и в случае возникновения аварийного режима, проанализировав факт повреждения, принять правильное решение о ее реконфигурации, что в ряде случаев, например, в системах магистральных трубопроводов может вызвать определенные трудности.

Таким образом, централизованный подход к секционированию и управлению аварийными режимами работы сети (независимо от того, является такое управление ручным или ручным дистанционным) не позволяет существенно повысить надежность электроснабжения потребителей, поскольку при применении обоих этих способов управления аварийностью сети большую роль играет человеческий фактор.

Поэтому дальнейшие поиски эффективных способов повышения надежности электроснабжения потребителей велись в следующих двух направлениях: в направлении реализации автоматического децентрализованного подхода к управлению аварийными режимами, при котором обеспечивается полная независимость работы пунктов секционирования от внешнего управления, и в направлении разработки интеллектуальных устройств (прежде всего, реклоузеров), способных реализовать требуемые алгоритмы децентрализованного управления.

 

Децентрализованный подход к управлению аварийными режимами работы распределительных сетей

При децентрализованном подходе к управлению аварийными режимами работы распредсетей обеспечивается полная независимость работы пунктов секционирования от внешнего управления, поскольку каждый отдельный аппарат электросети, являясь интеллектуальным устройством, анализирует режимы ее работы и автоматически ее реконфигурирует в аварийных режимах. Тем самым автоматически, без вмешательства диспетчера (что исключает человеческий фактор), осуществляется локализация места повреждения и восстановление электроснабжения потребителей неповрежденных участков сети, как это показано на рис.5, где обозначено:

Р – реклоузеры.

АВР – реклоузер, выступающий в качестве автоматического ввода резервного питания.

При таком децентрализованном подходе к управлению распредсетей телемеханика фактически не оказывает влияния на выполнение основных функций секционирования в аварийных режимах работы сети; ей отводится лишь вспомогательная роль (обеспечение оперативного управления, контроль параметров сети и др.). Тем самым снижаются требования к надежности каналов связи, а роль диспетчера фактически сводится к выдаче распоряжения о направлении оперативных работников на локализацию поврежденного участка распредсети. При этом время восстановления питания на неповрежденных участках сети не превышает нескольких секунд, что существенно снижает риск ущерба потребителям электроэнергии.

Для реализации децентрализованного управления аварийными режимами распредсети необходимо иметь надежную необслуживаемую систему бесперебойного питания от нескольких независимых источников, а также пункты секционирования, имеющие в своем составе приведенные в табл.2 интеллектуальные аппараты и системы, способные обеспечить реализацию децентрализованного управления аварийными режимами работы сети.

 

Литература

1. Владислав Воротницкий, Сергей Бузин. Реклоузер – новый уровень автоматизации и управления ВЛ 6(10) кВ // Новости электротехники. – 2005. – №3 (33).

2. Екатерина Кваша, Бахруз Махаров. Что такое реклоузер? Остерегайтесь подделок! // Энергетика. – 2010. – №4 (35).

3. Елена Крылова. Реклоузеры. Тактика эффективного применения // ЭнергоНадзор. – 2009. – №6.

4. Владислав Воротницкий. Будущее сетей в американском контексте // Новости электротехники. – 2012. – №3 (75).

(Продолжение следует)

Понравилась статья? Расскажите друзьям!
ПОХОЖИЕ СТАТЬИ
comments powered by Disqus