"Новости Электротехники": "Энергетика и Электротехника

< Предыдущая ] [ Следующая >

Журнал №5(17) 2002

Надежность распределительных электрических сетей 6 (10) кВ автоматизация с применением реклоузеров

В связи с созданием распределительных компаний и организацией договорных взаимоотношений между участниками оптового и розничного рынков электроэнергии проблема обеспечения надежности и качества электроснабжения становится чрезвычайно актуальной. Особое значение в решении этой проблемы играют распределительные электрические сети среднего напряжения 6 (10) кВ.

Проблема длинных фидеров
Недостаток инвестиций в последнее десятилетие в развитие и реконструкцию сетей среднего напряжения привел к росту радиуса электроснабжения потребителей от опорных подстанций (центров питания) энергосистем. Эти радиусы (расстояния от центра питания до наиболее удаленного потребителя) для некоторых распределительных линий 6-10 кВ (фидеров) достигают 50-60 км и более. В результате увеличились выше допустимых пределов отклонения напряжения в узлах сети, возросло число аварийных отключений потребителей.
По данным ОАО «РОСЭП», среднее число повреждений, вызывающих отключения в ВЛ напряжением до 35 кВ, составляет 170-350 на 100 км линии в год, причем устойчивых КЗ из них 8%, а переходящих в однофазные (неустойчивые) – 72%. Значительную часть длительных отключений можно предотвратить путем применения средств многократного автоматического повторного включения (АПВ). Однако существующие на сегодняшний день в распределительных сетях средства релейной защиты не позволяют выполнять подобные функции.
Традиционно проблема длинных фидеров решается в отечественных электрических сетях 6-10 кВ за счет строительства так называемых разукрупняющих подстанций. Очевидно, что этот путь требует значительных капитальных вложений, а в ряде случаев физически неосуществим из-за невозможности размещения подстанции в нужном месте. Как показывает зарубежный опыт, выходом из сложившейся ситуации (при этом, как правило, более дешевым) может быть реализация «принципа длинного фидера» – глубокого секционирования его магистрали на относительно небольшие участки. Одновременно организуется локализованная и селективная работа релейной защиты и автоматики фидера в целом.
За счет того, что из строя выводится только конкретный участок сети, уменьшается число потребителей, на которых одновременно может отразиться повреждение. Благодаря повышению быстродействия релейной защиты и автоматики сокращается длительность перерывов в электроснабжении и режимов с низким качеством электроэнергии. Реализация «принципа длинного фидера» стала возможной благодаря применению коммутационных аппаратов нового поколения – реклоузеров.

Коммутационный аппарат плюс противоаварийная автоматика

Реклоузер – это аппарат, объединяющий в себе практически все виды противоаварийной автоматики: АПВ, АВР (автоматический ввод резерва), МТЗ (максимальная токовая защита), ЗЗЗ (защиты от замыканий на землю), УПГ (устройство плавки гололеда) и др. Реклоузер допускает, но не требует наличия каналов связи с центром питания, тем самым обеспечивая полностью автономную работу и давая возможность проводить децентрализованное управление автоматикой распределительных сетей. Кроме того, реклоузер позволяет в режиме реального времени вести протоколы по параметрам качества передаваемой электрической энергии и при наличии телемеханики передавать эти протоколы в любое место, где есть приемник телеметрического сигнала. Это дает возможность легко интегрировать данное устройство в автоматизированную систему управления района электрических сетей.
Реклоузер – это надежное и довольно простое в эксплуатации устройство, позволяющее отключать токи КЗ за минимальное время и при этом за такое же время восстанавливать электроснабжение на неповрежденных участках. Значения протекающих в линии токов через трансформаторы тока поступают на цифровые реле, которые могут быть запрограммированы на довольно широкий спектр параметров, в зависимости от места и целей установки реклоузера.

