CC BY
359
УДК 621.316.13
ПРИМЕНЕНИЕ РЕКЛОУЗЕРОВ В СЕТЯХ ОАО «ЯНТАРЬЭНЕРГО» ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ СРЕДНЕГО
НАПРЯЖЕНИЯ
А. Ю. Никишин, И. С. Беклемешев
APPLICATION OF RECLOSERS FOR NETWORKS OF «YANTARENERGO» TO SOLVE THE PROBLEMS IN MEDIUM VOLTAGE DISTRIBUTION NETWORKS
A. Yu. Nikishin, I. S. Beklemeshev
В статье проведен разбор первых результатов после создания пилотной зоны в распределительных сетях ОАО «Янтарьэнерго» в Багратионовском и Мамоновском районах электрических сетей с применением реклоузеров. Произведен анализ оптимальных мест установки реклоузеров на одном из фидеров калининградской энергосистемы.
реклоузер, распределительная сеть, среднее напряжение, умная сеть, длинный фидер, пилотная зона
The article analyzes the first results after Yantarenergo has created a pilot zone in Mamonovo and Bagrationovsk with the use of reclosers. We have conducted the analysis of the optimum installation locations of reclosers on one of the feeders of the Kaliningrad power system.
recloser, distribution network, average voltage, smart grid, long feeder, pilot
zone
Существующая система распределительных сетей среднего класса напряжения в энергосистеме (ЭС) Калининградской области (КО) имеет ряд типичных проблем. Повсеместная проблема длинных фидеров связана с высокими показателями износа коммутационных аппаратов и другого оборудования (рост этого показателя в настоящее время приостановлен), потерь электроэнергии, временем восстановления электроснабжения и, наоборот, низкими показателями надежности (согласно типовому договору энергоснабжения, поставщик обязан обеспечить надежную поставку качественной электроэнергии в соответствии с ГОСТ) [1], если сравнивать с западными энергосистемами. Стоит отметить и важные особенности калининградской энергосистемы. Она зависима от поставок энергоресурсов из-за рубежа [2]. Дамокловым мечом висит возможность изолированного режима калининградской ЭС, связанная с политикой интеграции стран-соседей КО с энергосистемой Европы. Ко всему вышеперечисленному стоит добавить, что распределительная сеть класса напряжения 15 кВ - уникальная для российской энергетика система. Cложность выбора оборудования, соответствующего данному классу напряжения (коммутационное оборудование и силовые
трансформаторы, которым отведена важнейшая роль в системах энергообеспечения [3]), является платой за такую «особенность».
Решая проблему длинного фидера, «Янтарьэнерго», следуя концепции «умных сетей», реализовал пилотный проект в Мамоновском и Багратионовском РЭС (районы электрических сетей), автоматизировав их реклоузерами (рис. 1, таблица). Целью проекта стали отработка базовых принципов Smart Grid, выявление положительного эффекта использования реклоузеров при решении рассмотренных выше проблем и создание инициатив для корректировки действующих технических регламентов. Ориентировались и на конкретные цифры - так, к примеру, значение потерь электрической энергии должно было снизиться с 27 до 10 %, а количество отключений потребителей в год - с 11,9 до 3,1. Багратионовский и Мамоновский РЭС были выбраны в качестве пилотной зоны не случайно. Последующее за автоматизацией сети объединение двух РЭС вкупе с опытом установки предопределили этот выбор. Данные, которыми характеризовались районы, нельзя было назвать выдающимися. Удельная повреждаемость составляла 0,21 аварий/км/год, средняя длительность ликвидации аварий составляла 5,43 ч, а успешность первого автомата повторного включения (АПВ) достигала значения 42 %. К тому же отсутствовала возможность индикации однофазных замыканий на землю (ОЗЗ). В ходе работ было установлено 42 реклоузера и произведена наладка системы SCADA [4].
Рис. 1. Карта Калининградской области с делением на РЭС с указанием установленных реклоузеров на момент начала автоматизации «пилотной зоны»
Smart Grid
Fig. 1. The Kaliningrad region map with division on RES with the indication of reclosers installed at the beginning of the Smart Grid "pilot zone" automation
Таблица. Общие сведения по «пилотной зоне» в Калининградской области Table. General information on the "pilot zone" in the Kaliningrad region_
Общие сведения по РЭС Количество
Количество питающих ПС 110 кВ 5 шт.
Количество РП 15 кВ 12 шт.
Количество фидеров 15 кВ 39 шт.
Общая длина воздушных линий 15 кВ 533 км
Общая длина кабельных линий 15 кВ 19 км
Количество ТП 15/0,4 кВ 565 шт.
Количество реклоузеров (на момент начала проекта) 11 шт.
Количество линейных разъединителей 149 шт.
Общая численность бытовых потребителей >50000 чел.
Автоматизация пилотных РЭС в первые годы дала положительный эффект - среднее время перерывов в электроснабжении в 2015 г. снизилось до 49 мин с 6 ч 30 мин на момент начала проекта в Багратионовском РЭС и до 1 ч 14 мин вместо 2 ч 30 мин в Мамоновском РЭС (рис. 2). Поменялся также и сам принцип поиска поврежденного участка и работы оперативной бригады (ранее поиск и локализация места аварии занимали значительное время [5]).
