CC BY
12УДК 621.316.542.008.6.001.73:621.316.1
КОНТРОЛЬ НАД ИЗМЕНЕНИЯМИ СОСТОЯНИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ В УСЛОВНО-ЗАМКНУТОЙ КОЛЬЦЕВОЙ
СЕТИ
Л.Д. Суров, Р.П. Беликов
Орловский государственный аграрный университет им. Н.В.
Парахина
Аннотация. 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. Для повышения надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей, в отдельных случаях с учетом конфигурации электрических распределительных сетей и с учетом наличия ответственных потребителей, создают условно-замкнутую кольцевую сеть. Питание отдельных потребителей при этом может осуществляться от разных трансформаторов одной или разных двухтрансформаторных подстанций. Для осуществления изменения схемы питания отдельных участков кольцевой сети в ней предусмотрены секционирующие выключатели (СВ) и устройство автоматического включения резерва (АВР). Согласно предложенному авторами способу с момента появления первого броска тока КЗ на шинах основного источника питания одновременно начинают отсчет времени выдержки срабатывания защиты секционирующего и головного выключателей линии основного источника питания, при этом контролируют момент отклонения тока КЗ. Если в момент окончания времени выдержки срабатывания защиты СВ ток КЗ не отключился, а отключился в момент окончания времени выдержки срабатывания защиты ГВ, то делают вывод об отказе отключения секционирующего и отключении головного выключателей линии
основного источника питания.
Ключевые слова: контроль, выключатель, кольцевая сеть, автоматическое включение резерва.
Введение. Перерывы электроснабжения приводят к простою сельскохозяйственного производства, снижению объема выпускаемой продукции, порче основного технологического оборудования [1, 4]. 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. Многие работы посвящены повышению надёжности электроснабжения [14, 15, 16, 17]. Секционированные линии могут быть соединены пунктом автоматического включения резерва (АВР) с образованием условно-замкнутой кольцевой сети [21, 24, 25]. Отключение выключателя в линии кольцевой сети, вызванное какой-либо его неисправностью или неселективным действием защиты принято считать ложным.
Основная часть. При возникновении аварийных ситуаций на отдельных участках такой сети происходит локализация поврежденного участка и подключение неповрежденного участка к резервному источнику питания [1, 3, 9]. Это сопровождается изменением состояния выключателей (включен, отключен). Так для кольцевой сети рисунок 1 в нормальном состоянии головные выключатели (ГВ) 01, 05 и секционирующие включатели 02, 04 включены, а выключатель пункта АВР 03 отключен. Возникновение короткого замыкания (КЗ), например в точке К1, вызовет отключение выключателей 01, 02 и включение выключателя 03. Короткое замыкание также может произойти не только в точке К1, но и в точке К2 и при правильном безотказном действии средств автоматики должен отключиться выключатель 02 и не включиться выключатель 03. Однако, по причине какой-либо неисправности, может произойти отказ отключения выключателя 02, отключение выключателя 01, включение выключателя 03 на КЗ, отказ его отключения и т.д. При этом сетевые выключатели находятся на значительном расстоянии от районных трансформаторных подстанций, а о состоянии отдельных выключателей и всей кольцевой сети необходимо знать постоянно в
режиме реального времени. Поэтому разработан способ [1, 2, 5] согласно которому можно дистанционно контролировать один из возможных вариантов развития ненормальных действий выключателей кольцевой сети.
Согласно этому способу с момента появления первого броска тока КЗ на шинах основного источника питания одновременно начинают отсчет времени выдержки срабатывания защиты секционирующего и головного выключателей линии основного источника питания, при этом контролируют момент отклонения тока КЗ [4, 5, 8, 9]. Если в момент окончания времени выдержки срабатывания защиты СВ ток КЗ не отключился, а отключился в момент окончания времени выдержки срабатывания защиты ГВ, то делают вывод об отказе отключения секционирующего и отключении головного выключателей линии основного источника питания. С момента отключения первого броска тока КЗ начинают отсчет времени выдержки включения выключателя сетевого пункта АВР и в момент окончания отсчета этого времени на шинах трансформатора резервного источника питания контролируют появление второго броска тока КЗ. Если он появляется, то делают вывод о включении этого выключателя на КЗ. С момента появления второго броска тока КЗ одновременно начинают отсчет времени выдержки срабатывания защиты с ускорением выключателя сетевого пункта АВР и времени выдержки срабатывания защиты СВ линии источника резервного источника питания. Если в момент окончания времени выдержки срабатывания защиты с ускорением выключателя сетевого пункта АВР второй бросок тока КЗ не отключился, а отключился в момент окончания времени выдержки срабатывания защиты СВ линии резервного питания, то делают вывод об отказе отключения выключателя сетевого пункта АВР и отключении СВ линии резервного источника питания.
