В данной статье рассматриваются вопросы повышения надежности воздушных распределительных сетей среднего напряжения за счет внедрения децентрализованной автоматизации на базе интеллектуальных автоматических пунктов секционирования — реклоузеров.
Ключевые слова: реклоузер, электрическая сеть, воздушная линия, надежность, электроснабжение, эффективность, автоматизация, секционирование, резервирование.
Объективные экономические условия функционирования распределительных электрических сетей ЧР в последние десятилетия привели к заметному снижению темпов их реконструкции, технического перевооружения и нового строительства. Поэтому возросла динамика физического износа сетевых объектов, что, в свою очередь, привело к росту отключений в распределительных сетях напряжением 6–10 кВ в среднем 56 отключений в год в расчете на 100 км длины воздушных линий [1, 2].
Общая протяженность воздушных распределительных сетей среднего напряжения 6(10) кВт составляет около 12 тыс. км — практически 80 % от протяженности электрических сетей всех классов напряжения, располагающихся на территории Чеченской Республики. Воздушные линии (ВЛ) 6–10 кВ в сельских местностях ЧР построены, в основном, по радиальному принципу с использованием алюминиевых неизолированных проводов малых сечений с применением железобетонных опор с невысокой механической прочностью. Трансформаторные подстанции 10/0,4 кВ подключены к сетям, как правило, по тупиковой схеме в одно трансформаторном открытом исполнении. Автоматическое секционирование и резервирование распределительных электрических сетей 10 кВ носит ограниченный характер [3].
Распределительные сети среднего напряжения выполняются, как правило, по радиальным схемам древовидной конфигурации с многократным резервированием магистрали. Защитные аппараты устанавливаются на питающих центрах. Известно, что 80 % повреждений, возникают в воздушных распределительных сетях. И, если, на линии случилось повреждение (хоть устойчивое, хоть неустойчивое), то электроснабжение теряют потребители целого фидера. Из-за невозможности достоверно определить и локализовать место повреждения длительность отключения может достигать нескольких часов (а иногда и суток). Поиск поврежденного участка и последующее выделение его производится силами оперативно-выездных бригад, с привлечением большого числа людей и техники. Поэтому электрические сети в сельской местности имеют более низкую надежность электроснабжения присоединенных к ним потребителей по сравнению с сетями других уровней напряжения.
Зачастую проблема надежности в распределительных сетях решалась за счет разукрупнения линий с сооружением новых подстанций, а также строительством новых линий, разукрупняющих существующие. Этот способ достаточно эффективен технически, однако требует значительных капитальных затрат на этапе строительства и текущих расходов на этапе эксплуатации. А инвестиций в их реконструкцию и развитие не хватает.
В этих условиях актуальной является задача повышения надежности распределительных электрических сетей 10 кВ при их реконструкции и техническом перевооружении с минимизацией затрат на осуществление этих мероприятий. При этом необходимо учитывать, что надежность распределительных электрических сетей достигается не только использованием современных конструктивных решений, но и возможностями управления ею в ремонтных режимах и в режимах, наступающих после возникновения устойчивых повреждений, что может быть достигнуто применением автоматического секционирования и резервирования ВЛ-10 кВ.
Децентрализованный (автоматический) подход к управлению аварийными режимами обеспечивает полную независимость работы пунктов секционирования от внешнего управления. Каждый отдельный аппарат, являясь интеллектуальным устройством, анализирует режимы работы электрической сети и автоматически производит локализацию места повреждения и восстановление электроснабжения потребителей неповрежденных участков сети. Преимуществом децентрализованного подхода является отсутствие человеческого фактора. Отключение короткого замыкания и локализация повреждения происходят автоматически. Время восстановления питания на неповрежденных участках сети сокращается до секунд, как следствие, снижается риск ущерба потребителям электрической энергии.
Реклоузер (от англ. Reclosure— переключатель) — пункт автоматического секционирования ВРС столбового исполнения, объединяющий в себе:
‒ вакуумный коммутационный модуль со встроенными измерительными датчиками тока и напряжения;
‒ автономную систему оперативного питания;
‒ микропроцессорную систему защиты и автоматики;
‒ систему портов для подключения устройств телемеханики;
‒ комплекс программного обеспечения.
