ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОКОВ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ В СЕЛЬСКОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ 10 КВ, СЕКЦИОНИРУЕМОЙ РЕКЛОУЗЕРАМИ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ДИСТАНЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ИХ СРАБАТЫВАНИЯ

Виноградов Александр Владимирович; Капитонов Александр Иванович; Лансберг Александр Александрович; Сорокин Николай Сергеевич; Фомин Игорь Николаевич

УДК 621.315.1:621.3.014.3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОКОВ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ В СЕЛЬСКОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ 10 кВ, СЕКЦИОНИРУЕМОЙ РЕКЛОУЗЕРАМИ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ДИСТАНЦИОННОГО КОНТРОЛЯ

ИХ СРАБАТЫВАНИЯ

Большинство сельских электрических сетей 6-10 кВ на сегодняшний день выполнены кольцевыми, работающими в нормально разомкнутом режиме и секционируемыми с помощью разъединителей, что не позволяет осуществлять автоматическое управление конфигурацией таких сетей при изменении ситуации в них, например, при появлении короткого замыкания на одном из участков сети. Это приводит к неоправданно большим, от 1,5 до 10 часов и более, перерывам в электроснабжении потребителей, что при электроснабжении сельскохозяйственных потребителей вызывает нарушение технологических процессов, снижение продуктивности животных и птицы, недовыпуск и порчу сельскохозяйственной продукции. Реализация принципов автоматического управления конфигурацией сельских распределительных электрических сетей позволяет сократить количество и время перерывов в электроснабжении, но требует внедрения в электрические сети «интеллектуальных» коммутационных аппаратов, например, всё более часто применяемых в сельских электрических сетях реклоузеров. Одним из принципов управления конфигурацией является наблюдаемость сети, которая обеспечивается техническими средствами мониторинга, контроля и учёта параметров режимов работы электрических сетей. Обеспечение наблюдаемости сети требует знания параметров режимов её работы, знания численных значений токов и напряжений, характеризующих тот или иной режим работы сети. Знание, в частности, значений токов коротких замыканий в сети позволяет дистанционно определять участок, на котором произошло короткое замыкание, правильно настроить средства релейной защиты и автоматики, применяемые в сети. Существует ряд способов, позволяющих, зная значения токов коротких замыканий в различных точках сети и последовательность их появления и исчезновения, дистанционно, без использования специальных каналов связи, определять результаты работы коммутационных аппаратов, установленных в сети. Это позволяет реализовывать принцип наблюдаемости сети даже при отсутствии средств связи или при их отказе, отключении по какой-либо причине. В статье рассмотрена реальная распределительная электрическая сеть, для которой выполнен расчет токов двухфазных и трехфазных коротких замыканий в заданных точках и заданных ситуациях.

Ключевые слова: электрические сети 10 кВ, дистанционный контроль, реклоузер, наблюдаемость сети, управление конфигурацией сети, расчёт тока КЗ.

Для цитирования: Виноградов А.В., Фомин И.Н., Капитонов А.И., Лансберг А.А., Сорокин Н.С. Определение токов коротких замыканий в сельской электрической сети 10 кВ, секционируемой реклоузерами для осуществления дистанционного контроля их срабатывания // Вестник аграрной науки Дона. 2021. № 1 (53). С. 34-43.

DETERMINATION OF SHORT-CIRCUIT CURRENTS IN THE RURAL 10 kV ELECTRIC NETWORK, PARTITIONED BY RECLOSERS FOR REMOTE MONITORING OF THEIR OPERATION

The majority of rural electric networks of 6-10 kV today are made ring, operating in normally open mode and partitioned with the help of disconnectors, which does not allow for automatic control of the configuration of such networks when the situation in them changes, for example, when a short circuit appears on one of the network sections. This leads to unjustifiably large, from 1,5 to 10 hours or more, interruptions in the power supply of consumers, which, when supplying electricity to agricultural consumers, causes violations of technological processes, reduced productivity of animals and poultry, under-release and damage to agricultural products. The implementation of the principles of automatic configuration management of rural electric distribution networks allows to reduce the number and time of interruptions in power supply, but requires the introduction of «intelligent» switching devices into the electric networks, for example, reclosers that are increasingly used in rural electric networks. One of the principles of configuration management is the observability of the network, which is provided by technical means for monitoring, controlling and accounting for the parameters of the operating modes of electrical networks. Ensuring the observability of the network requires knowledge of the parameters of its operating modes, knowledge of the numerical values of currents and voltages that characterize a particular operating mode of the network. Knowing, in particular, the values of short-circuit currents in the network allows you to remotely determine the area where the short circuit occurred, correctly configure the relay protection and automation equipment used in the network. There are a number of methods that allow, knowing the values of short-circuit currents at various points of the network and the sequence of their appearance and disappearance, remotely, without using special communication channels, to determine the results of the switching devices installed in the network. This allows you to implement the principle of network observability even in the absence of communication facilities, or if they fail, disconnect for any reason. The article considers a real electrical distribution network, for which the calculation of the currents of two-phase and three-phase short circuits at specified points and specified situations is performed.