Такой контроль можно осуществлять с помощью структурной схемы, изображенной на рисунке 1 [6, 7, 10].
Однако, недостатком этой структурной схемы является невозможность контроля за действиями ГВ 05 при отказе отключения СВ 04. Для исключения этого недостатка разработана структурная схема, изображенная на рисунке 1. Работа этой схемы происходит следующим образом.
В нормальном режиме работы кольцевой сети выключатели 01, 02, 04 и 05 включены, а выключатели 03 и 06 отключены, при этом в линиях '1 и W2 коротких замыканий нет, поэтому на выходах ДТКЗ 1 и ДТКЗ 2 сигналов нет (рисунок 2 диаграмма 1 и 8) и схема находится
в режиме контроля.
ТЗ,
Ш1
05
ДТК31
01
/
-кз 5ьа л
7
X
1
Й
ДТК3 2
ЕЛЕ 4 555 5 555 е
Г V V
03 жллиа
Iч.
аз
/
7
О
ч.
Ш2
ЦБ
Рисунок 1 - Упрощенная однолинейная схема двухтрансформаторной подстанции и структурная схема контроля: Т1 и Т2 - силовые трансформаторы; W1 и W2 - линии кольцевой сети;
и р5 - головные выключатели; р2 и р4 - секционные выключатели; р3 и рб - выключатели сетевого и шинного пункта в АВР соответственно; К1 и К2 - точки короткого замыкания
Возникновение устойчивого короткого замыкания в точке К2 приведет к появлению тока КЗ, на выходе ДТКЗ 1 появится сигнал (рисунок 2, диаграмма 1, момент времени Этот сигнал поступает в
блок выдержки времени (БВВ) 1 и задержится в нем на время, равное времени выдержки срабатывания защиты СВ 02.
По истечении этого времени сигнал появится на выходе БВВ 1 (рисунок 2, диаграмма 2) и поступит на первый вход элемента И1, при этом по какой-либо причине неисправности 02 не отключится, ток КЗ не отключится и сигнал с ДТКЗ 1 как присутствовал на втором входе элемента И2, так и будет присутствовать, поэтому И1 сработает. Появится его входной сигнал (рисунок 2, диаграмма 3), который поступив в регистрирующее устройство (РУ), обеспечит появление в нем информации о том, что произошло КЗ в точке К2 и выключатель 02 не отключился. Сигнал с ДТКЗ 1 также поступит на вход БВВ 2 и задержится в нем на время равное времени выдержки срабатывания защиты выключателя 01. По истечении указанной выдержки времени сигнал появится на выходе БВВ 2 (рисунок 2, диаграмма 5) и поступит на второй вход элемента И2. В этот момент времени произойдет отключение ГВ 01, ток КЗ исчезнет и на выходе элемента НЕ 1 появится сигнал (рисунок 2, диаграмма 4).Этот сигнал поступит на первый вход элемента И2, он сработает и появится сигнал на его выходе (рисунок 2, диаграмма 6). Он поступит в РУ и там появится информация о том, что выключатель 01 отключился. Этот же сигнал поступит на вход БВВ 3 и задержится в нем на время выдержки включения выключателя 03.
По истечении этого времени произойдет включение выключателя 03 и произойдет оно на устойчивое КЗ, поэтому появится сигнал на выходе ДТКЗ 2 (рисунок 2, диаграмма 8). Этот сигнал и сигнал с БВВ 3 поступят на второй и первый входы элемента И 3. Он сработает, появится его выходной сигнал (рисунок 2, диаграмма 9) и он поступит в РУ, а также на входы БВВ 4, 5 и 6. В РУ появится информация о том, что 03 выключился на КЗ. Сигнал, поступивший в БВВ 4 задержится в нем и выйдет через время выдержки времени срабатывания защиты 03. В этот момент времени (Ч5) 03 должен отключиться, но по причине отказа это не произойдет, поэтому на входы элемента И 4 поступят два сигнала (один с БВВ 4, другой с ДТКЗ 2) и он сработает. Его выходной сигнал (рисунок 2, диаграмма 11) поступит в РУ и там появится информация «03 АВР не отключился» [11, 12, 18, 19].
и 1 ч ч 1 1 1 1 —
:
19 НВЕ 1
н Н 5 1 1 1 !
1" ЕЕ Е Ь 1 1 1 1 р 1 :
12 НЕ 2 1
И 4 1 П
БЭ Э - 1 1 1
9 ИЗ 1
ДТИ32
1 1 1
ЕЕЕ 1 II 1 1 |
ж. ИЗ 1 1 1 1
вав г 1 1 1 1
4 НЕ 1 1
1
И 1 г г н 1"
ЕЭ В 1 !
