Пункт секционирования с функцией АВР для электрических сетей 0,4 кВ: схемы и варианты установки

По разным регионам средняя протяжённость линий 0,4 кВ до наиболее удалённой точки может различаться и составлять от 0,6 километров [4] до 1 км. По регионам ЦФО РФ среднее значение составляет 0,79 километров [5]. Это выше рекомендованных ПУЭ требования в 0,5 километра [6].

Конфигурация сетей 0,4 кВ как правило радиальная [7, 8]. Во многом это связано с недостаточно решёнными вопросами секционирования и резервирования таких сетей, отсутствием на рынке пунктов секционирования и резервирования для них и следовательно – трудностями построения кольцевых сетей 0,4 кВ.

Поэтому для повышения надежности электроснабжения сельских потребителей предлагаться применять секционирующие пункты (СП) в ЛЭП 0,4 кВ, что позволит повысить чувствительность защиты ЛЭП от аварийных режимов и повысит надёжность электроснабжения сельских потребителей, подключенных на участке ЛЭП до СП, а в случае совместного использования СП и средств автоматического включения резерва (АВР) – то и потребителей, подключенных на участке ЛЭП после СП [9].

На рынке представлено ряд устройств, предназначенных для секционирования и резервирования воздушных ЛЭП среднего класса напряжения, такие как «Реклоузер» TEL [10], вакуумный «Реклоузер» 3AD [11] и подобные им устройства. Однако, они не применимы в сетях 0,4 кВ.

На базе кафедры «Электроснабжение» Орловского ГАУ разработан, а филиалом ЗАО «ГК «Таврида Электрик» - Орловский ЭТЗ» изготовлен СП 0,38 кВ, два образца которого успешно эксплуатируются в Филиале ПАО «Россети Центр»-«Орёлэнерго» с 2016 года [9]. Основными достоинствами этого устройства являются: простота конструкции, удобство обслуживания при одновременной защите от доступа посторонних лиц, невысокая материалоемкость и себестоимость. Однако данные устройство также имеет ряд недостатков, таких как: отсутствие оснащения каналами связи для передачи информации и возможности дистанционного управления, отсутствие возможности интеграции в систему диспетчерского управления и взаимодействия с другими устройствами автоматики, относительно большие габаритные размеры, что усложняет его установку на опору ЛЭП.

Так же имеются решения и по автоматизированным устройствам секционирования с несколькими контактными группами. Это мультиконтактные коммутационные системы (МКС) [2]. Применение МКС позволяет избежать указанных выше недостатков СП, однако устройства МКС устанавливаются в точках разветвлений ЛЭП, что не всегда необходимо и оправдано.

Поэтому усовершенствование СП путем добавления в него функций АВР рационально. Такое устройство, СП с функцией АВР сокращённо обозначим СПАВР. Основные решения по нему приведены в [12] и ряде других работ, где рассмотрены вопросы применения таких устройств, методики выбора мест их установки.

Материалы и методы. Выполнен литературный обзор, разработана структурная схема СПАВР, позволяющая выявить основные алгоритмы работы устройства и функции его элементов. Предложено использование микроконтроллерного блока управления устройством и рассмотрены его функции. Разработана принципиальная электрическая схема СПАВР и предложены варианты размещения устройства на опорах ЛЭП.

Результаты и обсуждение.

На рисунке 1 показана структурная схема СПАВР.

Рисунок 1 – Структурная схема СПАВР

Схема работает следующим образом. Подача напряжения на силовую цепь пункта секционирования осуществляется с помощью вводного коммутационного элемента ручного управления (ВКЭРУ 1), установленного в силовой цепи. При этом питание подаётся на блок местного управления пунктом секционирования (БМУПС 7), в результате чего им автоматически подаётся команда на блок управления вакуумным коммутационным элементом дистанционного управления (БУВКЭДУ 4) на включение вакуумного коммутационного элемента дистанционного управления (ВКЭДУ 2). ВКЭДУ 2 включается и подаёт питание на силовую цепь за ним. При включении выводного коммутационного элемента ручного управления (ВыКЭРУ 3) напряжение будет подано на силовую цепь за пунктом секционирования [13].

