Сокращение времени переключения на резервное электроснабжение в сельских распределительных сетях 6-10 кВ

В статье рассмотрена возможность сокращения времени перевода потребителей на резервное питание в сельских распределительных сетях 6-10 кВ. Представлен алгоритм сокращения времени, на основе которого могут быть созданы средства для реализации способа сокращения времени переключения на резервное электроснабжение.

Основная задача сетевого автоматического включения резерва ( АВР ) заключается в обеспечении резервным электроснабжением потребителей при выходе из строя их основного источника питания . Как правило , АВР применяется в электрических распределительных сетях для повышения надежности электроснабжения ответственных потребителей , когда нарушение их технологического процесса приводит к значительному народнохозяйственному ущербу . Для этих потребителей , как известно , важен не только факт их перевода на резервное питание , но и уменьшение длительности перерывов в электроснабжении . Это обстоятельство предполагает сокращение времени и при переключении потребителей на резервный источник питания .

К сожалению , традиционные способы сетевых АВР имеют значительные выдержки времени , и возможности их уменьшения не достаточно исследованы .

На рисунок 1 представлена кольцевая линия электропередачи с двумя источниками питания ( условно ИП 1 и ИП 2). Эта линия состоит из двух радиальных линий W1 и W2, объединенных сетевым АВР . Линия W1 подключена к источнику питания ИП 1 через выключатель ввода Q В 1, а линия W2 – к источнику ИП 2 через выключатель его ввода Q В 2. Выключатели отходящих линий Q1 и Q5 – головные выключатели линий W1 и W2. Секционирующие выключатели Q2 и Q4 и пункт АВР с выключателем Q3. Все выключатели имеют токовые защиты , настроенные селективно . На выключателях Q В 1, Q В 2, Q2 и Q4 установлены устройства однократного автоматического повторного включения ( АПВ ), а на выключателях Q1 и Q5 – АПВ двукратного действия . Так же будем иметь в виду , что выключатели Q1, Q2, Q4, Q5 могут быть оборудованы делительной автоматикой ( ДА ) минимального напряжения .

Как известно , выдержки времени сетевого АВР при осуществлении их по варианту , когда при коротком замыкании ( КЗ ) в точке К 1 ( рис . 1) Q2 отключается после включения Q3, определяются выражением :

t АВР - ( t З ⁺ Т АПВ1 ⁺ t З ⁺ Т АПВ2 ) ⁺ t ЗАП , ⁽¹⁾ где t _З - время действия защиты, отключающей КЗ (выключателя Q1 при КЗ в точке К1, рис. 1); Т _{АПВ 1}, Т _{АПВ 2} - время первого и второго циклов АПВ выключателя, отключающего КЗ (для примера выключателя Q1); t ¹ _З -время действия защиты, ускоряемой после первой безтоковой паузы АПВ; t _ЗАП - запас по времени, равный 2,5…3,5 с., в зависимости от типа используемых выключателей и реле времени.

Выражение (1) так же справедливо и при КЗ на шинах Ш 1 первого источника питания или в точке К 5

в самом начале отходящей линии W3, когда происходит отключение выключателя ввода Q В 1.

При этом выдержка времени АВР при исчезновении напряжения должна быть больше значений с учётом выражения (1), чем время действия защиты АПВ выключателя Q В 1 или выключателя Q1.

Примем для определённости , что выключатель Q В 1 имеет однократное , а выключатель Q1 – двукратное АПВ . Тогда в соответствии с выражением (1) выдержка времени АВР должна быть согласована со временем действия защиты и АПВ выключателя Q1. В этом случае , если КЗ появится в точке К 1, то произойдёт отключение выключателя и принятая выдержка АВР будет обоснована .

Однако если КЗ будет в точке К 5, то АВР могло бы произойти быстрее с учётом времени действия защиты и однократного АПВ выключателя ввода Q В 1. Принятая же выдержка времени АВР будет иметь необоснованно завышенное значение .

В том случае , если на секционирующем выключателе Q2 установлена ДА минимального напряжения , то выдержка АВР определится как :

t АВР ^- t ДА ⁺ ^ t , (2) где t _ДА - выдержка времени срабатывания ДА минимального напряжения; A t - время запаса.

В выражении (2) выдержка времени ДА минимального напряжения должна быть больше времени срабатывания автоматических устройств , отключающих КЗ , с учётом действия АПВ .

