Оптимизация и повышение качества электросетей

Французский взгляд на российские проблемы

Подготовил Валерий Журавлев, «Новости ЭлектроТехники»

В середине ноября в Москве состоялся франко-российский семинар «Оптимизация и повышение качества электросетей». Организаторами выступили Французское агентство по развитию международной деятельности предприятий UBIFRANCE и Экономическая Миссия Посольства Франции в России в сотрудничестве с Ассоциацией производителей электрооборудования, средств контроля и управления и сервисных компаний в области электротехники GIMELEC.

Главной задачей семинара стало ознакомление отечественных потребителей с французскими компаниями, многие из которых впервые представляли свою продукцию в России. В работе семинара с российской стороны приняли участие более 100 представителей проектных, монтажных и эксплуатационных организаций, а также специалисты Федеральной Сетевой Компании.

Жак Куро

Надежность электроснабжения и пути его повышения С первым докладом, на тему «Вопросы качества электроэнергии при ее передаче и распределении», на семинаре выступил Жак Куро, технический директор сектора силовой электроники компании Areva T&D.

В общем случае низкое качество электроэнергии может рассматриваться как любые изменения в энергоснабжении, которые могут привести к нарушениям нормального хода производственного процесса или к повреждению оборудования, трансформаторов, электродвигателей. Из всех видов возмущений, которые могут оказать влияние на потребителей, Жак Куро кратко рассмотрел посадки, броски и гармонические искажения напряжения.

Говоря о надежности передачи энергии, докладчик обратил внимание собравшихся на то, что строительство новых линий электропередачи связано со значительными затратами и часто невозможно по причинам экологического характера. Поэтому приходится увеличивать мощность энергии, передаваемой по существующим линиям, в основном за счет увеличения силы тока. Это достижимо только при следующих условиях:

• отсутствие тепловых ограничений;
• наличие надежного управления распределением потоков энергии между линиями, питающими определенную местность.

При соблюдении этих условий можно производить повышение передаваемой мощности в режиме максимальной надежности, оставаясь в пределах допустимой стабильности и устойчивости работы линии.

Для поддержания стабильности используются различные устройства. В своем докладе Жак Куро подробно остановился на принципах работы, преимуществах и недостатках как классических, так и современных решений поперечных (шунтирующих) и продольных компенсаторов. Наибольшее внимание он уделил гибким системам передачи энергии переменного тока (FACTS):

• статическим синхронным компенсаторам (STATCOM);
• статическим синхронным продольным компенсаторам (SSSC);
• унифицированной системе управления энергопотоками (UPFC).

Докладчик отметил, что система UPFC представляет собой не что иное, как объединение систем STATCOM и SSSC, и ее преимущества очевидны. Хотя в настоящее время система не особенно распространена, в ближайшие годы эта технология будет активно развиваться в основном в городах, где особенно сложно осуществить строительство дополнительных линий.

При распределении энергии важное значение имеют два аспекта: удовлетворение требований по качеству в точке подключения и непрерывность подачи, т.е. отсутствие отключений и посадок напряжения. Такие низкочастотные изменения напряжения зачастую возникают из-за наличия потребителей высокой мощности, таких, как крупные прокатные станы или дуговые сталеплавильные печи.

В настоящее время имеется возможность установки оборудования, которое способно предотвратить или заметно ослабить эти виды возмущений. С целью избежать перегрузки сетей (линий, трансформаторов, оборудования), которые испытывают основные нагрузки, всегда поощрялось стремление пользователей компенсировать использование реактивной мощности. В таких случаях следует устанавливать пассивное компенсирующее оборудование, состоящее в основном из конденсаторных батарей с подстроечными дросселями, иногда с демпфирующими резисторами для гашения параллельного резонанса. Кроме того, с ростом динамики процессов и ужесточением требований к стабильности сетей начинают получать распространение средства статической компенсации реактивной мощности с применением силовой электроники – системы SVC и STATCOM.

Жак Куро подробно разобрал принципы действия наиболее прогрессивных средств компенсации посадок напряжения и защиты потребителей, основанных на принципе «хранения электроэнергии»: шин постоянного тока, установок сверхпроводимости, «динамического восстановителя напряжения». Подобные устройства наиболее активно применяются в США и Канаде.