Keywords: 10 kV electrical networks, remote monitoring, recloser, network observability, network configuration management, short circuit current calculation.

For citation: Vinogradov A.V., Fomin I.N., Kapitonov A.I., Lanzberg A.A., Sorokin N.S. Determination of short-circuit currents in the rural 10 kV electric network, partitioned by reclosers for remote monitoring of their operation. Vestnik agrarnoy nauki Dona = Don agrarian science bulletin. 2021; 1 (53): 34-43. (In Russ.)

Введение. Электрические сети 6-20 кВ являются наиболее протяжёнными распределительными электрическими сетями, суммарная протяжённость линий напряжением 6-20 кВ, находящихся на балансе Россети, составляет согласно информации, приведённой в положении ОАО «Россети» о единой технической политике в электросетевом комплексе, более 947 тысяч километров. Большинство из них - ЛЭП 10 кВ. В сельской местности линии электропередачи (ЛЭП) 10 кВ могут иметь длину по магистрали порой более 50 км. При этом средняя длина ЛЭП 10 кВ, например, для разных районов Орловской области составляет 13-23 км. Аварийность данного класса сетей также довольно высока. Согласно тем же данным поток отказов для данных линий (на 100 км) может быть от 14 до 31 отказов в год [1]. Большинство сельских электрических сетей 10 кВ на сегодняшний день выполнены кольцевыми, работающими в нормально разомкнутом режиме и секционируемыми с помощью разъединителей, что не позволяет осуществлять автоматическое управление конфигурацией таких сетей при изменении ситуации в них, например, при появлении короткого замыкания на одном из участков сети. Это приводит к неоправданно большим, от 1,5 до 10 часов и более, перерывам в электроснабжении потребителей, что при электроснабжении сельскохозяйственных потребителей вызывает нарушение технологических процессов, снижение продуктивности животных и птицы, недовыпуск и порчу сельскохозяйственной продукции. Одним из направлений повышения надёжности электроснабжения сельских потребителей является совершенствование конфигурации электрических сетей 10 кВ, в том числе внедрение способов и технических средств, позволяющих автоматически управлять конфигурацией сети. При этом выделяются повреждённые участки, а на неповреждённые подаётся питание от резервных источников электроснабжения. Реализация принципов автоматического управления конфигурацией сельских распределительных электрических сетей позволяет сократить количество и время перерывов в электроснабжении, но требует внедрения в

электрические сети «интеллектуальных» коммутационных аппаратов, позволяющих обеспечить необходимые переключения автоматически при изменении параметров режимов работы сети.

К таким техническим средствам, в частности, относятся реклоузеры - устройства, реализующие функции сетевого секционирования и резервирования электрической сети, что позволяет значительно повысить надежность электроснабжения потребителей. Реклоузер предназначен для коммутации воздушных линий электропередачи среднего класса напряжения 2,4-38 кВ и содержит вакуумный высоковольтный выключатель, контактные выводы которого выполнены в виде токовых вводов реклоузера, трансформаторы тока проходного типа, закрепленные на токовых вводах, и другие элементы [2-5].

Одним из принципов управления конфигурацией является наблюдаемость сети, которая обеспечивается техническими средствами мониторинга, контроля и учёта параметров режимов работы электрических сетей. Обеспечение наблюдаемости сети требует знания параметров режимов её работы, численных значений токов и напряжений, характеризующих тот или иной режим работы сети. Знание, в частности, значений токов коротких замыканий в сети позволяет дистанционно определять участок, на котором произошло короткое замыкание, правильно настроить средства релейной защиты и автоматики, применяемые в сети. Существует ряд способов, позволяющих, зная значения токов коротких замыканий в различных точках сети и последовательность их появления и исчезновения, дистанционно, с помощью средств мониторинга, устанавливаемых на подстанции, без использования специальных каналов связи, определять результаты работы коммутационных аппаратов, установленных в сети. Такой подход обеспечивает наблюдаемость сети даже при отсутствии средств связи или при их отказе, отключении по какой-либо причине.

Реклоузер оснащается, как правило, микропроцессорным блоком управления, который обеспечивает возможность передачи данных по различным каналам связи о работе устройства

в единый информационный центр управления электрическими сетями, при этом также имеется возможность организовать связанную работу блока автоматизации подстанции и реклоузе-ров, установленных в отходящих от подстанции линиях электропередачи [6, 7]. Это, в свою очередь, позволяет производить мониторинг параметров режимов работы сети и адаптивное управление сетью. В то же время нельзя гарантировать надёжности связи между устройствами, установленными в сети, и блоком автоматизации подстанции, так как связь может быть отключена при чрезвычайных обстоятельствах, могут наблюдаться её нарушения вследствие климатических воздействий, воздействий техногенного характера. Передаваемые данные могут быть искажены в результате взлома злоумышленниками. Поэтому разрабатываются средства бесканального дистанционного контроля коммутационных аппаратов, основанные на использовании таких информационных признаков параметров режимов работы сети, как изменение тока и напряжения в сети, в том числе наличие, значение и форма бросков тока, последовательность их появления и исчезновения и многие другие [8]. Способы подробно рассмотрены в патентах № 2304339, № 2215356, № 2335057 и других.