Рисунок 1 – Схема распределительной сети с сетевым АВР

В соответствии с рисунком 1, ДА должна отключить выключатель Q2 при исчезновении напряжения со стороны источника питания ИП 1 через установленное время . Исчезновение напряжения следует рассматривать в следующих случаях :

• 1.    При отключении выключателя Q1 в случае устойчивого КЗ в точке К 1;

• 2.    При отключении выключателя ввода Q В 1 в случае КЗ в точке К 1 и отказе защиты линейного выключателя Q1.

• 3.    При отключении выключателя ввода Q В 1 в случае КЗ на питающих шинах Ш 1 или в точке К 5.

Следует отметить , что выдержка времени ДА во втором и третьем случаях отличается от таковой первого случая . При этом могут быть справедливы соотношения :

t ДА 1 - t ДА2,3 ; t ДА1 = t ДА2,3 ; t ДА1 <  t ДА2,3 , (3)

где t _{ДА 1}, t _{ДА 2,3} - выдержка времени минимального напряжения, устанавливаемая в зависимости от рассматриваемых выше, соответственно, первого или второго и третьего случаев.

Справедливость выражений (3) зависит от соотношений выдержек времени защит и АПВ ( как однократных , так и двукратных ) для выключателей Q В 1 и Q1.

Чтобы учесть возможность появления указанных трёх случаев при правильном действии ДА , традиционные способы предполагают выбор её наибольшей выдержки времени в соотношениях (3).

К сожалению , такой подход не оправданно в некоторых случаях увеличивает выдержку времени ДА , а следовательно и АВР . Для пояснения этого предположим , что вводной выключатель Q В 1 имеет однократное , а линейный Q1 – двукратное АПВ . Тогда справедливо соотношение :

t ДА 1 >  t ДА 2,3 , (4)

которое говорит о том , что выдержка времени ДА должна устанавливаться с учётом первого случая , т . е . должна иметь большее значение ( t _{ДА 1} ).

Если при выбранном времени срабатывания ДА КЗ произойдёт в точке К 1 и отключится выключатель Q1, то неоправданного увеличения выдержки времени не будет . В том же случае , если КЗ появится в точке К 5, то с однократным АПВ отключится вводной выключатель Q В 1. Поскольку время действия его защиты и АПВ меньше , чем у выключателя Q1, то ДА могла бы раньше отключить выключатель Q2, а в итоге , и быстрее могло бы осуществляться АВР .

Таким образом , для повышения эффективности сетевого АВР необходимо иметь информацию о том , какой из выключателей в резервируемой линии отключил КЗ , чтобы автоматически изменять выдержку времени АВР в соответствии с каждым конкретным случаем и тогда она не будет иметь неоправданно завышенных значений .

Так , если бы в рассматриваемых примерах стало известно , что при КЗ сработал вводной выключатель Q В 1, а не линейный Q1 то можно было бы автоматически изменить выдержку времени АВР в меньшую сторону и значительно скорее перейти на резервное питание .

Технические возможности позволяют осуществить уменьшение времени переключения , современные наиболее быстродействующие вакуумные выключатели имеют время отключения порядка 0,025÷0,03 с , а время включения 0,04÷0,05 с [1]. Поэтому , существует необходимость разработки логических способов , сокращения времени перехода на резервный источник питания .

Для сокращения выдержки времени АВР , как уже было отмечено , необходимо иметь достоверную информацию о том , какой именно выключатель в линии отключился . При этом контроль необходимо выполнять на линии со стороны выключателя АВР . Информационным признаком в данном случае является изменение напряжения в контролируемой линии и время бестоковой паузы АПВ выключателей Q1, Q2 ( см . рис . 1). При этом о времени бестоковой паузы АПВ так же необходимо судить по изменению напряжения в линии . Контроль можно осуществлять по изменению как линейных напряжений в линии , так и по изменению напряжений обратной последовательности . На рисунке 2 приведено изменение линейных напряжений при КЗ в точках К 1 и К 2 и указано время , на которое возможно сокращение времени перевода на резервное питание .