Принцип действия
Принцип действия реклоузера состоит в следующем (см. рис.1). Пусть произошло повреждение линии на участке К1.
1. Реклоузер Р1 отключается при повреждении в точке К1. Очень важно при этом, что головной выключатель не отключается.
2. Реклоузер Р2 меняет последовательность своего действия. Его уставки выставляются в соответствии с режимом защиты от минимального напряжения.
3. Нормально отключенный реклоузер Р3 включается в соответствии с режимом защиты от минимального напряжения.
4. Реклоузер Р2 выключается только однажды и остается отключенным.
Поврежденный участок изолирован между реклоузерами Р1 и Р2 за гораздо меньшее время, чем при централизованной автоматике, когда для тех же целей применяются обычные выключатели. Причем при выполнении перечисленных операций каналы связи не требовались. Каналы связи могут быть использованы для восстановления системы, а также для измерений или диагностики системы во время планового восстановления нормального режима работы.

Рис.1. Работа реклоузера (Р, Р1-Р10 – реклоузеры)

Устройство и технические параметры

Реклоузер включает в себя:
– вакуумный (элегазовый) коммутационный аппарат;
– систему первичных преобразователей тока и напряжения;
– автономную систему оперативного питания;
– микропроцессорную систему релейной защиты и автоматики с возможностью подключения системы телемеханики;
– систему портов для подключения устройств телеметрии;
– комплекс программного обеспечения.

Основные параметры и характеристики рассмотрим на примерах реклоузеров промышленной группы «Таврида Электрик» PBA/TEL и компании Cooper Power Systems (США) NOVA:

Наименование показателя	Размерность	Cooper Power Systems		Таврида Электрик
		Численное значение показателя при номинальном напряжении сети, кВ		Численное значение показателя при номинальном напряжении сети, кВ
		NOVA 15	NOVA 27	PBA/TEL
Наибольшее рабочее напряжение	кВ	15,5	27,0	12,0
Выдерживаемое импульсное напряжение	кВ	110,0	125,0	110,0
Номинальный ток	А	630	630	400
Номинальный ток отключения	кА	12,5	12,5	12,5
Сквозной ток короткого замыкания, наибольший пик	кА	31,0	31,0	31,0
Ресурс по коммутационной стойкости, операции В-О: при номинальном токе при токе отключения	Операций	10000 50	10000 50	50000 100
Вес	кг	111	118	100
Минимальная рабочая температура	⁰С	-45	-45	-45
Максимальная рабочая температура	⁰С	+55	+55	+55
Стандартный рабочий режим	-	0-0,3с-ВО-1с-ВО-1с-ВО		0-0,1с-ВО-1с-ВО-1с-ВО

Мировая практика
Опыт внедрения реклоузеров за рубежом имеет более чем полувековую историю. Одной из первых начала их производство компания Kyle (США) в 1941 году. Сейчас Kyle входит в группу компаний Cooper Power Systems – CPS (США), мирового лидера по производству вакуумных выключателей и реклоузеров. Кроме CPS, реклоузеры выпускают компании: Soule Materiel Electrique (Франция), Togami Electric (Япония), Whipp & Bourne (Англия), ABB (Швеция\Швейцария), NEI Reyroll Ltd. (Англия) и другие. В СНГ производством реклоузеров занимается промышленная группа «Таврида Электрик». Следует отметить, что при сохранении в реклоузере всех основных функций зарубежных аналогов и добавлении новых инженеры «Тавриды» добились гораздо меньшей стоимости и габаритных размеров, нежели зарубежные компании.
Энергокомпания Детройт-Эдиссон (США) отмечает, что внедрение в распределительные сети реклоузеров позволяет ей экономить около 1 миллиона долларов ежегодно лишь за счет снижения затрат на эксплуатационное обслуживание и регулярную замену существующего парка традиционных выключателей, поскольку реклоузеры на протяжении всего срока службы (25 лет) не требуют какого-либо обслуживания. Опыт компании ESKOM (Южная Африка) показал, что внедрение реклоузеров с микропроцессорным блоком релейной защиты и возможностью интеграции в систему SCADA значительно повышает надежность сети и практически полностью исключает возможность отключения потребителей из-за неустойчивых КЗ.