Использование данных способов требует знания уставок срабатывания, установленных в сети и на подстанции коммутационных аппаратов. Выбор же уставок, в свою очередь, требует проведения расчётов, в том числе и токов коротких замыканий в различных точках сети.

Цель исследования заключается в определении значений токов двухфазных и трехфазных коротких замыканий в кольцевой нормально разомкнутой электрической сети 10 кВ, содержащей реклоузеры.

Материал и методы исследования. Объектом исследования является кольцевая электрическая сеть 10 кВ, содержащая рекло-узеры и получающая питание от разных секций шин низкого напряжения подстанции «Куликовская» 110/35/10 кВ, находящейся на балансе Филиала ПАО «МРСК Центра»-«Орёлэнерго». Сеть является нормально разомкнутой, что достигается нормально отключенным положением реклоузера REC88. Реклоузеры REC88, REC87 и REC89 выполняют функции пунктов секционирования и резервирования. Головные выключатели ВК на отходящих линиях (фидерах) Ф-1 и

Ф-5 оснащены делительной автоматикой, т.е. при исчезновении напряжения на соответствующих шинах подстанции они отключаются. После этого, в зависимости от того, на каких шинах подстанции исчезло напряжение, включаются REC88 и REC87 или REC88 и REC89, подавая напряжение на резервируемые участки ЛЭП. Работа схемы в замкнутом режиме не предусмотрена. Реализация способов дистанционного контроля работы реклоузеров, а также мониторинга параметров режимов работы рассматриваемой сети включает в себя, в том числе, задачу определения значения тока коротких замыканий в заданных точках. Это позволяет осуществить контроль успешных и неуспешных включений реклоузеров, выявить отключенные участки сети, выполнить другие способы дистанционного контроля согласно патентам № 2304339, № 2215356, № 2335057 и др.

Короткие замыкания в рассматриваемой сети могут возникать в разных ситуациях, то есть при питании сети или её участков как от Ф-1, так и от Ф-2. Возможны случаи включения реклоузеров на короткие замыкания при выполнении функции автоматического включения резерва аВр. На схеме сети (рисунок 2) указаны точки короткого замыкания К1 -К8, для которых рассчитываются токи короткого замыкания. Предметом исследования являются режимы двухфазных и трехфазных коротких замыканий в точках К1-К8 в заданных ситуациях. Токи нагрузки на секциях шин 10 кВ ПС «Куликовская» 110/35/10 кВ при расчётах тока короткого замыкания не учитываются, так как рассматривается только сеть 10 кВ после головных выключателей линий Ф-1 и Ф-2 и при этом за базисное принято максимальное напряжение на шинах 10 кВ.

При проведении исследования использовался метод расчета токов КЗ в относительных единицах, использующийся при наличии в расчетной схеме электрической сети нескольких ступеней напряжения. Данный метод характеризуется тем, что изначально задаются условия, представляющие собой входные данные для проведения расчетов, а именно: базисная мощность Sб = 1000 МВА согласно ГОСТ Р 52735-2007 «Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ», а также базисное напряжение, принимаемое равным иб = 11 кВ, согласно ГОСТ 29322-

2014 (1ЕС 60038:2009) «Напряжения стандартные», представляющее собой напряжение ступени, относительно которого производится расчет токов короткого замыкания. Базисное напряжение принимается в расчетах максимально допустимым для рассматриваемой ступени напряжения с целью определения наибольших токов КЗ.

Результаты исследований и их обсуждение. Расчет токов КЗ в рассматриваемой сельской кольцевой электрической сети 10 кВ проводился с учетом сопротивлений цепей схе-

мы замещения на стороне 110 кВ, по которым запитана подстанция «Куликовская» 110/35/10 кВ от подстанции «Орловская Районная» 220/110/10 кВ, находящейся на балансовой принадлежности электросетевой организации ФСК «ЕЭС», обеспечивающей транзит мощности от Курской АЭС в энергосистему Орловской области и другие регионы. Сопротивления схемы замещения на стороне 110 кВ подстанции «Куликовская» 110/35/10 кВ и модель рассматриваемой кольцевой сети 10 кВ с реклоузерами представлены на рисунках 1, 2.