В заключение докладчик отметил, что большинство из этих решений проблем надежности и качества электроснабжения основаны на принципах, которые были известны еще полстолетия и более назад, но решающее значение сегодня и в ближайшие десятилетия имеет использование силовой электроники.

Игорь Григорьев

Особенности монтажа СИП Игорь Григорьев, генеральный директор ООО «Нилед», помимо представления линейной арматуры и инструмента французской фирмы Niled для ВЛ 0,4–20 кВ, остановился на сравнении параметров и отличиях в монтаже разных конструкций самонесущих изолированных проводов.

В настоящее время в России в основном применяются самонесущие изолированные провода двух конструкций:

• c несущей нулевой неизолированной жилой из сплава – СИП-2 (аналог АМКА);
• c несущей нулевой изолированной жилой из сплава – СИП-2А (аналог Торсада).

Наибольшее распространение, особенно в коммунальных предприятиях электрических сетей России, получила конструкция СИП-2А, поскольку при незначительном удорожании провода с несущей изолированной жилой значительно возрастают надёжность, безопасность и удобство при монтаже и эксплуатации СИП.

С недавних пор при строительстве ВЛ–0,4 кВ стал применятся СИП-4 – провод без несущей нулевой жилы, в котором все фазные и нулевой проводник выполняют несущие функции. По мнению Игоря Григорьева, этим определяется недостаток СИП-4, в котором нет эффективного распределения механических нагрузок между нулевым и фазными проводами.

Кроме того, для монтажа анкерной и подвесной арматуры при применении СИП-4 требуется динамометрический ключ и специальный монтажный зажим для натяжения провода. Большой перечень линейной арматуры, а также разнообразного инструмента требуется и при монтаже СИП-2. В этом отношении СИП-2А наиболее удобен.

Соединение СИП-4 в пролетах требует применения специальных соединительных зажимов. Кроме того, существуют проблемы с разведением жил в напряженном состоянии, что усложняет монтаж анкерных, ответвительных и соединительных зажимов. Для СИП-4 сечением свыше 120 мм2, вследствие большого веса, требуются более мощные промежуточные, концевые и угловые опоры, чем для СИП-2А.

В выступлении было отмечено, что за 10 лет эксплуатации СИП-2А в России не было случаев обрыва нулевой несущей жилы из сплава, так как при значительной механической перегрузке разрушаются отдельные элементы в анкерной и подвесной арматуре, защищая провода и опоры.

Ибрагим Зюджелович

Изоляторы на ВЛ Выступление Ибрагима Зюджеловича, ответственного по странам Восточной Европы компании Sediver, было посвящено значению технического обслуживания изоляторов для повышения качества передачи электроэнергии.

Несмотря на то, что стоимость изоляторов в строительстве линий электропередачи обычно составляет 5% от общей стоимости проекта, непрерывность работы этих линий и надежность электроснабжения зависит в основном от состояния изоляторов и, более того, от возможности обнаружить поврежденные и неработающие изоляторы, с тем чтобы быстро восстановить электроснабжение.

Ибрагим Зюджелович рассмотрел три типа изоляторов (из закаленного стекла, фарфора, композитных материалов) с точки зрения:

• состояния изоляторов при поставке и погрузке-разгрузке;
• видов неисправностей и их влияния на электроснабжение;
• простоты обнаружения неисправного изолятора и методов проведения диагностики на линиях под напряжением и обесточенных линиях;
• общих вопросов технического обслуживания (на линиях под напряжением и обесточенных линиях);
• техобслуживания изоляторов в условиях сильного загрязнения (мойка линий под напряжением).

Были даны рекомендации по выбору изоляторов, с тем чтобы свести к минимуму операции по техническому обслуживанию.

В результате рассмотрения этих вопросов докладчик пришел к выводу, что самыми дешевыми, но в то же время самыми надежными являются высококачественные изоляторы из закаленного стекла.

Помимо простоты обнаружения неисправных изоляторов, поразительны также внутренние остаточные характеристики поврежденных стеклянных изоляторов. Так, при механическом повреждении диэлектрической части стеклянных изоляторов, они сохраняют рабочее состояние на более чем 80% от номинала.

Поврежденные изоляторы из фарфора или композитных материалов, по всей вероятности, вызовут со временем катастрофическую неисправность линии. Стеклянная юбка не вызывает и не будет вызывать повреждения гирлянды изоляторов.