При местном управлении пунктом секционирования команда на его отключение подаётся с помощью БМУПС 7. При этом команда отключения пункта секционирования подаётся от БМУПС 7 на БУВКЭДУ 4, который, в свою очередь, отключает ВКЭДУ 2 за счёт прекращения подачи питания на катушку ВКЭДУ. При этом в цепи за ВКЭДУ 2 исчезает напряжение. Также отключение пункта секционирования можно осуществить с помощью команд, поданных на БУВКЭДУ 4 от блока дистанционного управления пунктом секционирования по силовой сети (БДУПСпоСС 5) или блока дистанционного управления пунктом секционирования по каналам связи (БДУПСпоКС 6). С помощью данных блоков можно осуществить и дистанционное включение пункта секционирования. БДУПСпоСС 5 получает команды на включение или отключение пункта секционирования с помощью кодированного сигнала, передаваемого по силовой сети с применением существующих технологий передачи сигналов по ней или с помощью кодированной последовательности включения и отключения напряжения в ней. БДУПСпоКС 6 получает команды на включение или отключение пункта секционирования с помощью сигнала, получаемого через канал связи, например GPS, GPRS, Глонасс, радио или другой канал. При возникновении в силовой цепи за пунктом секционирования, или внутри него после ВКЭДУ 2, тока перегрузки или тока короткого замыкания, то блок контроля тока (БКТ 8) подаст сигнал на БУВКЭДУ 4 на отключение ВКЭДУ 2. В этом случае, если в логике работы БУВКЭДУ 4 заложен алгоритм осуществления автоматического повторного включения (АПВ) ВКЭДУ 2, то после выдержки времени будет осуществлено АПВ ВКЭДУ 2 и если оно будет неуспешным, то есть в силовой сети за пунктом секционирования, или внутри него после ВКЭДУ 2, повторно появится ток перегрузки или ток короткого замыкания, то БКТ 8 повторно подаст сигнал на БУВКЭДУ 4 на отключение ВКЭДУ 2, при этом будет заблокирована возможность дистанционного включения пункта секционирования до устранения повреждений в силовой цепи за ВКЭДУ 2. Также при этом будет отправлено сообщение о повреждении за ВКЭДУ 2. Если АПВ будет успешным, то пункт секционирования продолжит работу в нормальном режиме. Положение коммутационных элементов пункта секционирования контролируется с помощью блока контроля положения коммутационных элементов (БКПКЭ 10), который при изменении положения коммутационных элементов ВКЭДУ 2, ВКЭРУ 1, ВыКЭРУ 3 передаёт соответствующие данные в блок передачи данных (БПД 9). Блок учёта потребления электроэнергии и контроля качества электрической энергии (БУПЭиККЭ 11) осуществляет учёт электроэнергии, переданный через пункт секционирования, а также контролирует показатели качества электрической энергии в точке установки пункта секционирования. Данные о потреблении электроэнергии и о качестве электрической энергии передаются в блок передачи данных и через него диспетчеру энергокомпании или компании, на чьём балансе находится оборудование пункта секционирования. Блок контроля количества и продолжительности отключений напряжения (БККиПОН 12) контролирует напряжение до и после пункта секционирования и ток в данных точках. При исчезновении напряжения до или после пункта секционирования начинается отсчёт времени отсутствия напряжения в соответствующей точке, а также передаётся информация в БПД 9 об отключении напряжения в ней. Контроль тока с помощью БККиПОН 12 позволяет определять наличие повреждений в пункте секционирования или за ним и передавать эту информацию в БПД 9 [13].

Для реализации функции АВР в и СПАВР 0,4 кВ потребовалось разработать оригинальные способы совершенствования секционирования и резервирования ЛЭП 0,4 кВ которые позволяют осуществлять отключение АВР при восстановлении нормального режима работы сети (патент РФ № 2687053) осуществлять запрет автоматического включения резерва на короткое замыкание на резервируемом участке линии электропередачи (патент РФ № 2687052). Предложен способ отключения АВР при восстановлении нормального режима работы сети, который позволяет повысить скорость переключений за счет контроля направления потока мощности, протекающей через коммутационный аппарат АВР, делая вывод, что если поток мощности направлен от резервирующего к резервируемому участку, то коммутационный аппарат АВР оставляют включенным, если поток мощности изменяет направление и мощность течёт от резервируемого участка к резервирующему, то питание сети от основного источника восстановлено и в этом случае выполняют отключение коммутационного аппарата АВР (патент № 2687053). Также разработан способ запрета автоматического включения резерва на короткое замыкание на резервируемом участке линии электропередачи (патент № 2687052), который позволяет предотвратить развитие аварийной ситуации и избежать сокращения ресурса работы оборудования ЛЭП, связанного с включ ением АВР на короткое замыкание за счет контроля тока и напряжения на 36                  Агротехника и энергообеспечение. – 2024. – № 3 (44)

резервируемом участке в точке установки СП и положения коммутационного аппарата СП, фиксирования факта появления тока КЗ в одной, двух, или трех фазах, фиксирования отключения коммутационного аппарата СП и исчезновения всех трех фазных напряжений на резервируемом участке и в случае, если зафиксировано сочетание данных фактов, подачи с помощью канала связи сигнал запрета включения выключателя АВР.