Рисунок 1 - Схема замещения прямой (1) и обратной (2) последовательностей электрических цепей, осуществляющих питание подстанции «Куликовская» 110/35/10 кВ

Сопротивление системы, осуществляю- ния в электроустановках. Методы расчета в

щей питание подстанции «Куликовская» электроустановках переменного тока напряже-

110/35/10 кВ, определяется по формуле (1) со- нием свыше 1 кВ»: гласно ГОСТ Р 52735-2007 «Короткие замыка-

5б _ 5б 1000-106

"^З^ср^кз.ип

где S6 - базисная мощность, 1000 МВА;

Sk - мощность КЗ на шинах источника питания, МВА;

иф - среднее напряжение в месте установки элемента, для номинального напряжения 110 кВ используем допустимое напряжение системы 115 кВ, по ГОСТ 29322-2014 (IEC 60038:2009) «Напряжения стандартные»;

I кз.ип - ток трехфазного КЗ на шинах подстанции «Орловская Районная» 220/110/10 кВ, со-

= 0,302 (о.е.),

(1)

7з^115-103-16,6-103

ставляющий по данным филиала ПАО «МРСК Центра»-«Орелэнерго» 16,6 кА.

На подстанции установлены трехобмо-точные трансформаторы ТДТН-10000 кВА, сопротивление в процентах одного из которых можно определить по системе уравнений (2)-(4), исходя из технических характеристик трансформатора [9]:

(2) (3)

ХТВН% = 0,5(ЦКВН-НН°/° + «КВН-СН% - ЦКСН-НН%) = 0,5(10,5 + 17,5 - 6,5) = 10,75%, Хтсн% = 0,5(^квн-СН% + «ксн-нн% - ЦКВН-НН%) = 0,5(10,5 + 6,5 - 17,5) => 0%,

Хтнн% = 0,5(икВн-нн% + «кСН-НН% - «квн-нн%) = 0,5(17,5 + 6,5 - 10,5) = 6,75% где икВн-нн% - напряжение короткого замыкания между обмотками ВН и НН, 17,5% [9]; uкcн-нн% - напряжение короткого замыкания между обмотками СН и НН, % [9]; ^вн-снуо - напряжение короткого замыкания между обмотками ВН и СН, % [9].

(4)

Рисунок 2 - Рассматриваемая кольцевая электрическая сеть 10 кВ с реклоузерами и расчетными точками КЗ

Сопротивление обмоток ВН и НН трансформатора ТДТН-10000, требуемое для расчета токов КЗ в кольцевой сети, определим по формуле (5):

= £%._*., (5)

б 100 5номТ V '

где хт% - сопротивление обмотки трансформатора, в %;

Эномт - номинальная мощность трансформатора, 10 МВА. Таким образом, сопротивление обмоток:

10,75 1000 106 ч

*твН = —1---т = 10,75 (о.е.);

твН 100 10-106 v '

6,75 1000^106 .. _г , .

хтНН ----— = 6,75 (о.е.).

|НН 100 10^106 v '

Активным сопротивлением питающих подстанцию линий Li и L2 пренебрегают в соответствии с ГОСТ Р 52735-2007 «Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в

электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ». В расчете используется удельное индуктивное сопротивление, которое для провода АС-185/29, которым выполнены линии 110 кВ, питающие подстанцию «Куликовская» 110/35/10 кВ, составляет 0,413 Ом/км. С учетом этого сопротивление линии в относительных единицах определяется по формуле (6):

_ i

XL = худ ' L ' 77~2

(6)

ср

где L - длина линии, км;

Шср - среднее напряжение в месте установки данного элемента, кВ;

Худ - удельное индуктивное сопротивление линии, Ом/км.

Сопротивление линии № 1 составляет:

1000-106

xL1 = 0,413 • 17,1 • 1" = 0,534 (о.е.).

L1 (115-103)2 v J

Аналогично сопротивление линии № 2:

xL2 = 0,413 ■ 15,14 •

1000-106

(115 -103)2

= 0,473 (о. е.).

Сопротивление параллельных линий L1 и 12 определим по формуле (7):

*1.» = = 0,251 (о. е.). (7)

Значение периодической составляющей тока трехфазного КЗ на шинах 10 кВ подстанции «Куликовская» 110/35/10 кВ определим по формуле (8) согласно ГОСТ Р 52735-2007 «Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ»:

(8)

участков линий электропередачи 10 кВ. При этом формула (6), по которой ранее производился расчет, примет вид (10) в связи с тем, что отношение индуктивного сопротивления линии к активному в этом случае меньше чем в 3 раза:

2,=2уд -¿-Д, (10)

ср

где zyд - удельное полное сопротивление линии, Ом/км, определяемое по формуле (11):

2уд =

/П0 = кА-

у2 I -у«2

'уд + Луд,

(11)

*рез(б)

где Е" - сверхпереходная ЭДС, значение которой при отсутствии в расчетной схеме генераторов равно 1;

Хрез(б) - результирующее сопротивление до точки КЗ, о.е.;

1б - базисный ток, кА, определяемый по формуле (9):

5б _ 1000-106

/б

= 52,49 (кА). (9)

7з-11-103

Таким образом, ток трехфазного КЗ в точке К1 в случае, если сеть запитана от Ф-1, и в точке К7 - если от Ф-5:

К1(К7)

52,49^103

= 2,906 кА.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

п0 18,053

Для того чтобы определить токи трехфазного короткого замыкания в точках К2-К6, К8, требуется знать сопротивления проводников

где Худ - удельное индуктивное сопротивление линии, Ом/км;

Гуд - удельное активное сопротивление линии, Ом/км.