Никита Топуридзе

Силовые кабели из СПЭ На особенностях производства и эксплуатации силовых кабелей среднего и высокого напряжения с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ) остановились Никита Топуридзе, региональный директор по России и странам СНГ ведущего мирового производителя кабельно-проводниковой продукции – корпорации Nexans, и менеджер Андрей Литвинов.

Докладчики отметили, что практически по всем основным характеристикам изоляция из сшитого полиэтилена превосходит другие виды изоляции. Уступает этот вид изоляции лишь в одном – полиэтилен является горючим материалом. Однако, учитывая область его применения (кабели укладываются в основном в землю), эта характеристика не критична. При необходимости прокладки кабеля на воздухе, кабель можно покрыть огнезащитной пастой.

Основными преимуществами кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена являются:

• низкий вес и меньший внешний диаметр кабеля;
• большая пропускная способность за счет увеличения максимальной длительно допустимой температуры проводника до 90°С;
• высокий ток термической устойчивости при коротком замыкании, что особенно важно в случае, когда сечение проводника выбирается только из условий номинального тока короткого замыкания;
• легкость прокладки по сложным трассам, в том числе в коллекторах, эстакадах и иных случаях прокладки, сопряженных с перепадом высот по кабельной трассе;
• легкость монтажа кабельной арматуры;
• экологические аспекты, связанные с отсутствием опасности за-грязнения окружающей среды из-за попадания масла, а также свинцовой оболочки;
• возможность вести прокладку кабеля при низких температурах (до –20°С) без предварительного прогрева;
• низкая удельная повреждаемость кабеля (на 1–2 порядка ниже, чем у маслонаполненного кабеля);
• возможность использования больших строительных длин кабеля (до 2 км).

Также Андрей Литвинов рассказал о соединительных и концевых муфтах, выпускаемых компанией Euromold, входящей в корпорацию Nexans.

Валерий Саженков

Телеуправление для автоматизации распредсетей О проблемах оптимизации и новых методах управления распределительными электрическими сетями среднего напряжения рассказал присутствующим директор Департамента энергетики и инфраструктур ЗАО «Шнейдер Электрик» Валерий Саженков.

Он отметил, что в последние годы поставщики электроэнергии имеют дело со всё возрастающим спросом своих клиентов на улучшение качества обслуживания и повышение надежности поставок электроэнергии. Сети среднего и низкого напряжения обычно имеют большую и даже очень большую протяженность. По этой причине они часто подвержены воздействию различных жестких условий окружающей среды, а также необходимости расширения и увеличения нагрузки. Чтобы полнее удовлетворять эти новые потребности, большинство поставщиков электроэнергии ориентируются на использование преимуществ автоматизации и телеуправления, основанных на достижениях современных технологий, в частности в области телекоммуникаций. Для эксплуатации воздушных сетей и трансформаторных подстанций с телеуправлением нужны соответствующие интерфейсы, именуемые также шкафами телеуправления. Эти устройства служат для управления работой аппаратуры и одновременно обеспечивают ряд функций, необходимых для телеуправления сетями среднего напряжения.

Такие интерфейсы телеуправления представляют собой комплектные блоки, объединяющие в себе устройства местного управления, автоматизированные системы обнаружения неисправностей и отображения состояний и аппаратуру передачи данных. Они обеспечивают:

• более эффективное управление сетью;
• возросшую быстроту реагирования, позволяющую оперативно обнаруживать повреждения и соответственно минимизировать их последствия для клиентов;
• лучшую адаптируемость к любым новым требованиям или потребностям;
• бесперебойность работы и повышенное качество обслуживания.

Распределительные сети среднего напряжения часто имеют древовидную структуру, образуемую в основном воздушными линиями. Выбор и размещение оборудования и автоматизированных систем управления для этих сетей требуют тщательной предварительной проработки с целью достижения оптимальных параметров.

Автоматизированные системы управления обычно охватывают определённое количество аппаратуры и выполняют следующие функции:

• управление коммутационной аппаратурой;
• управление и защита питания системы управления;
• обнаружение повреждений (связанное или не связанное с коммутационной аппаратурой);
• телеуправление аппаратурой (система передачи данных);
• управление электрическими параметрами силовых кабелей и подстанций (приборы записи повреждений).