Реклоузер способен решать задачи:
‒ оперативного переключения в ВРС (т. е. выполнять местную и дистанционную реконфигурацию сети);
‒ определение возникновения повреждения;
‒ автоматического отключения поврежденного участка;
‒ автоматического повторного включения линии (АПВ);
‒ автоматического выделения поврежденного участка;
‒ автоматического восстановления питания на неповрежденных участках ВРС;
‒ автоматический ввод резервного питания (АВР);
‒ автоматического сбора информации о параметрах режимов работы ВРС;
‒ интеграции в системы телемеханики (SCADA).
На протяжении всего срока службы (25 лет) реклоузер не обслуживается.
В распределительных сетях сетевых компаний наиболее целесообразны алгоритмы секционирования радиальной сети с односторонним и двухсторонним питанием. Основным эффектом от применения реклоузеров в данном случае является снижение недоотпуска электрической энергии потребителям.
На вдольтрассовых линиях наиболее актуальны следующие алгоритмы:
1) заданный уровень надежности фидера. При отсутствии на линии потребителей, требующих высокой надежности электроснабжения, реклоузеры могут быть установлены в качестве пунктов секционирования, обеспечивающих деление воздушной линии на несколько участков. Такая расстановка аппаратов позволяет обеспечить заданный уровень надежности по фидеру в целом, облегчить поиск места повреждения и ускорить восстановление питания;
2) максимальная защита конкретного потребителя. В случае наличия потребителей, требующих высокой надежности электроснабжения, предлагается установка реклоузеров, приведенная на рис.1. В этой схеме при наличии двух источников питания, при КЗ на любом участке вдольтрассовой линии электроснабжение потребителей сохраняется. В данном варианте можно обеспечить максимально высокую надежность каждого потребителя.
Рис. 1. Максимальная защита конкретного потребителя
3) комбинированный вариант. Комбинируя первые два варианта установки реклоузеров на линии, можно добиться требуемой надежности электроснабжения потребителей. При таком расположении реклоузеров в линии можно обеспечить согласованный уровень надежности фидера в целом, а также максимально высокую надежность электроснабжения любого потребителя на линии.
В качестве наглядного примера использования реклоузеров воспользуемся линией 10кВ ПС Курчалой Ф-9 и резервное питание от Ф-20 ПС 110 кВ Гудермес Сити (новая линия). На данной линии реклоузеры установлены после распределительного пункта в КРУН-1 и в КРУН-2. Следовательно, в аварийном режиме при отключении центральной части фидера Ф-9 ПС Курчалой при помощи реклоузера возможно запитать дальнейшую часть его от соседнего фидера, Ф-20 ПС Гудермес-Сити, за максимально короткое время. Таким образом, будет выполнена одна из основных задач применения реклоузера — надежность электроснабжения и отпуск энергии потребителям в полном объеме.
Исключительная функциональность и конструктивные особенности реклоузера позволяют использовать его как в сложных алгоритмах децентрализованной автоматизации распределительной сети, так и в традиционном варианте — как защитный аппарат на радиальных линиях и ответвлениях.
Литература:
- Воропай Н. И. и др. Концепция обеспечения надежности в электроэнергетике.-М.: ООО Изд. «Энергия», 2013
- Боков Г. И. Техническое перевооружение российских электрических сетей.-Новости электротехники, № 4 (76), 2012.
- Кавченков В. П. Вероятностные, статические модели и оценка надежности энергетических систем. ИЗД. «Универсум», Смоленск, 2002
- Будзко И. А., Лещенская Т. Б. Электроснабжение сельского хозяйства. –М.: Колос, 2000
- Долецкая Л. И., Кавченков В. П. Выбор мероприятий и оценка технико-экономических эффективности автоматического секционирования и резервирования распределительных электрических сетей 10 кВ. г.Смоленск, 2014г.
- Максимов Б. К., Воротницкий В. В. Оценка эффективности автоматического секционирования воздушных распределительных сетей с применением реклоузеров с целью повышения надежности электроснабжения потребителей. М.: Таврида Электрик, 2006