Наиболее эффективно выполнить СПАВР возможно с помощью разработки и установки в СП микроконтроллерного блока управления данным устройством. В микроконтроллерный блок управления (далее МБУСП-1) необходимо вложить программу, позволяющую выполнять необходимые СПАВР 0,4 кВ функции, реализуемые на схеме (рисунок 1) блоками БМУСП, БДУПСпоСС, БДУПСпоКС, БУПЭиККЭ [14].

В частности, МБУСП-1, должен обладать следующими функциями и решать следующие задачи: обеспечивать канал для постоянной двухсторонней связи между СПАВР 0,4 кВ и диспетчером сети; вести постоянный контроль напряжения и тока как до, так и после секционирующего пункта на всех трех фазах ЛЭП 0,4 кВ; управлять вакуумным контактором для автоматизированной и дистанционной коммутации силовых цепей СПАВР 0,4 кВ; осуществлять автоматически и дистанционно ввод или запрет ввода резерва на аварийный участок ЛЭП 0,4 кВ; осуществлять автоматически и дистанционно управление функцией АПВ; обеспечить реализацию новых способов секционирования и резервирования ЛЭП 0,4 кВ; информировать диспетчера о любых изменениях в параметрах сети (изменение тока и напряжения, положения вакуумного контактора и средств АВР и АПВ), в режиме реального времени; повысить электробезопасность при обслуживании средств секционирования и резервирования ЛЭП 0,4 кВ; иметь интуитивно понятный интерфейс и вывод всей необходимой информации на дисплей для обслуживающего персонала.

Применение МБУСП-1 требует разработки принципиальной электрической схемы СПАВР (рисунок 2).

Схема включает в себя следующее электрооборудование. Выключатели нагрузки QS1-QS2 необходимы для ручной коммутации до и после вакуумного контактора КМ1. Сигнальные лампы HL1-HL6 указывают на наличие напряжения до СПАВР 0,4 кВ и после. Сигнальная лампа HL7 осуществляет функции контроля наличия питания в цепи управления вакуумного контактора КМ1. Кнопка SB1 осуществляет ручное включение контактора КМ1, кнопка SB2 – осуществляет ручное отключение КМ1, переключателем SA1 осуществляется выбор режима управления КМ1 «Ручное», «Дистанционное» В режиме управления «Дистанционное» СПАВР 0,4 кВ управляется микропроцессорным блоком МБУСП-1. Контактор вакуумный КМ1 обеспечивает коммутацию силовой цепи в различных режимах работы и способен отключать токи коротких замыканий. Для обеспечения технического учета электрической энергии в СПАВР уставлен счетчик электрической энергии - KWh.

От источника

Магистраль

Рисунок 2 – Принципиальная электрическая схема СПАВР 0,4 кВ

Конструкция СПАВР должна быть предназначена для наружной установки и обеспечивать надежную работу при различных климатических условиях. Основным местом размещения СПАВР 0,4 кВ являются опоры воздушных ЛЭП, высота установки предполагается 1,6 м. Помимо этого, конструкция должна защищать обслуживающий персонал от токоведущих элементов, а также обеспечивать свободную установку всех электронных компонентов и легкий доступ к ним в случае возникновения необходимости ремонта и отладки устройства. Варианты размещения устройства представлены на рисунке 3.

a)-вариант размещения для ЛЭП выполненной изолированным проводом СИП-2, СИП-2А; б)-вариант размещения для ЛЭП выполненной голым проводом марки А, АС;

Рисунок 3 - Вариант размещения СПАВР 0,4 кВ на опоре ЛЭП 0,4кВ

Устанавливаемый в линии СПАВР 0,4 кВ позволит повысить защищённость ЛЭП от аварийных режимов, в том числе удалённых однофазных коротких замыканий. При установке СПАВР кольцевых линиях, оснащённых также СП, он может примениться для резервирования питания потребителей резервируемых участков линий. Это повысит надёжность электроснабжения потребителей.