Удельные активные и индуктивные сопротивления для проводников и кабелей, используемых в рассматриваемой электрической сети 10 кВ, были определены по данным ГОСТ 31946-2012 «Провода самонесущие изолированные и защищенные для воздушных линий электропередачи. Общие технические условия» и источника [10]; их значения, а также рассчитанные по формулам (10), (11) удельные полные сопротивления и сопротивления в относительных единицах для ступени напряжения, на которой установлены данные проводники, приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Марки, сечения и сопротивления проводников, используемых в рассматриваемой кольцевой электрической сети 10 кВ, содержащей реклоузеры

Фидер № 1

Участок линии 1-93 93-96 96-139 139-140 140-141, 143-144, 145-146, 148-150 141-143, 144-145, 146-148 149 - 7-1, 7-3, 7-4, 7-5 - 7-6

1 2 3 4 5 6 7 8

Марки и сечение провода АС-70 3СИП-3 1x50 АС-70 3СИП-3 1x95 АСБп3x120 АС-35 АСБп 3x120

Длина, км 6,371 0,174 3,185 0,005 1,28 0,342 0,538

гуд, Ом/км 0,46 0,72 0,46 0,363 0,253 0,777 0,253

худ, Ом/км 0,275 0,299 0,275 0,284 0,081 0,301 0,081

zуд, Ом/км 0,536 0,78 0,536 0,461 0,266 0,833 0,266

хб, о.е. 28,2 1,122 14,11 0,02 2,814 2,354 1,183

Участок линии 149-150 7-1 - 7-3, 7-4 - 7-5, 7-6, 7-18 7-18 -27-1 27-1 - 27-3 27-3 -27-4 152-153, 155-156, 157-158 150-152, 153-155, 156-157, 158-159

Марки и сечение провода АС-35 АС-35 АСБп 3x120 АС-35 АСБп 3x120 АСБп3x120 АС-35

Длина, км 0,065 0,975 0,175 0,13 0,423 0,96 0,39

гуд, Ом/км 0,777 0,777 0,253 0,777 0,253 0,253 0,777

худ, Ом/км 0,301 0,301 0,081 0,301 0,081 0,081 0,301

zуд, Ом/км 0,833 0,833 0,266 0,833 0,266 0,266 0,833

хб, о.е. 0,447 6,712 0,385 0,895 0,93 2,11 2,685

Фидер №5

Участок линии 1-124 124-136 136 - 8-1 8-1 - 10-20 124 - 1-19а

Марки и сечение провода 3СИП-3 1x70 3СИП-3 1x70 АС-50 АС-70 3СИП-3 1x70

Длина, км 7,8 0,819 0,06 1,1 0,88

гуд, Ом/км 0,493 0,493 0,592 0,46 0,493

худ, Ом/км 0,291 0,291 0,292 0,275 0,291

zуд, Ом/км 0,572 0,572 0,66 0,536 0,572

хб, о.е. 36,873 3,872 0,327 4,873 4,16

Участок линии 1-19а - 1-21 1-21 - 1-23 1-23 - 125 1-23 - 5-1 5-1 - 53 1-25 - 1-26 1-26 - 1-49

Марки и сечение провода 3СИП-3 1x70 АПвПуг-10 3x120 3СИП-3 1x70 АПвПуг-10 3x120 АС-35 АПвПуг-10 3x120 3СИП-3 1x70

Длина, км 0,088 0,707 0,122 0,227 0,047 0,32 1,118

гуд, Ом/км 0,493 0,253 0,493 0,253 0,777 0,253 0,493

худ, Ом/км 0,291 0,084 0,291 0,084 0,301 0,084 0,291

zуд, Ом/км 0,572 0,267 0,572 0,267 0,833 0,267 0,572

хб, о.е. 0,416 1,56 1,56 0,501 0,324 0,706 5,285

Таким образом, полученные значения сопротивлений проводников в относительных единицах позволили определить по формуле (9) токи трехфазного металлического замыкания в точках К2, К4, Кб, а также в наиболее удаленных от первой и второй секций шин подстанции точках Кз, К5, кб, что необходимо для настройки уставок защиты выключателей линий Ф-1 и Ф-5 и защиты реклоузеров. Полученные чис-

ленные значения токов трехфазного КЗ приведены в таблице 2.

Для настройки уставок максимальной токовой защиты (МТЗ) выключателей ВК линий Ф-1 и Ф-5 и реклоузеров требуется знать также токи двухфазного короткого замыкания в заданных точках.

Для расчета токов двухфазных КЗ так же, как и при расчете трехфазных, будем использо-

вать метод симметричных составляющих. При этом предварительно необходимо, кроме ранее рассчитанных сопротивлений прямой последовательности, определить сопротивления обратной последовательности.