а ) при срабатывании выключателя Q1 при КЗ в точке К 1 ( см . рис . 1) б ) при срабатывании выключателя Q2 при КЗ в точке К 2 ( см . рис . 1)

Рисунок 2 – Диаграммы изменения напряжения в контролируемой точке сети

Согласно диаграммам , t1-t2, t6-t7 – время нормальной работы ; t2-t3 – время срабатывания защиты выключателя Q1, Q2; t3-t4 – время выдержки АПВ выключателя Q1; t3-t4’ – время выдержки АПВ выключателя Q2; t4-t5, t4’-t5’ – время срабатывания с ускорением защиты Q1 и Q2, соответственно ; t5-t6, t5’-t6 – время ремонта ( восстановления ) нормального режима работы . Причем t3-t4 < t3-t4’.

Для того, чтобы иметь возможность в определенных случаях сокращать время выдержки АВР, был разработан способ уменьшения выдержки времени срабатывания сетевого АВР при двухфазном КЗ на одном из участков резервируемой линии [2]. При осуществлении данного способа контролируются линейные напряжения и напряжения обратной последовательности в резервируемой линии. При исчезновении одного из линейных напряжений и появлении напряжения обратной последовательности в резервируемой линии, делается вывод, что на одном из ее участков произошло двухфазное КЗ . После исчезновения всех линейных напряжений в резервируемой линии, начинают отсчет максимальной выдержки времени срабатывания сетевого АВР , с одновременным контролем повторного появления напряжения обратной последовательности в этой линии, обусловленным неуспешным АПВ на двухфазное КЗ одного из секционирующих выключателей, установленных в резервируемой линии. При появлении напряжения обратной последовательности в этой линии и последующем его исчезновении (если отсутствуют все линейные напряжения) делается вывод, что в результате неуспешного АПВ на двухфазное КЗ, произошедшее на одном из участков резервируемой линии, отключился один из секционирующих выключателей, установленных в резервируемой линии. В этом случае подают сигнал на срабатывание сетевого АВР , не дожидаясь окончания отсчета максимальной выдержки времени его срабатывания.

Таким образом , выполняется уменьшение выдержки времени срабатывания сетевого АВР при двухфазном КЗ на одном из участков резервируемой линии , что позволяет увеличить эффективность электроснабжения потребителей за счет сокращения времени перерывов в их снабжении электрической энергией .

Представленный на рисунке 3 алгоритм основывается на представленном выше способе сокращения времени переключения потребителей на резервный источник питания .

Начало алгоритма предусматривает наличие заложенных данных о номиналах линейных напряжений в отходящей линии , времени выдержки выключателя пункта сетевого АВР и минимальном пороговом значении напряжения обратной последовательности , при достижении которого делается вывод , что произошло КЗ .

Работа блока 3 ( рис . 3) обеспечивает контроль напряжения в отходящей линии , а работа блока 4 – контроль напряжения обратной последовательности . При выполнении условия заложенного в блоке 5, блоками 6 и 7 контролируется исчезновение всех линейных напряжений . При соблюдении условия заложенного в блоке 7 запускается счетчик времени и отсчитывается время , равное времени выдержки выключателя сетевого пункта АВР , что обеспечивается работой блоков 9 и 10.

При появлении напряжения обратной последовательности , вызванного КЗ , т . е . при выполнении условия блока 11, данный сигнал запоминается блоком 12 и производится контроль линейных напряжений ( блоки 13 и 15) и напряжений обратной последовательности ( блоки 14 и 16). При появлении хотя бы двух линейных напряжений и последующем появлении напряжения обратной последовательности , вызванным КЗ , т . е . при выполнении условий блоков 15 и 16, блоками 17 и 18 проверяется наличие сигнала в блоке 12 и при выполнении условия блока 18, блок 19 начинает вести контроль линейных напряжений .

При отсутствии всех трех линейных напряжений, т.е. при выполнении условия блока 20, блоком 21 выдается сигнал на срабатывание выключателя пункта АВР , причем выполнение данной операции производится и при выполнении условия 10, независимо от выполнения или не выполнения условия заложенного в блоке 20.

Представленный алгоритм может служить основой для создания средств реализации способа сокращения времени переключения потребителей на резервный источник питания . В данном алгоритме сигнал может подаваться одновременно не только в схему срабатывания выключателя пункта АВР , но и на пункт сбора информации , в качестве которого может выступать персональный компьютер ,

Рисунок 3 – Алгоритм сокращения времени переключения потребителей на резервный источник питания