CC BY
16
УДК / UDC 621.3.064.2-021.111.008.6:621.316.542.9:621.315.1
КОНТРОЛЬ ЛОЖНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ СЕКЦИОНИРУЮЩЕГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ В ЛИНИИ КОЛЬЦЕВОЙ СЕТИ
CONTROL OF A FALSE DISCONNECTION OF A SECTIONAL SWITCH
IN THE RING NETWORK LINE
Фомин И.Н.*, старший преподаватель Fomin I.N., Senior Teacher Беликов Р.П., кандидат технических наук, доцент Belikov R.P., Candidate of Technical Sciences, Associate Professor ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет
имени Н.В. Парахина», Орел, Россия Federal State Budgetary Educational Establishment of Higher Education "Orel State Agrarian University named after N.V. Parakhin", Orel, Russia
*E-mail: finigor@rambler.ru
Современное высокомеханизированное и электрифицированное сельское хозяйство предъявляет повышенные требования к надежности и бесперебойности электроснабжения. Недоотпуск электроэнергии, перерывы в электроснабжении предприятий агропромышленного комплекса влекут за собой как прямой экономический ущерб, связанный с его восстановлением, так и технологический, обусловленный порчей сельхозпродукции. Электроснабжающие организации при этом также терпят убытки из-за неоплаты недоотпущенной электроэнергии. Следовательно, потребитель и производитель электроэнергии являются заинтересованными сторонами в повышении надежности электроснабжения. Повышение эффективности сельскохозяйственного производства связано с бесперебойным электроснабжением сельскохозяйственных потребителей. Осуществление этой задачи предъявляет повышенные требования к надежности электроснабжения, уровень которой в настоящее время остаётся низким. Данные аварийной статистики свидетельствуют о том, что 70-80% всех перерывов в электроснабжении сельскохозяйственных потребителей происходит из-за повреждений в сетях 6-10 кВ, причем 90% этих повреждений приходится на воздушные линии. В комплексе мероприятий, направленных на повышение надёжности электроснабжения важное место, принадлежит разработке и совершенствованию средств, позволяющих ускорить поиск повреждений в воздушных электрических сетях 6-10 кВ. При использовании средств дистанционного контроля сократится время устранения аварийной ситуации и сократится недоотпуск электроэнергии. Предложенный способ контроля ложного отключения секционирующего выключателя в линии кольцевой сети позволит решить задачу по повышению надежности электроснабжения потребителей агропромышленного комплекса.
Ключевые слова: контроль, дистанционный контроль, короткое замыкание, кольцевая сеть, автоматическое включение резерва, выдержка времени.
Modern highly mechanized and electrified agriculture places high demands to the reliability and power supply continuity. The undersupply of electricity, interruptions in power supply of agricultural enterprises lead to both direct economic damage associated with its restoration, and technological, due to spoilage of agricultural products. The power supply companies also suffer losses due to non-payment because of undersupplied power. Consequently, consumers and producers of electricity are stakeholders in improving the reliability of power supply. Improving the efficiency of agricultural production is connected with the uninterruptible power supply of agricultural consumers. The implementation of this task places high demands on the reliability of power supply, which currently remains low. Data
disaster statistics indicate that 70-80% of all interruptions in the supply of agricultural consumers is due to faults in networks of 6-10 kV, and 90% of these injuries are accounted for the air line. In the complex of the actions directed at an increase in reliability of electricity supply has an important role in the development and improvement of tools to speed up the search of damage in aircraft electrical networks 6-10 kV. The usage of the remote control will reduce the time to resolve the emergency situation and will decrease the undersupply of electricity. The proposed method of controlling the false disconnection of a sectioning switch in the ring network line will allow solving the problem of increasing the reliability of power supply to consumers in the agro-industrial complex.
Key words: control, remote control, short circuits, ring network, automatic reserve, time delay.
Введение. Надежность системы электроснабжения определяется надежностью составляющих ее частей: электростанций, электросетей, трансформаторных подстанций, электроприёмников. Для проектирования систем электроснабжения и поддержания их надежности в процессе эксплуатации необходимо иметь численные показатели надежности частей системы [1].
Надежность электроснабжения сельских потребителей, в первую очередь, зависит от надежности линий электропередачи 6-10 кВ и 0,38 кВ, как наиболее протяженных и наименее надежных [2-4]. Проведенный в работах анализ [4-6] позволил выделить основные причины отказов в электрических сетях и их зависимость от технического состояния сетей. Этой тематике посвящены работы как отечественных, так и зарубежных ученых [7, 8]. В работах, посвященных надежности распределительных электрических сетей особое внимание уделяется тому, что отказы в электрических сетях необходимо контролировать с помощью средств мониторинга, средств телемеханики [6, 9, 10].