Подобное оборудование сейчас выпускается многими производителями. Но поставщикам электроэнергии, как правило, нужны современные технические решения, а не просто набор оборудования, которое ещё необходимо соединять между собой и тестировать. Поэтому всё больший интерес сейчас вызывают многофункциональные блоки, когда все необходимые функции объединены в одном изделии.

Николя Позен

Предохранитель – лучший способ защиты О преимуществах плавких предохранителей как средства эффективной и надежной защиты цепей питания переменного и постоянного тока рассказал на семинаре Николя Позен, представитель компании Ferraz Shawmut.

Предохранитель защищает людей и оборудование от возможного повреждения некоторых его компонентов благодаря своей способности прерывать ток короткого замыкания максимум за несколько миллисекунд. Испытания и расчеты показывают, что энергия электрической дуги значительно уменьшается во время ограничения предохранителем пикового значения тока. Предохранитель имеет множество преимуществ над автоматическими выключателями. Можно выделить такие, как: очень высокая скорость реагирования, высокая отключающая способность, повышение безопасности персонала (т.к. это наилучший ограничитель тока), повышение качества электропитания, экономичность.

Короткое замыкание часто происходит вследствие серьезной неисправности системы электропитания, такой, как разрыв изоляции, падение металлического предмета на шины или неисправность полупроводника. В результате возникает аварийный ток, значение которого иногда в 20 раз больше по сравнению с номинальным значением тока установки. Термический эффект настолько стремителен, что повреждения установки совершаются за несколько миллисекунд. В этом случае защита должна ограничивать энергию, связанную с повреждением.

Контакты разъединителей, контакторов и реле обратного тока могут спаяться, если аварийный ток, проходящий по поврежденной цепи, не будет ограничен достаточно низкой величиной. Если произойдет плавка некоторых проводников и некоторых частей составляющих, дуга может вызвать пожар и создать ситуацию, опасную для персонала. Электроустановка может даже быть полностью разрушена.

В этом случае наиболее надежную защиту обеспечивают предохранители. Николя Позен отметил наиболее важные преимущества предохранителей.

Во-первых, предохранитель является наилучшим решением с точки зрения безопасности, т.к.:

• металлические элементы внутри предохранителя плавятся непосредственно под действием аварийного тока без участия какого-либо промежуточного механизма, детектора и т.д. Процесс гашения дуги полностью закрыт, что препятствует выходу ионизированных газов;
• скорость и весьма высокая способность отключения обеспечивают наилучшие коэффициенты защиты от повреждения оборудования и телесных повреждений.

Во-вторых, предохранитель способен отключать ток наибольшей величины – до 300 000 А.

В-третьих, предохранитель не требует технического обслуживания, а после отключения аварийного тока просто и быстро заменяется на новый.

Интеллект на опоре ВЛ

Также Николя Позен презентовал новую разработку компании Ferraz Shawmut – интеллектуальный индикатор аварийного тока (ICD), устанавливаемый на опорах воздушных линий.

Он использует современные детекторные технологии и предназначен, скорее, для обнаружения места аварии, чем для контроля уровня тока. Интеллектуальные индикаторы способствуют улучшению качества обслуживания линии в распределительных сетях, очень быстро предоставляя информацию о месте аварии.

Это позволяет своевременно начать ремонтные работы, сократить время простоя линии и трудозатраты примерно на 75%, что составляет существенную экономию для поставщиков электроэнергии.

В целях автоматизации электроснабжения, в совокупности с дистанционным управлением интеллектуальные индикаторы являются хорошей альтернативой автоматическим выключателям и устройствам повторного включения. Они позволяют избежать повторного включения аварийной линии, так же как и отключения неповрежденной линии, и могут использоваться во всех сетях, независимо от режима заземления нейтрали.

Марк Вантуа

Проект в автоматическом режиме Г-н Марк Вантуа, директор по экспорту компании GC Software, представил программное обеспечение Jove, предназначенное для разработки и механического расчета воздушных магистральных и распределительных линий электропередачи.

Программа состоит из двух модулей. Первый основной модуль предназначен для проектирования распределительных линий и имеет модуль-приложение, позволяющий подготовить чертежи распределительной сети низкого напряжения. Второй основной модуль, предназначенный для проектирования магистральных линий, дополняется модулем для расчета структуры опор.