Схема замещения обратной последовательности учитывает все элементы исходной расчетной схемы прямой последовательности, представленной на рисунке 1 (1). Сопротивления обратной последовательности трансформаторов воздушных линий следует принимать равными сопротивлениям прямой последовательности согласно ГОСТ Р 52735-2007 «Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ». Таким образом, для сопротивлений обратной последовательности справедливо равенство (12), расчетная схема обратной последовательности представлена на рисунке 1 (2):

Х1 рез = х2 рез. (12)

Ток двухфазного короткого замыкания при расчете по методу симметричных составляющих определим по формуле (13):

'^-^-•'б, (13)

где Е - эквивалентная ЭДС учитываемых источников энергии, в роли которых выступает подстанция «Районная» 220/110/10 кВ, принимаем равным 1;

X1эк - эквивалентное индуктивное сопротивление прямой последовательности относительно точки несимметричного КЗ;

X2эк - эквивалентное индуктивное сопротивление обратной последовательности относительно точки несимметричного КЗ.

Например, с учетом известных значений в относительных единицах цепей сопротивлений прямой и обратной последовательности ток двухфазного КЗ в точке К1 (К7):

(2)

1-52.49-103

= 1,454 (кА).

К1 (К7) 18,053+18,053

В других расчетных точках рассматриваемой электрической сети данный параметр определяется аналогично.

Полный ток двухфазного КЗ определяется по формуле (14) согласно ГОСТ Р 52735-2007 «Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ»:

42) = ш(2) • 42), (14)

где т - коэффициент, значение которого для тока двухфазного КЗ составляет VI. Таким образом, для К1 (К7) точек КЗ:

;(2)

VI • 1,454 = 2,518 (кА).

1К1 (К7)

Данное значение тока двухфазного КЗ и значения тока в других рассматриваемых точках при разных режимах работы рассматриваемой электрической сети представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Значения токов трехфазных и двухфазных КЗ в рассматриваемой электрической сети 10 кВ

при разных режимах работы

Режим 1 (Питание от фидера № 1 подстанции «Куликовская» 110/35/10 кВ)

Рассчитываемые токи КЗ Номер точки

1 2 3 4 5 6 7 8

Трехфазные металлические замыкания, А 2906 854 679 734 657 707 455 600

Двухфазные короткие замыкания, А 2517 740 588 636 569 612 394 520

Режим 2 (Питание от фидера № 5 подстанции «Куликовская» 110/35/10 кВ

Трехфазные металлические замыкания, А 455 730 680 848 765 888 2906 820

Двухфазные короткие замыкания, А 394 632 589 734 663 769 2517 710

Представленные в таблице данные позволяют выявить случаи включения реклоузеров на короткие замыкания. Для этого анализируются значения токов короткого замыкания на линиях Ф-1 и Ф-5. Проиллюстрируем выявление случая включения реклоузера REC89 на двух-

фазное короткое замыкание в точке К6. Такая ситуация может возникнуть следующим образом. В нормальном режиме выключатели ВК линий Ф-1 и Ф-5, реклоузеры REC87, REC89 включены, реклоузер REC88 отключен. При возникновении двухфазного короткого замыка-

ния в точке К6 отключится с помощью МТЗ головной выключатель ВК линии Ф-5. Этот факт будет зафиксирован по броску тока короткого замыкания со значением, близким к 769 А, блоком автоматизации подстанции (БАП), показанным на рисунке 2 (на рисунке показаны только связи БАП для контроля токов в линиях Ф-1 и Ф-5). После этого будет осуществлено автоматическое повторное включение (АПВ) выключателя ВК линии Ф-5. Если замыкание устойчивое - вновь блоком БАП будет зафиксирован бросок тока со значением, близким к 769 А. После этого выключатель линии Ф-5 будет отключен. В связи с исчезновением напряжения со стороны линии Ф-5, после выдержки времени, согласованной с циклами АПВ ВК линии Ф-5 и реклоузера REC89, включится реклоузер REC88, выполняя функцию АВР. БАП зафиксирует при этом увеличение тока нагрузки на линии Ф-1. При появлении напряжения со стороны линии Ф-1 и его отсутствии со стороны Ф-5 реклоузер КБС89 включится. Но, поскольку короткое замыкание не устранилось, его включение произойдёт на короткое замыкание. При этом БАП зафиксирует бросок тока в линии Ф-1, близкий к 612 А. Сопоставление фактов появления бросков тока короткого замыкания с определенной величиной на линиях Ф-5 и Ф-1, их последовательности появления, позволит выявить случай включения реклоузера REC89 на двухфазное короткое замыкание в точке К6.

Безусловно, данный пример не является полным для рассмотрения случаев включения REC89 на короткое замыкание, так как данный реклоузер может включиться на короткое замыкание, произошедшее в любой точке на участке между ВК линии Ф-5 и непосредственно REC89 и ток этого замыкания может составлять от 394 до 612 А. Необходимо учитывать и нагрузку линии Ф-1 и участка линии Ф-5, запитанного через REC88 в момент включения REC89 на короткое замыкание. Однако в настоящей статье задача подробного анализа ситуаций в сети не ставилась, а его основой является выполненный расчёт токов короткого замыкания в сети.

