Повышение надежности электроснабжения поселка Корсунь посредством применения мультиконтактных коммутационных систем

Актуальность работы. Развитие электрических сетей в России началось в конце 19-го века. Быстрый рост их наблюдался с принятия плана ГОЭЛРО в 1920 году. В 50-60 годах прошедшего века произошла массовая электрификация сельского хозяйства, которая позволила централизовать всю энергетическую отрасль. Но за годы эксплуатации были выявлены недостатки, связанные с расположением сельскохозяйственных предприятий, населенных пунктов, изменений, как в энергетических, так и в сельскохозяйственных технологиях.

Обеспечение бесперебойного электроснабжения населения – одно из главных и перспективных направлений энергетики в настоящее время, потому что только оно позволяет обеспечивать нормальное функционирование всей инфраструктуры.

Самые значительные проблемы с электроснабжением наблюдаются в сельской местности: в ней распределительные сети 0.4 и 10 кВ распределены по большой площади, что приводит к усложнению осмотра и ремонта линий. К тому же оборудование сетей и методы электроснабжения сельского населения устарели. Всё это приводит к множеству неполадок и их несвоевременному устранению, а, следовательно: к большим перебоям в электроснабжении. А так как, в сельской местности находится довольно много потребителей, которые относятся ко второй категории надежности электроснабжения, такие перебои недопустимы.

Применение мультиконтактных коммутационных систем (МКС) позволит решить проблему повышения надежности электроснабжения потребителей за счет независимого управления силовыми контактами, позволяющими реализовывать в данном устройстве функции автоматического повторного включения (АПВ), автоматического включения резерва (АВР) [1]. К тому же это устройство позволяет производить автоматическое секционирование сети, т.е. разделение линии на несколько участков, осуществляющееся с помощью коммутационных аппаратов, которые работают автоматически. АВР – это устройство сетевого автоматического ввода резерва, но его использование не рационально без одновременного применения с ним секционирования [2]; а мультиконтактные коммутационные системы позволяют осуществлять обе эти функции.

Цель работы. Усовершенствование системы электроснабжения поселка Корсунь посредством применения мультиконтактных коммутационных систем, обеспечивающих повышение надежности электроснабжения потребителей.

Задачи работы:

• •    проанализировать действующую систему электроснабжения села Корсунь, Верховского района, Орловской области;

• •    усовершенствовать систему электроснабжения села Корсунь посредством применения в ней мультиконтактных коммутационных систем, позволяющих повысить интеллектуальность электрических распределительных сетей.

Практическая значимость работы. Использование МКС совместно с другими коммутационными аппаратами при наличии устройств контроля, учета, мониторинга и управления в системе электроснабжения поселка Корсунь позволит повысить надежность электроснабжения потребителей за счет секционирования и резервирования ЛЭП напряжением 0.38 кВ. При правильном применении секционирующих устройств и АВР можно уменьшить перерывы в электроснабжении потребителей, повысить качество поставляемой потребителям электроэнергии, уменьшить ущерб от неодотпуска электроэнергии, снизить финансовые потери энерго-и электросетевых компаний, повысить надежность систем электроснабжения сельских потребителей.

Система электроснабжения представлена следующими потребителями: 1-110 – одноквартирные жилые дома, 111 – котельная, 112 – школа, 113 – столовая, 114 – сельсовет, 115 – администрация, 116, 119 – магазины, 117 – ФАП, 118 – почта, 120 – церковь, 121 – зернохранилище, 122, 130 - коровники, 123 – КЗС, 124 – токарная мастерская, 125 – крупорушка, 126 – токарная мастерская, 127-129 – водонапорная башня, 131 – телевышка (рис. 1). Согласно ПУЭ, потребители 111, 112, 122, 130 относятся ко второй категории надежности, а остальные соответственно к третьей [3].

По данным Верховского РЭС 60% оборудования системы электроснабжения было установлено в 80-х годах прошло века. В связи с износом оборудования происходят различного рода аварии: обрывы проводов, падение устаревших деревянных опор, аварии на трансформаторных подстанциях (ТП), – это все зачастую приводит к отключениям электроэнергии. Система электроснабжения поселка значительно устарела, поэтому необходимо ее реконструкция, проявляющаяся в следующих аспектах: замена проводов в ЛЭП напряжением 0.38 кВ на СИП и деревянных опор на железобетонные, замена трансформаторных подстанций. К тому же для повышения надежности электроснабжения в селе Корсунь будут применяться мультиконтактные коммутационные системы, обеспечивающие функции автоматического секционирования и резервирования ЛЭП 0.38, АВР, АПВ, концепция применения которых подробно изложена в источниках [4, 5].