ДТИ3 1 -
-1 ■! < к "с V
Рисунок 2 - Диаграммы входных сигналов элементов структурной схемы: 11 - момент времени возникновения устойчивого КЗ в точке К2; 12 - момент времени отключения СВ 02; ^ - момент времени отключения ГВ 01; 14 - момент времени включения выключателя 03; - момент времени отключения выключателя 03 после включения на КЗ в точке К2; 16 - момент времени отключения 04; - момент времени отключения ГВ 05.
Сигнал, поступивший с элемента И 3 на вход БВВ 5 задержится в нем на время выдержки отключения выключателя Q 4 (момент времени t6) и он в этот момент должен отключиться, но не отключится
- он также, как и Q 3 откажет. При этом на первый и второй входы элемента И 5 поступят сигнал с ДТКЗ 2 и БВВ 5 соответственно. И 5 сработает, появится его выходной сигнал (рисунок 2, диаграмма 14), который поступив в РУ обеспечит появление в нем информации о том, что Q 4 не отключился.
И наконец сигнал, поступивший на вход БВВ 6 задержится в нем на время выдержки отключения ГВ Q5. В этот момент ГВ Q5 отключится, исчезнет ток КЗ, появится выходной сигнал на элементе НЕ 2 (рисунок 2, диаграмма 12), который поступит на первый вход элемента И6. При этом на его второй вход поступит сигнал с БВВ 6 (рисунок 2, диаграмма 15) и он сработает. Его выходной сигнал поступит в РУ и в нем появится информация об отключении Q5 (рисунок 2, диаграмма 16) [6, 20].
Выводы. Таким образом, при использовании разработанной структурной схемы можно дистанционно контролировать за действиями выключателей условно-замкнутой кольцевой сети при КЗ, возникшем на прилегающем к сетевому пункту АВР линии основного источника питания и одном из возможных вариантов развития аварийной ситуации, что приведет к увеличению надежности системы электроснабжения сельскохозяйственных потребителей. [4, 5, 11, 13, 22, 23].
Список использованных источников:
1. Фомин И.Н. Запрет включения АВР выключателя в кольцевой сети / И.Н. Фомин, Р.П. Беликов // Вестник аграрной науки.
- 2017. - № 4 (67). - С. 93-99.
2. Фомин И.Н. Алгоритм дистанционного контроля головного выключателя линии электропередачи / И.Н. Фомин, Р.П. Беликов // Вестник Орловского государственного аграрного университета. - 2016.
- Т. 61. № 4. - С. 72-77.
3. Кузнецов Ю.А. Дистанционный контроль автоматического повторного включения секционирующих выключателей / Ю.А. Кузнецов, Л.Д. Суров, И.Н. Фомин // Техника и оборудование для села. - 2015. - № 7. - С. 29-33.
4. Суров Л.Д., Фомин И.Н. Способ выявления поврежденного участка в секционированной линии кольцевой сети // патент на изобретение RUS 2521968 18.03.2013.
5. Суров Л.Д., Фомин И.Н., Цуканов Е.С. Способ параллельного запрета шинного и сетевого автоматического включения резерва на одну точку короткого замыкания при отказе отключения секционирующего и головного выключателей линии кольцевой сети // патент на изобретение RUS 2439766 15.07.2010.
6. Суров Л.Д., Фомин И.Н., Фомин Д.Н. Способ запрета автоматического повторного включения секционирующего выключателя, отключившегося при отказе отключения выключателя сетевого пункта автоматического включения резерва, включившегося на устойчивое короткое замыкание в кольцевой сети // патент на изобретение RUS 2453023 15.07.2010.
7. Суров Л.Д., Суров И.Л., Фомин И.Н. Способ контроля отключения и неуспешного автоматического повторного включения секционирующих выключателей радиальных линий подстанции // патент на изобретение RUS 2479911 24.02.2012.
8. Сорокин Н.С. Блок цифровой обработки данных системы распознавания аварийных ситуаций на основе микросхемы FT232R // В сборнике: Энергообеспечение и строительство Сборник материалов III Международной выставки-Интернет-конференции. Памяти профессора В.Г. Васильева (к 60-летию со дня рождения). 2009. С. 5156.
9. Суров Л.Д. Контроль изменений состояния головного выключателя в линии кольцевой сети / Л.Д. Суров, И.Н. Фомин // Вестник Орловского государственного аграрного университета. - 2011. -Т. 29. № 2. - С. 112-117.
10. Суров Л.Д. Контроль успешного автоматического повторного включения секционирующих выключателей в линии кольцевой сети / Л.Д. Суров, И.Н. Фомин // Вестник Орловского государственного аграрного университета. - 2010. - Т. 22, № 1. - С. 2325.
11. Суров Л.Д. Контроль срабатывания выключателя сетевого пункта авр на короткие замыкания в кольцевой сети / Л.Д. Суров, И.Н. Фомин, В.Ф. Шумарин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2009. - № 3. - С. 18-20.