Выводы. Полученные расчетные значения токов двухфазного и трехфазного КЗ в различных точках сети позволяют осуществить настройку МТЗ и токовых отсечек головных выключателей отходящих от ПС линий и установленных в сети реклоузеров с учётом направления тока, протекающего через реклоузеры. Так-

же данные значения могут использоваться как один из информационных признаков, для бесканального дистанционного контроля результатов работы реклоузеров, других режимов работы рассмотренной электрической сети.

Осуществление дистанционного контроля работы реклоузеров в сети 10 кВ позволяет оперативно реагировать на возникновение различных ситуаций в сети, за счёт чего сокращается время перерывов в электроснабжении потребителей, подключенных к повреждённым участкам. При этом осуществление бесканального дистанционного контроля позволяет обеспечить повышение достоверности информации, получаемой о результатах работы с помощью средств связи, а также при отсутствии связи является единственным способом контроля результатов работы реклоузеров.

Литература

1. Сравнительный анализ надежности электроснабжения по районам электрических сетей / А.В. Виноградов, А.В. Виноградова, И.Д. Скитёва, А.А. Панфилов // Инновации в сельском хозяйстве. - 2018. - № 3 (28).-С. 39-46.

2. Таврида Электрик. Вакуумный реклоузер PBA/TEL. Техническая информация. - 2014. [Электронный ресурс]. URL: https://www.tavrida.com/ter/support/ documents/5/. - Дата обращения: 17.12.2020.

3. Левин, П.Н. Секционирование распределительных сетей с помощью реклоузеров с целью повышения уровня надежности электрических сетей / П.Н. Левин, П.А. Добрынин, О.А. Середкин // Инженерные системы и сооружения: научный журнал. - 2020. - Т. 1. - № 1 (38). -С. 143-146.

4. Recloser based energy exposure assessment of a distribution network / R. Thomas, S. vanZyl, R.M. Naidoo, R.C. Bansal, N.T. Mbungu, M. Bipath // J. Energy South. Afr. - Nov. 2019. - Vol. 30. - №> 4. - Cape Town. http://dx.doi.org/10.17159/2413-3051/2019/v30i4a2486.

5. Wright, L. Mitigation of undesired operation of re-closer controls due to distribution line inrush / L. Wright and L. Ayers // IEEE Trans. Industry Applications. - 2017. - № 53 (1). - Р. 80-87.1.

6. Гудин, Д.И. Повышение надежности сельских распределительных сетей с применением реклоузеров / Д.И. Гудин, М.Д. Трушин // Уникальные исследования XXI века. - 2015. - № 12 (12). - С. 22-24.

7. Rashid Niaz Azari. Optimal Recloser Setting, Considering Reliability and Power Quality in Distribution Networks / Rashid Niaz Azari, Mohammad Amin Chitsazan, Iman Niazazari // American Journal of Electrical Power and Energy Systems. - 2017. - № 6 (1). - Р. 1-6.

8. Виноградов, А.В. Дистанционный контроль отключения выключателей в распределительных сетях / А.В. Виноградов, С.М. Астахов, Н.С. Сорокин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2008. -№ 12. - С. 44-46.

9. ТДТН-10000/110-У1 - Тольяттинский трансформатор [Электронный ресурс]. - URL: https://silovoytransformator.ru/110kv/tdtn-10000-110-u1.html. - Дата обращения: 18.12.2020.

10. Макаров, Е.Ф. Справочник по электрическим сетям 0,4-35 кВ и 110-1150 кВ / под ред. И.Т. Горюнова и А.А. Любимова. - М.: Папирус ПРО, 2003-2005.

References

1. Vinogradov A.V., Vinogradova A.V., Skityeva I.D., Panfilov A.A. Sravnitelnyy analiz nadezhnosti elektrosnab-zheniya po rayonam elektricheskikh setey [Comparative analysis of the reliability of power supply in the areas of electric networks], Innovatsii v selskom khozyaystve, 2018, No 3 (28), pp. 39-46. (In Russian)

2. Tavrida Elektrik. Vakuumnyy reklouzer PBA/TEL. Tekhnicheskaya informatsiya. [Tavrida Electric. Vacuum re-closer PBA/TEL. Technical information], 2014 [Elektronnyy resurs], URL: https://www.tavrida.com/ter/support/ documents /5/, Data obrascheniya: 17.12.2020. (In Russian)

3. Levin P.N., Dobrynin P.A., Seredkin O.A. Sektsio-nirovanie raspredelitelnykh setey s pomoschyu reklouzerov s tselyu povysheniya urovnya nadezhnosti elektricheskikh setey [Partitioning of distribution networks using reclosers, in order to increase the level of reliability of electrical networks], Inzhenernye sistemy i sooruzheniya: nauchnyy zhurnal, 2020, T. 1, No 1 (38), pp. 143-146. (In Russian)

4. R. Thomas, S. van Zyl, R.M. Naidoo, R. C. Bansal, N.T. Mbungu, M. Bipath. Recloser based energy exposure assessment of a distribution network, J. Energy South. Afr., Nov. 2019, No 30 (4), Cape Town.

http://dx.doi.org/10.17159/2413-3051/2019/v30i4a2486.