Основная часть. Перерывы электроснабжения приводят к простою сельскохозяйственного производства, снижению объема выпускаемой продукции, порче основного технологического оборудования [9, 11, 12]. Следует также учитывать, что существуют технологические процессы, не допускающие даже кратковременных перерывов электроснабжения. В связи с этим возникает потребность принимать обоснованные решения по выбору способов повышения надежности бесперебойного электроснабжения за счет резервирования различных элементов системы электроснабжения, совершенствования организации технического обслуживания, оперативной диагностики неисправных элементов.
Секционирование линий электропередач является одним из способов повышения надежности электроснабжения. Секционированные линии могут быть соединены пунктом автоматического включения резерва (АВР) с образованием условно-замкнутой кольцевой сети. Отключение выключателя в линии кольцевой сети, вызванное какой-либо его неисправностью или неселективным действием защиты принято считать ложным. С целью контроля ложного отключения секционирующего выключателя в такой сети разработан способ контроля ложного отключения секционирующего выключателя.
Согласно этому способу в начале линии основного источника питания контролируют изменение тока, и, если происходит фиксация падения рабочего тока до значения, определяемого нагрузкой линии, подключенной после секционирующего выключателя и не наблюдается в этот момент времени броска тока короткого замыкания (к.з.), начинают отсчет времени, равного времени выдержки включения выключателя пункта АВР. В момент окончания отсчета этого времени контролируют появление броска тока в начале линии
резервного источника питания, и если появляется бросок тока, значением определяемым отключенной нагрузкой линии основного источника питания и не возникает ток к.з., то устанавливают факт ложного отключения секционирующего выключателя [13].
Для реализации такого контроля на рисунке 1 представлена схема условно-замкнутой кольцевой сети и структурная схема.
Схема работает следующим образом. В нормальном режиме контролируемый секционирующий выключатель Q2 включен и потребители S1, S2 питаются от шин силового трансформатора основного источника питания Т1 (рис.1). На выходе ТТ 1 и ТТ 12 есть некоторая величина выходного сигнала (рис. 2, диаграмма 1 и диаграмма 12), обусловленная рабочими токами, но недостаточная для срабатывания ДТКЗ 2, ДРТ 3 и ОДНОВИБРАТОРа 13. Присутствие выходного сигнала с элемента НЕ 4, поступающего на элемент ПАМЯТЬ 11, и с элемента НЕ 5, поступающего на первый вход элемента схемы И 7 не приводят к их срабатыванию. Схема не запускается.
При ложном отключении секционирующего выключателя Q2 в начале линии будет наблюдаться падение рабочего тока (рис. 2, момент времени На выходе ТТ 1 (рис. 2 диаграмма 1) произойдет снижение выходного сигнала на значение, определяемое нагрузкой линии, подключенной после секционирующего выключателя Q2, который поступает на вход ДТКЗ 2 и ДРТ 3.
Величина выходного сигнала ТТ 1 будет не достаточна для срабатывания ДТКЗ 2, поэтому на его выходе не появляется сигнал (рис. 2 диаграмма 2), который поступил бы на вход элемента НЕ 5.
С выхода элемента НЕ 5 сигнал не исчезнет (рис. 2 диаграмма 5).
На выходе ДРТ 4, срабатывающего при падении рабочего на значение, определяемое нагрузкой линии, подключенной после секционирующего выключателя, появится сигнал (рис. 2 диаграмма 4), который поступит на вход элемента ЗАПРЕТ 6 и элемента НЕ 4.
С выхода элемента НЕ 4 сигнал исчезнет (рис. 2 диаграмма 4). На выходе элемента ЗАПРЕТ 6 появится сигнал (рис. 2 диаграмма 6) и поступит на второй вход элемента И 7. Одновременное наличие двух входных сигналов на входе элемента И 7 приведет к появлению его выходного сигнала (рис. 2 диаграмма 7), который поступит на вход элемента ПАМЯТЬ 8. Этот сигнал запомнится элементом ПАМЯТЬ 8 (рис. 2 диаграмма 8) и поступит на вход элемента ЗАДЕРЖКА 9. С выхода элемента 14 сигнал появится через время, равное времени выдержки включения выключателя пункта АВР (рис. 2 интервал времени ^2).