12. 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.
13. Полухин А.А Государственное регулирование внедрения энергосберегающих технологий в сельском хозяйстве / Полухин А.А., Сорокин Н.С. // АгроСнабФорум. 2013. № 10. С. 18.
14. Виноградов, А.В. Анализ повреждаемости электрооборудования электрических сетей и обоснование мероприятий по повышению надежности электроснабжения потребителей / Виноградов, А.В. Перьков Р.А.// ВЕСТНИК НГИЭИ. -2015. - №12(55). - С. 12-20.
15. Виноградов А.В. Распознавание аварийных ситуаций в распределительных сетях 6-35 кВ / Виноградов А.В., Сорокин Н.С., Сорокин И.С. // Вести высших учебных заведений Черноземья. 2008. № 2 (12). С. 16-18.
16. Виноградов А. В. Анализ времени перерывов в электроснабжении сельских потребителей и методы его сокращения за счет мониторинга технического состояния линий электропередачи/А. В. Виноградов, А. Н. Васильев, А. Е. Семенов, А. Н. Синяков // Вестник ВИЭСХ. - 2017. - №2(27). - С. 3-11.
17. Большев В. Е. Обзор зарубежных источников по теме повышения эффективности систем электроснабжения/ В. Е. Большев, А. В. Виноградов// научно-практический журнал «Агротехника и энергообеспечение». - 2017. -№2 (15) - С. 21-25
18. Malgorzata Trojanowska BEZPIECZENSTWO ELEKTROENERGETYCZNE TERENOW WIEJSKICH . Агротехника и энергообеспечение. 2014.- №1(1) c.468-475.
19. Фомин И.Н., Беликов Р.П. Алгоритм дистанционного контроля головного выключателя линии электропередачи // Вестник ОрелГАУ, №4(61), 2016 г. С. 72-77.
20. Фомин И.Н., Беликов Р.П. Запрет включения АВР выключателя в кольцевой сети // Вестник Орловского государственного аграрного университета. 2017. № 4 (67). С. 93-99.
21. Семенов А.Е., Селезнева А.О., Виноградов А.В. 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.
22. 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 с.: ил.
23. Гавриченко А.И., Беликов Р.П. Разработка автоматизированной информационно-измерительной системы контроля и прогнозирования профессиональных рисков на
электросетевых предприятиях агропромышленного комплекса / Науковий вюник НУБШ Украши. Серiя: Техшка та енергетика АПК. 2015. № 209-2. С. 80-86.
24. Виноградов А.В., Бородин М.В., Волченков Ю.А., Пешехонова Ж.В. Совершенствование деятельности по энергосбережению и по осуществлению технологических присоединений филиала ОАО "МРСК Центра" - "Орелэнерго" Монография / Орел, 2015. - с.195
25. Бородин М.В., Виноградов А.В., Повышение эффективности функционирования систем электроснабжения посредством мониторинга качества электроэнергии Монография / Орёл: Изд-во Орёл ГАУ, 2014. - 185 с.
Л.Д. Суров, кандидат технических наук, доцент, Р.П.Беликов, кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина»
CONTROL OVER CHANGES IN THE CONDITIONS OF SWITCHES IN THE CONDITIONALLY CLOSED RING NETWORK
Annotation. Modern highly mechanized and electrified agriculture places high demands on the reliability and continuity of electricity supply. The shortage of electricity, interruptions in the power supply of enterprises of the agro-industrial complex entail both direct economic damage associated with its restoration and technological damage caused by the deterioration of agricultural products. The power supply organizations in this case also suffer losses due to the non-payment of the under-utilized electricity. Consequently, the consumer and the electricity producer are stakeholders in improving the reliability of power supply. To improve the reliability of power supply to agricultural consumers, in some cases, taking into account the configuration of electrical distribution networks and taking into account the presence of responsible consumers, they create a conditionally closed ring network. The power supply of individual consumers can be carried out from different transformers of the same or
different two-transformer substations. For the implementation of changes in the power circuit of individual sections of the ring network, it provides sectioning switches (CB) and an automatic reserve switch-on device (ATS). According to the method proposed by the authors, since the appearance of the first inrush of short-circuit current on the tires of the main power source, simultaneously begin the countdown of the exposure time of protection of the sectional and head switches of the main power source line, while controlling the moment of fault current deviation. If at the moment of the end of the exposure time of the CB protection, the short-circuit current did not turn off, but turned off at the time of the end of the exposure time of the GW protection, they conclude that the sectioning failure fails and the main power supply line head switches are turned off.
Keywords: control, switch, ring network, automatic switch on reserve.
L.D. Surov, Ph.D., associate professor, R.P. Belikov, Ph.D. (Technical Sciences), Associate Professor FSBEI HE Orel State Agrarian University named after N.V. Parachin