5. Wright L., and Ayers L. Mitigation of undesired operation of recloser controls due to distribution line inrush, IEEE Trans. Industry Applications, 2017, No 53 (1), pp. 80-87.1.

6. Gudin D.I., Trushin M.D. Povyshenie nadezhnosti selskikh raspredelitelnykh setey s primeneniem reklouzerov [Improving the reliability of rural distribution networks using reclosers], Unikalnye issledovaniya XXI veka, 2015, No 12 (12), pp. 22-24. (In Russian)

7. Rashid Niaz Azari, Mohammad Amin Chitsazan, Iman Niazazari. Optimal Recloser Setting, Considering Reliability and Power Quality in Distribution Networks, American Journal of Electrical Power and Energy Systems, 2017, No 6 (1), pp.1-6.

8. Vinogradov A.V., Astahov S.M., Sorokin N.S. Dis-tancionnyy control' otklyucheniya vyklyuchateley v raspredeli-telnykh setyakh [Remote control of switching off switches in distribution networks], Mekhanizatsiya i elektrifikatsiya selskogo khozyaystva, 2008, No 12, pp. 44-46. (In Russian)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

9. TDTN-10000/110-U1 - Tolyattinskiy transformator [TDTN-10000/110-U1 - Tolyatti transformer], [Elektronnyy resurs]. URL: https://silovoytransformator.ru/110kv/tdtn-10000-110-u1.html, Data obrascheniya: 18.12.2020. (In Russian)

10. Makarov E.F. Spravochnik po elektricheskim setyam 0,4-35 kV i 110-1150 kV [Handbook of electrical networks 0,4-35 kV and 110-1150 kV] / pod red. I.T. Goryunova i A.A. Lyubimova, M.: Papirus PRO, 20032005. (In Russian)

Сведения об авторах

Виноградов Александр Владимирович - кандидат технических наук, доцент, ведущий научный сотрудник, заведующий лабораторией электроснабжения и теплообеспечения, ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (г. Москва, Российская Федерация). Тел.: +7-920-287-90-24. E-mail: schkolamolen@gmail.com.

Капитонов Александр Иванович - начальник «ОТС Орловского РЭС» филиала ПАО «МРСК Центра»-«Орелэнерго» (г. Орел, Российская Федерация). Тел.: +7-919-260-37-10. E-mail: kapitonov.ai@mrsk-1.ru.

Лансберг Александр Александрович - учебный мастер II категории кафедры «Электроснабжение», ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина» (г. Орел, Российская Федерация). Тел.: +7-919-205-85-48. E-mail: LansbergAA@yandex.ru.

Сорокин Николай Сергеевич - старший преподаватель кафедры «Электроснабжение», ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина» (г. Орел, Российская Федерация). Тел.: +7-905-168-08-33. E-mail: sorokinnc@rambler.ru.

Фомин Игорь Николаевич - старший преподаватель кафедры «Электроснабжение», ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина» (г. Орел, Российская Федерация). Тел.: +7-920-287-64-37. E-mail: igor.fom-in@yandex.ru.

Information about the authors

Vinogradov Alexander Vladimirovich - Candidate of Technical Sciences, associate professor, leading researcher, head of the Power supply and heat supply laboratory, FSBSI «Federal Scientific Agroengineering Center VIM» (Moscow, Russian Federation). Phone: +7-920-287-90-24. E-mail: schkolamolen@gmail.com.

Kapitonov Alexander Ivanovich - head of the «OTS of the Orlovsky RES» - branch of «PJSC of Centre»-«Orelenergo» (Orel, Russian Federation). Phone: +7-919-260-37-10. E-mail: kapitonov.ai@mrsk-1.ru.

Lansberg Alexander Alexandrovich - training master of the II category of the Power supply department, FSBEI HE «Orel State Agrarian University named after N.V. Parakhin» (Orel, Russian Federation). Phone: +7-919-205-85-48. E-mail: LansbergAA@yandex.ru.

Sorokin Nikolay Sergeevich - senior lecturer of the Power supply department, FSBEI HE «Orel State Agrarian University named after N.V. Parakhin» (Orel, Russian Federation). Phone: +7-905-168-08-33. E-mail: sorokinnc@rambler.ru.

Fomin Igor Nikolaevich - senior lecturer of the Power supply department, FSBEI HE «Orel State Agrarian University named after N.V. Parakhin» (Orel, Russian Federation). Phone: +7-920-287-64-37. E-mail: igor.fom-in@yandex.ru.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Conflict of interests. The authors declare no conflict of interests.

DETERMINATION OF SHORT-CIRCUIT CURRENTS IN THE RURAL 10 KV ELECTRIC NETWORK, PARTITIONED BY RECLOSERS FOR REMOTE MONITORING OF THEIR OPERATION