После отсчета времени выдержки включения выключателя пункта АВР сигнал с выхода элемента ЗАДЕРЖКА 9 (рис. 2 диаграмма 9) поступит на вход элемента ПОВТОРИТЕЛЬ 10. Элемент 10 выдаст однократный импульс (рис. 2 диаграмма 10), который поступит вход элемента ПАМЯТЬ 11, на вход элемента И 14 и «сбросит» элемент ПАМЯТЬ 8. Этот сигнал запомнится элементом ПАМЯТЬ 11, с выхода которого сигнал (рис. 2 диаграмма 11) поступит на запрещающий вход элемента 6. На выходе элемента ЗАПРЕТ 6 сигнал исчезнет (рис. 2 диаграмма 6), поступающий на второй вход элемента И 7.
Рисунок 1 - Упрощенная схема кольцевой сети и структурная схема: Т1 - силовой трансформатор основного источника питания; Т2 - силовой трансформатор резервного источника питания; Q1 - головной выключатель линии основного источника питания; Q2 - секционирующий выключатель линии основного источника питания; Q3 - подстанционный секционный выключатель; Q4 - головной выключатель резервного источника питания; Q5 - секционирующий выключатель линии резервного источника питания; Q6 - выключатель пункта АВР; S1,S2 - нагрузка линии основного источника питания; 1 - трансформатор тока (ТТ), 2 - датчик тока короткого замыкания (ДТКЗ) ,3 - датчик рабочего тока (ДРТ); 4 - элемент НЕ; 5 - элемент НЕ; 6 - элемент ЗАПРЕТ; 7 - элемент И; 8 - элемент ПАМЯТЬ; 9 - элемент ЗАДЕРЖКА; 10 - элемент ПОВТОРИТЕЛЬ; 11 - элемент ПАМЯТЬ; 12 - ТТ; 13 - ОДНОВИБРАТОР; 14 - элемент И; 15 - регистрирующее устройство (РУ)
При этом на выходе элемента И 7 сигнал также исчезнет (рис. 2 диаграмма 7). Если в этот же момент времени включится выключатель пункта АВР, то на выходе ТТ 12 будет сигнал (рис. 2 диаграмма 12), увеличенный на значение, определяемое нагрузкой потребителей S2. Величина этого сигнала достаточна для срабатывания ОДНОВИБРАТОРа 13. Выходной сигнал с ОДНОВИБРАТОРа поступит на второй вход элемента И 14.
15 РУ
14 И 1 п
13 ОДНО-ВИБРАТОР п
12 ТТ
1 1 1 1
11 ПАМЯТЬ
10 ПОВТОРИТЕЛЬ
9 ЗАДЕРЖКА п
8 ПАМЯТЬ ■ ■
7 И 1
6 ЗАПРЕТ
5 НЕ
4 НЕ
I_I_I
3 ДРТ
2 ДТКЗ
Рисунок 2 - Диаграммы выходных сигналов структурной схемы: ^ - момент времени ложного отключения секционирующего выключателя S2; t2 - момент времени включения выключателя пункта АВР; tз - момент времени восстановления нормального режима работы
1 ТТ
Наличие двух входных сигналов на И 14 приведет к появлению сигнала на его выходе (рис. 2 диаграмма 14). Выходной сигнал с И 14, поступив в РУ 15, обеспечит наличие информации в нем о ложном отключении секционирующего выключателя.
При восстановлении нормального режима работы (рис. 2 момент времени t3) контролируемый секционирующий выключатель02 включится и потребители S2 будут питаться от шин силового трансформатора основного источника питания Т1 (рис.1). На выходе TT 1 и TT 12 будет некоторая величина выходного сигнала (рис. 2, диаграмма 1 и диаграмма 12), обусловленная рабочими токами, но недостаточная для срабатывания ДТКЗ 2, и ОДНОВИБРАТОРа 13. На выходе ДРТ 3, срабатывающего при падении рабочего на значение, определяемое нагрузкой линии, подключенной после секционирующего выключателя, исчезнет сигнал (рис. 2 диаграмма 3), который поступал на вход элемента ЗАПРЕТ 6 и элемента НЕ 4. На выходе НЕ 4 появится сигнал (рис. 2 диаграмма 4), который «сбросит» элемент ПАМЯТЬ 11. Схема вернется в исходное состояние контроля.
Таким образом, способ позволяет получать своевременную информацию о ложном отключении секционирующего выключателя в линии кольцевой сети [14, 15]. Это приведёт к повышению надёжности электроснабжения потребителей за счёт принятия на основе полученной информации оперативным персоналом необходимых решений [16].