Используя это программное обеспечение, проектировщики получают возможность на основании необработанной информации о топографии проектируемой линии, а также об оборудовании для ее создания сделать правильный выбор как положения опор, так и используемого оборудования.

Кроме того, программа позволяет подготовить все сопроводительные документы с полным расчетом требований, результатами геометрических сверок и детальными сметами всех затрат, а также чертежи и необходимую документацию для строительных организаций, которые будут выполнять работы.

Получив результаты работы программы, инженер-проектировщик всегда может внести свои коррективы и модификации, улучшив тем самым схему проектируемой линии.

Александр Эдельштейн

Не просто счетчик, а измерительная система Менеджер по маркетингу и продажам компании Actaris Александр Эдельштейн рассказал о современных приборах учета и автоматизированных системах дистанционного сбора данных измерений, контроля и управления энергопотреблением в условиях оптового рынка электроэнергии.

Значительные изменения условий работы энергокомпаний на рынке электроэнергии привели к появлению новых требований к традиционным широко применяемым приборам систем учета. Сегодня клиента уже не устраивают чисто количественные показатели о потребленной энергии и счетах к оплате. Его также интересует и качественные параметры.

Данные о качестве энергии являются очень важными, т.к. требования потребителей к поставщикам становятся более строгими: отсутствие перерывов энергоснабжения, колебаний напряжения, стабильная частота сети. Потребители хотят иметь полную информацию об условиях энергоснабжения, начиная с данных о дате, времени и длительности перерыва в подаче энергии до сведений о гармонических составляющих.

Счётчики электроэнергии последних разработок являются интеллектуальными электронными многофункциональными измерительными приборами высокого класса точности. Фактически они представляют собой комплексную измерительную систему с широким набором функций, которая управляется посредством несложного в применении прикладного программного обеспечения. Причем некоторые счетчики позволяют обновлять встроенное ПО прибора и расширять его функциональные возможности в эксплуатационных условиях. Реконфигурация памяти счетчика обеспечивает наиболее полное использование именно тех функций прибора, которые критичны для потребителя. Такие счетчики готовы к любым изменениям на рынке электроэнергии и способны соответствовать повышенным требованиям как энергокомпаний, так и потребителей.

Современные счетчики:

• имеют несколько каналов графиков нагрузки, которые предназначены для записи данных любых регистров счетчика, в т.ч. содержащих информацию, введенную в прибор по импульсным вводам;
• обладают функцией т.н. «суммирования» и соответствующими регистрами, в которых хранятся результаты арифметического (с учетом знака) суммирования данных измерений энергий, выполненных самим счетчиком, с расчетными величинами и значениями энергий, полученных по импульсным вводам от внешних счетчиков;
• контролируют качество напряжения: прибор отслеживает (пофазно) повышения/понижения, небаланс и исчезновения напряжения. В памяти счетчика постоянно хранится набор данных, характеризующих несколько недавних событий: длительность, минимальные/максимальные значения, дата и время события;
• контролируют качество электроэнергии: счетчик выполняет пофазные измерения и расчет гармонических составляющих для тока и напряжения. В памяти прибора хранятся данные о амплитудах и фазовых углах гармоник;
• имеют не менее трех независимых коммуникационных портов и поддерживают несколько коммуникационных протоколов;
• имеют множество цифровых и импульсных вводов и выводов и могут использоваться для коммуникации с другими счетчиками. Такие счетчики обеспечивают возможность расширения их функциональных возможностей за счет подключения к ним приборов других производителей;

Кроме перечисленного, счетчики самых последних разработок имеют так называемую «систему компенсации потерь» (СКП) энергии в трансформаторах, ЛЭП, шинах и других элементах и оборудовании электросети. Для трансформаторов СКП обычно учитывает потери в стали, в обмотках и токи утечки на землю. Для ЛЭП в расчет принимаются потери в активных и реактивных элементах линии и емкостные потери зарядного тока. Потери в других элементах сети учитываются путем вычитания активной и реактивной составляющих нагрузки этих элементов. Кроме того, СКП счетчика обычно дополняется функцией коррекции погрешностей измерительных ТТ и ТН.