Рисунок 1 – План села Корсунь с действующей системой электроснабжения

На рисунке 2 представлена реконструированная система электроснабжения села Корсунь. Новое месторасположение ТП обусловлено их нахождением в центре «тяжести» электрических нагрузок. Линии электропередач (ЛЭП), производящие электроснабжения потребителей, относящихся ко второй категории надежности, и третьей категории с наибольшими нагрузками спроектированы по кольцевой схеме с применением устройств секционирования и резервирования, работа которых подробно описана в [6, 7].

Предложенная система электроснабжения решает проблему повышения надежности электроснабжения, так как содержит средства секционирования и резервирования. Применение АВР и СП при аварийных режимах в сети на одном из участков ЛЭП позволяет продолжать электроснабжение потребителей, подключенных к другому участку, в расчете на изолирование поврежденного элемента сети [8].

Добиться большего повышения надежности электроснабжения данного населенного пункта можно с помощью применения в сетях 0.38 кВ мультиконтактных коммутационных систем, которые позволяют повысить интеллектуальность распределительной сети. Концепция их применения подробно изложена в [4, 5].

Работа МКС отслеживается системами учёта и контроля. Каждый аппарат имеет функцию дистанционного управления, которое осуществляется с помощью связи устройств с блоками обработки информации и управления (БОИиУ). Причем каналы связи можно выбрать различные: радиочастоты, PLC- модемы JPS, JPRS, и т.д.

Рисунок 2 – Реконструированная система электроснабжения села Корсунь

Микропроцессорные (или микроконтроллерные) блоки управления мультиконтактных коммутационных систем обязаны иметь алгоритмы работы при отсутствии связи. Эти алгоритмы могут быть построены на использовании анализа признаков режимов работы сети, подробно рассмотренных, например, в [6].

К тому же можно все трансформаторные подстанции оборудовать следующими системами контроля, автоматики и управления:

• -    системы определения мест повреждений в ЛЭП и ТП – комплект устройств определения места повреждения (ОМП);

• -    системы регулирования параметров качества электроэнергии (в том числе устройства автоматического регулирования напряжения, возможно таких, как в источнике [9])  – комплект устройств регулирования параметров качества

электроэнергии (РПКЭ);

• -    системы автоматизации подстанции (перераспределение нагрузки по шинам, комплекты РЗиА, АПВ, АВР, АЧР, и т.п.) – БАП (блок автоматизации подстанции);

• -    системы, которые будут обеспечивать безопасность на подстанции – ББП (блок безопасности подстанции);

• -    системы автоматического регулирования (компенсации) реактивной мощности – КРМ;

• -    системы умного учёта электроэнергии – комплект устройств умного учета (КУУ);

• -    другие системы по мере их разработки.

Информация со всех указанных и перспективных систем должна передаваться в БОИиУ, а дальше в единый центр управления (ЕЦУ) (им может быть диспетчерская сетевой организации).

Вводы потребителей села Корсунь можно также оборудовать системой КУУ. Это, соответственно, позволит определять значения потерь электрической энергии, времени перерывов в электроснабжении, выявления несанкционированных подключений и т.п. Также система КУУ потребителей нужна для осуществления корректировки стоимости электроэнергии в зависимости от её качества, количества и продолжительности перерывов в электроснабжении [10,  11,  12,  13]. Учитывая концепцию интеллектуальных сетей с применением МКС [4, 5] ЛЭП можно оборудовать системами дистанционного мониторинга технического состояния (наклон опор, состояние изоляции, зарастание и т.п.), которые будут передавать данные о состоянии элементов ЛЭП в БОИиУ и ЕЦУ.

На рисунке 3 представлена система электроснабжения, отображающая местоположения, в которых планируется установить мультиконтактную коммутационную систему с 4-мя выводами и две мультиконтактные коммутационные системы с 3-мя выводами. С помощью данных видов МКС можно производить электроснабжение потребителей второй категории надежности, которых в поселке 4: 122, 130 – коровники, 111 – котельная, 112 – школа.

Рисунок 3 – Система электроснабжения села Корсунь с применением МКС

Подробное изображениемультиконтактной коммутационной системы с 4-мя выводами (МКС-4) представлено на рисунке 4.

