Децентрализованная автоматизация управления воздушными распределительными сетями с помощью автономных интеллектуальных устройств

Рассмотренные выше устройства релейной защиты и автоматики воздействуют на коммутационные аппараты, включающие и отключающие отдельные участки электрических схем. Вся эта аппаратура в существующих системах электроснабжения монтируется на обслуживаемых районных подстанциях или комплектных трансформаторных подстанциях (КТП). Высоковольтные воздушные линии электропередачи (ЛЭП) распределительных сетей, соединяющие эти подстанции и потребителей друг с другом, представляют собой металлические провода, подвешенные с помощью изоляторов на высоковольтных опорах. Никакой коммутационной аппаратуры воздушные ЛЭП не содержат и их конфигурация и параметры остаются постоянными. Таким образом, ЛЭП являются нерегулируемым элементом системы электроснабжения. Практика последних лет показала, что для увеличения надежности электроснабжения параметры воздушных ЛЭП должны автоматически изменяться при изменении режимов работы и при возникновении аварий.

В современных условиях параметры магистральных (питающих) ЛЭП 110 кВ и выше регулируются за счет подключения к линии через определенные расстояния управляемых шунтирующих реакторов (УШР), компенсирующих излишнюю емкость ЛЭП и ее излишнюю реактивную емкостную мощность.

Конфигурация распределительных сетей 6, 10 и 35 кВ в зависимости от ситуации может автоматически меняться за счет включения в них через определенные промежутки необслуживаемых автономных автоматических секционных переключателей — пунктов автоматического секционирования. Такой секционный переключатель со своей автономной автоматикой получил название «пункт секционирования столбовой» (ПСС), или «реклоузер» {recloser), — умный, или интеллектуальный, переключатель, а распределительные сети с такими устройствами стали называть интеллектуальными сетями.

Реклоузеры — это новое поколение интеллектуального автономного коммутационного оборудования, предназначенного для установки на воздушных линиях электропередачи напряжением 6, 10 и 35 кВ и на ответвлениях от них. Применение реклоузеров в распределительных сетях вызвано тем, что 80—90% повреждений в них неустойчивы и самоустраняются в бестоковую паузу в течение нескольких секунд. Поэтому отключение линии и последующее автоматическое включение ее приводит к устранению причины повреждения и исключает длительные перерывы электроснабжения. Идеология применения реклоузеров — это децентрализованная автоматизация управления воздушными сетями с помощью интеллектуальных устройств, которые анализируют режимы работы электрической сети и автоматически производят ее реконфигурацию в аварийных режимах. В результате этого локализуется место повреждения и восстанавливается электроснабжение потребителей неповрежденных участков сети. Идеология децентрализованной автоматики получила широкое распространение благодаря ее очевидным преимуществам по сравнению с централизованной системой управления.

Реклоузер, или пункт автоматического секционирования, устанавливается на опорах воздушных линий. Он предназначен для работы в условиях умеренного климата при температуре окружающей среды от -60°С до 50 °C. Отличительной особенностью реклоузера является простота монтажа и эксплуатации.

Реклоузер содержит (рис. 8.34):

• • вакуумный выключатель ВВ;
• • систему первичных преобразователей тока и напряжения: датчики тока ДТ (катушки Роговского) и датчики напряжения ДН (емкостные делители напряжения);
• • автономную систему оперативного питания — модуль бесперебойного питания МБП с резервным источником (малогабаритная необслуживаемая аккумуляторная батарея);
• • модуль управления МУ;
• • микропроцессорную систему релейной защиты и противоаварийной автоматики — модуль микропроцессора ММП;
• • трансформаторы напряжения ТН типа ОЛ;
• • нелинейные ограничители перенапряжений ОПН для защиты от грозовых перенапряжений;
• • систему портов для подключения устройств телемеханики;
• • комплекс программного обеспечения.

Рис. 8.34. Принципиальная схема реклоузера PBA/TEL-10 производства ЗАО «ГК «Таврида Электрик»

На рис. 8.35 приведены схемы включения пунктов автоматического секционирования (реклоузеров) в сетях с односторонним и двухсторонним питанием. В радиальных сетях с односторонним питанием (рис. 8.35, а) реклоузеры без АВР устанавливаются на ЛЭП через определенные участки (обычно 8—10 км), в результате чего увеличивается надежность электроснабжения потребителей отдельных участков, но мере приближения их к центру питания. В сетях с двухсторонним питанием (рис. 8.35, б) дополнительно устанавливается один реклоузер с функцией АВР, находящийся в нормально отключенном положении.

Комплекс устройств, объединенных в реклоузере, позволяет с помощью микропроцессорной защиты и автоматики определить возникновение повреждения и с помощью коммутационной аппаратуры выделить повреждение, т. е. разделить (секционировать) линию на отдельные участки и с помощью АП В и АВР восстановить питание на неповрежденных участках в кратчайшие сроки. Информация о месте повреждения и перекопфигурировании электросети передается с помощью устройств телемеханики диспетчеру района. Предусмотрено и дистанционное управление реклоузером.

Реклоузеры позволяют повысить надежность электроснабжения потребителей, снизить недоотпуск электроэнергии, сократить число аварийных отключений ЛЭП, сократить затраты на обслуживание ЛЭП, повысить технический уровень эксплуатации сетей и реализовать современные принципы автоматизации и управления распределительными сетями.

Рассмотренная выше трехступенчатая токовая защита (две ступени токовой отсечки и МТЗ) реализуется в реклоузерах не аппаратным, а программным способом. Эго позволяет выполнить не только третью ступень, но и все три ступени с выдержкой времени, зависящей от значения тока (рис. 8.36).

Для настройки токовой защиты от междуфазных коротких замыканий можно использовать 12 типов стандартных времятоковых характеристик или создать собственную характеристику (характеристику пользователя).

Рис. 8.35. Схемы включения реклоузеров в сетях с односторонним (а) и двухсторонним (б) питанием.

Рис. 8.36. Зависимость времени срабатывания ступеней защиты от тока.

Кроме ненаправленной токовой защиты может подключаться и направленная токовая защита. Число ступеней защиты может быть увеличено до четырех. Дополнительно предусмотрена защита от однофазных замыканий на землю (033) с контролем тока нулевой последовательности, защита минимального и максимального напряжения. Предусмотрен технический учет электроэнергии, автоматическое повторное включение и автоматическое включение резерва. Автоматическая частотная разгрузка (АЧР) позволяет проводить отключение нагрузки, выдавать сигнал при снижении частоты ниже уставки. Электронный журнал оперативных событий отражает все события, происходящие с реклоузером. Счетчик операций включения и отключения вакуумного выключателя измеряет суммарное число операций, что позволяет определять механический износ контактов выключателя, выраженный в процентах.

Для работы с реклоузером разработано специальное программное обеспечение TELUS, которое позволяет изменять основные настройки аппарата и уставки защит.

В заключение укажем, что в одной главе невозможно рассмотреть все виды релейной защиты и автоматики (РЗА) в электроэнергетике. Так, не было упоминания о поперечной дифференциальной защите, дистанционной защите, защите от замыканий на землю и многом другом. Здесь были даны лишь основные понятия о релейной защите и автоматике и подходы к выполнению РЗА. Для знакомства с другими видами защит и более глубокого изучения процессов в системах РЗА рекомендуем обратиться к специальной литературе [16, 17, 29].