Выводы. 1. Предложен новый способ дистанционного контроля ложного отключения секционирующего выключателя в линии кольцевой сети.
2. Реализация структурной схемы способа приведет к повышению надёжности электроснабжения потребителей за счёт принятия оперативным персоналом необходимых своевременных решений на основе полученной информации о состоянии секционирующих выключателей кольцевой сети.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Астахов С.М., Беликов Р.П. Состояние и пути повышения эффективности функционирования распределительных сетей в агропромышленном комплексе // Вестник Орловского государственного аграрного университета. 2011. Т. 29. № 2. С. 106-108.
2. Папков, Б.В., Осокин В.Л. Вероятностные и статистические методы оценки надёжности элементов и систем электроэнергетики: теория, примеры, задачи. Княгинино: НГИЭУ, 2015. 356 с.
3. Виноградов A.B., Перьков P.A. Анализ повреждаемости электрооборудования электрических сетей и обоснование мероприятий по повышению надежности электроснабжения потребителей // Вестник НГИЭИ. 2015. № 12 (55). С. 12-20.
4. Комарова А.А, Виноградов A.B. Анализ динамики состояния линий электропередачи 6-20 кВ // Энергосбережение и эффективность в технических системах: Материалы IV Международной научно-технической конференции студентов, молодых ученых и специалистов. Тамбовский государственный технический университет, 2017. С. 293-294.
5. Анализ времени перерывов в электроснабжении сельских потребителей и методы его сокращения за счет мониторинга технического состояния линий электропередачи / A.B. Виноградов, А.Н. Васильев, А.Е. Семенов, А.Н. Синяков // Вестник ВИЭСХ. 2017. № 2 (27). С. 3-11.
6. Большев В.Е., Виноградов A.B. Обзор зарубежных источников по теме повышения эффективности систем электроснабжения // Агротехника и энергообеспечение. 2017. № 2 (15). С. 21-25.
7. Malgorzata Trojanowska Bezpieczenstwo Elektroenergetyczne Terenöw Wiejskich // Агротехника и энергообеспечение. 2014. № 1(1). C. 468-475.
8. Фомин И.Н., Беликов Р.П. Алгоритм дистанционного контроля головного выключателя линии электропередачи // Вестник ОрелГАУ. 2016. № 4(61). С. 72-77.
9. Фомин И.Н., Беликов Р.П. Запрет включения АВР выключателя в кольцевой сети // Вестник аграрной науки. 2017. № 4 (67). С. 93-99.
10. Куликов А.Л., Папков Б.В., Шарыгин М.В. Анализ и оценка последствий отключения потребителей электроэнергии. М.: НТФ Энергопрогресс, 2014. 84 е.: ил.
11. Перова М.Б. Экономические проблемы и перспективы качественного электроснабжения сельскохозяйственных потребителей в России. М.: ИНП РАН, 2007. 142 с.
12. Семенов А.Е., Селезнева А.О., Виноградов A.B. Сравнение показателей надежности воздушных и кабельных линий в городской и сельской местности // Основные направления развития техники и технологии в АПК: материалы VII всероссийской научно-практической конференции. Княгинино: НГИЭУ, 2015. С. 71-75.
13. Пат. 2378754 РФ, МПК H02J 13/00. Способ контроля ложного отключения секционирующего выключателя в линии кольцевой сети / Суров Л.Д., Фомин И.Н., Греков В. В.; патентообладатель Орловский государственный аграрный университет. № 2008148640/09; заявл. 09.12.2008; опубл. 10.01.2010, Бюл. № 1. 6 е.: ил.
14. Гавриченко А.И., Беликов Р.П. Разработка автоматизированной информационно-измерительной системы контроля и прогнозирования профессиональных рисков на электросетевых предприятиях агропромышленного комплекса // Науковий вюник НУБ1П УкраТни. Серт: Техн1ка та енергетика АПК. 2015. № 209-2. С. 80-86.
15. Совершенствование деятельности по энергосбережению и по осуществлению технологических присоединений филиала ОАО «МРСК Центра» - «Орелэнерго»: монография / A.B. Виноградов, М.В. Бородин, Ю.А. Волченков, Ж.В. Пешехонова. Орел, 2015. С. 195.
16. Бородин М.В., Виноградов A.B., Повышение эффективности функционирования систем электроснабжения посредством мониторинга качества электроэнергии: монография. Орёл: Изд-во Орёл ГАУ, 2014. 185 с.