Рисунок 4 – Мультиконтактная ситема МКС-4 с обозначением контактных групп и выводов

Данный вид МКС имеет 4 группы выводов и 4 группы контактов, включенное/ отключенное состояние которых можно представить в виде двоичного кода: 1 – контактная группа замкнута, 0 – контактная группа разомкнута. Каждому варианту соединений контактов присваивается буквенный код. В таблице 1 приведены варианты кодирования состояния контактных групп устройства МКС-4.

Таблица 1 – Состояние контактных групп и их кодировка

Код ситуации	№ контакта				Примечание (соединение выводов)
	1	2	3	4
А	0	0	0	0	Нет
В	1	0	0	0	Нет
С	0	1	0	0	Нет
Д	0	0	1	0	Нет
Е	0	0	0	1	Нет
F	1	1	0	0	В1-В2
G	1	0	1	0	В1-В3
H	0	1	0	1	В2-В4
I	0	0	1	1	В3-В4
J	1	1	1	0	В1-В2-В3
К	1	1	0	1	В4-В1-В2
L	1	0	1	1	В1-В4-В3
М	0	1	1	1	В2-В3-В4
N	1	1	1	1	В1-В2-В3-В4
O	0	1	1	0	B2-B3

Изображение мультиконтактной коммутационной системы с 3-мя выводами представлено на рисунке 5.

Рисунок 5 – Мультиконтактная ситема МКС-3 с обозначением контактных групп и выводов

Данная МКС оборудована тремя группами выводов и тремя группами контактов. Аналогично, как и для МКС-4 положение контактов можно представить с помощью двоичного кода. Варианты их соединения представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Состояние контактных групп МКС-3 и их кодировка

Код	№ контакта			Примечание (соединение выводов)
ситуации	1	2	3
А	0	0	0	Нет
В	1	0	0	Нет
С	0	1	0	Нет
Д	0	0	1	Нет
Е	1	1	0	В1-В2
F	1	0	1	В1-В3
G	0	1	1	В2-В3
H	1	1	1	В1-В2-В3

Таким образом, в результате переключения контактных групп коммутационных устройств МКС, можно производить ряд переключений в сети, которые позволят изменить конфигурацию питающей сети, изолировать поврежденный участок системы и продолжить электроснабжение потребителей. Но стоит отметить что, для конкретных видов МКС нужно производить соответствующие расчеты, чтобы определить точное место их установки в реальной сети.

К тому же МКС стоит применять для электроснабжения потребителей более высокой категории надежности и использовать в тех местах электрической сети, где они реально могут быть нужны. То есть нужно производить определенные капитальные расчеты на реализацию данных устройств в ЛЭП 0.38 кВ.

Капитальные вложения на внедрение мультиконтактной коммутационной системы (МКС) в ЛЭП 0,38 Кв будут складываться из стоимости МКС, затрат на ее доставку, установку, затрат на дополнительные комплектующие линии электропередачи (ЛЭП) (зажимы, арматура, крепеж).

Капитальные вложения (К) определяются по формуле [14]:

К=Ц+М+Т,                              (1)

где

Ц - стоимость комплектующих изделий, руб;

М - затраты на монтаж установки, руб. (15.. .25 % от Ц);

Т - транспортные расходы, руб. (составляют 10...15 % от Ц).

В дальнейшем нужно будет произвести расчет эксплуатационных издержек при реализации мультиконтактных коммутационных систем в электрической сети 0.38 кВ, а также определить годовой экономический эффект от реализации МКС и срок окупаемости данных средств.

Если произвести все вышеперечисленные модификации системы электроснабжения села Корсунь, то при аварийной ситуации на каком-либо участке ЛЭП, на основе полученных данных от систем контроля, управления, мониторинга и учёта осуществляется автоматическое управление коммутационными аппаратами в сети: конфигурация сети изменяется c помощью переключений контактов МКС, СП, СПАВР, АВР таким образом, чтобы изолировать повреждённый участок и обеспечить питание потребителей по резервным участкам.

Выводы. По итогам проделанного исследования можно сделать следующие выводы:

• 1.    Существующая система электроснабжения села Корсунь, Верховского

• 2.    Применение коммутационных устройств МКС-3 и МКС-4 в системах

• 3.    МКС необходимо устанавливать только для питания потребителей

района, Орловской области значительно устарела, необходимо произвести ее реконструкцию, объем которой составит 65% от существующей электрической сети.

электроснабжения села Корсунь даст возможность значительно повысить автоматизацию электрических сетей, надёжность электроснабжения потребителей в расчете управление конфигурацией электрической сети.

высокой категории надежности. Это связано с немалой стоимостью их внедрения в сеть.