Российский пилотный проект
Что касается опыта внедрения и эксплуатации реклоузеров в России, то уже сегодня существует пилотный проект линии 10 кВ в Западных сетях ОАО «Смоленскэнерго». Этот проект был выполнен Институтом электроэнергетики (МЭИ) совместно с институтом РОСЭП, ОАО «Смоленскэнерго», фирмой «Cooper Power Systems» при активной поддержке и помощи Департамента Электрических сетей РАО «ЕЭС России».
Общая протяженность линии – около 100 км между двумя центрами питания. Она полностью отвечает требованиям по качеству и надежности электроснабжения, а также описанному выше «принципу длинного фидера». При создании пилотной линии использовалось следующее оборудование: батареи статических конденсаторов (для регулирования cos j), вольтодобавочные трансформаторы (регулирование напряжения), нелинейные ОПН (защита элементов сети от перенапряжений), а также реклоузеры. В процессе реализации проекта была использована система дистанционного контроля и автоматического управления SCADA.
Цель проекта – проведение научных исследований, накопление опыта применения и совершенствование принципов построения протяженных распределительных сетей и их эксп луатации в российских условиях, применение и апробация передового оборудования среднего класса напряжения, выявление резервов повышения надежности и качества электроснабжения потребителей*.
Применение реклоузеров в данном проекте продемонстрировало значительное повышение надежности электроснабжения потребителей, культуры эксплуатации сети, уменьшение времени поиска повреждения на линии. В частности, специалисты ОАО «Смоленскэнерго» отмечают, что число повреждений от однофазных замыканий на землю (одного из самых распространенных типов повреждения) снизилось практически до нуля. Устройства почти не требуют обслуживания. Достаточно иметь всего одну легковую машину и двух человек для проведения периодических осмотров внешнего состояния выключателей. Опыт эксплуатации реклоузеров в Западных сетях ОАО «Смоленскэнерго» продемонстрировал, что применение подобных технологий позволяет гораздо эффективнее использовать пропускную способность ВЛ и надежно обеспечивать потребителей в условиях значительной удаленности их друг от друга*.

Экономический эффект применения
Основная составляющая экономического эффекта от внедрения реклоузеров – снижение ущерба от недоотпуска электроэнергии потребителям. Иски, выставляемые энергокомпаниям в развитых странах, как правило, в несколько раз превосходят стоимость восстановительных работ. Вскоре те же проблемы возникнут и в России.
Расчеты, выполненные в ОАО «ВНИИЭ», показывают, что при применении реклоузеров ущерб от недоотпуска снижается в несколько раз. При этом срок окупаемости затрат (в зависимости от удельной стоимости ущерба от недоотпуска 1 кВт.ч) равен от 3 до 9 лет. Кроме того, снижаются затраты на профилактическое обслуживание реклоузеров, расследование аварий, связанных с неправильными действиями РЗА, ремонт поврежденного оборудования, сбор и обработку информации о режимах и событиях, поиск места повреждения на линиях электропередачи и установку дополнительных средств защиты. К тому же применение реклоузеров повышает безопасность обслуживающего персонала.

Подводя итог, можно сказать следующее: внедрение реклоузеров в распределительные сети 6 (10) кВ является перспективным, технологически оправданным мероприятием и отвечает Концепции технического перевооружения электрических сетей РАО «ЕЭС России». Их применение позволяет снизить ущерб от недоотпуска электроэнергии и повысить надежность электроснабжения. Области применения реклоузеров для различных схем электроснабжения, стоимостных характеристик удельных ущербов групп потребителей, требуют более глубокого изучения и экономического анализа.
Однако уже сегодня можно с полной уверенностью сказать, что проектирование и строительство электрических сетей с применением реклоузеров позволит в недалеком будущем вывести отечественные электрические сети среднего напряжения на новый уровень автоматизации и управления.

* Жуков В.В., Максимов Б.К., Никодиму В., Боннер А. Децентрализованная система релейной защиты и автоматики в протяженных распределительных сетях с рассредоточенной нагрузкой потребителей// Информационные материалы IV международного семинара по вопросам использования современных компьютерных технологий для АСУ электрических сетей. – М.: «Издательство НЦ ЭНАС», 2000.