6,38
0
2013 2014 2015
■ Багратионовский РЭС Мамоновский РЭС ■ Среднее по Западным ЭС
Рис. 2. Средняя продолжительность перерывов в электроснабжении потребителей
в сетях 6-15 кВ, ч
Fig. 2. Average duration of interruptions in power supply in networks of 6-15 kV, h
Промежуточные итоги позволяют сделать выводы об эффективности использования реклоузеров в распредсетях ЭС КО. Однако есть еще и перспективные линии развития данного направления. Реклоузеры, используемые
в сетях «Янтарьэнерго», осуществляют принцип телеуправления еще не полностью - управляемые пока только вакуумные выключатели. Вопросы электромагнитных помех и надежности каналов связи с аппаратами остаются открытыми. Третьим «подводным камнем» стоит упомянуть недоучет всех режимов сети 15 кВ и выбор оптимальных мест установки реклоузеров.
Вопрос выбора оптимальных мест установки стоит выделить отдельно, поскольку он затрагивает как экономические аспекты, так и показатели надежности сетей. Изготовитель реклоузеров (в России это компания «Таврида Электрик») рекомендует руководствоваться двумя критериями в общем случае. Во-первых, взять за основу показатель суммарного годового недоотпуска. В литературе можно встретить две формулы.
Суммарный годовой недоотпуск, рассчитываемый по формуле изготовителя:
Who = 0,01 *w0*T*L*Sy* cos^ * , (1)
где Who - годовой недоотпуск электроэнергии (кВтч/год); - удельная частота повреждений ВЛ (1/ на 100 км в год); Т - среднее время восстановления одного устойчивого повреждения (ч); L - длина участка линии (м); 5у - установленная мощность трансформатора ПС (кВА); cos^ - коэффициент мощности; - коэффициент спроса [6].
Однако есть упрощенный вариант расчета:
Who = Р * I * q * h, (2)
где Who - годовой недоотпуск электроэнергии (кВтч/год); Р - мощность, передаваемая через рассматриваемый участок линии электропередачи (кВт); I - длина участка ЛЭП (км); q - удельная частота отказов ЛЭП (1/годкм); h - среднее время поиска и ремонта повреждений (ч) [7].
Во-вторых, критерием выбора оптимального места установки рекомендуется принять количество и длительность отключений потребителя (wn, Tn). Данный критерий используется, если необходимо точечно повышать надежность электроснабжения отдельных потребителей. Показатели рассчитываются по формулам:
шп=0,01*ш0*Ц (3)
где - количество отключений потребителя в год (1/год); ^о - удельная частота повреждений ВЛ (1/на 100 км в год); L - длина участка линии (м);
Тп = ^п * T, (4)
где Тп - длительность отключения потребителей в год (ч/год); ^п - количество отключений потребителя в год (1/год); Т - среднее время восстановления одного устойчивого повреждения (ч). Сравнение расчетов по формулам (1) и (2)
Суммарный годовой недоотпуск энергии - важный параметр, который одновременно характеризует участок сети как с экономической, так и со стороны электрической надежности. Рассмотрим расчет недоотпуска электроэнергии на существующей линии 15-50, которая относится к Зеленоградскому РЭС. На ней установлено два реклоузера, запитано около 1000 чел. через 20 трансформаторных подстанций (ТП) суммарной мощностью более 3000 кВА (рис. 3).
Рис. 3. Схема длинного фидера 15-50 Fig. 3. Scheme of the long feeder 15-50
Расчет будет проводиться двумя подходами:
1) используя формулу (1), рекомендованную изготовителем реклоузеров;
2) используя формулу (2) - упрощенный метод расчета. Рассмотрено пять вариантов расположения реклоузеров:
1. Существующий вариант секционирования.
2. Первый реклоузер (R1) перемещается вдоль фидера с опоры 93 на опору 137, второй реклоузер (R2) остается на месте.
3. R2 перемещается вдоль фидера с опоры 217 на опору 155, R1 остается на
месте.
4. R1 перемещается с опоры 93 на опору 140, R2 - с опоры 217 на опору 225.
5. R1 перемещается с опоры 93 на опору 137, R2 - с опоры 217 на опору 229. Полученные результаты представим в виде графиков зависимости
величины суммарного годового недоотпуска электроэнергии от выбора варианта расположения реклоузеров (рис. 4, 5).
25000
et о
£ 20000 зс
з: s
£ 15000
х
<п О О.
* 10000
е;
<п
5000
о
0 t
01 X
Расчет по формуле изготовителя
■Участок 1 ■Участок 2 ■Участок 3 ■Результирующая
2 3 4
Вариант секционирования
Рис. 4. Результаты расчета суммарного годового недоотпуска энергии по формуле
производителя
Fig. 4. Calculation results of the total annual power undersupply by the manufacturer's
formula
0
1
5
25000
4
0 ^
20000
со *
з: s
а 15000
01 I <п О Q.
щ 10000 е;
т *
£
5 5000
х
0
Рис. 5. Результаты расчета суммарного годового недоотпуска энергии
по упрощенной формуле Fig. 5. Calculation results of the total annual power undersupply by the simplified
formula
ВЫВОДЫ
1. Величина недоотпуска электроэнергии зависит от варианта секционирования линии и распределения мощности потребителей по ее длине.
2. Анализ положительного эффекта от эксплуатации реклоузера в пилотной зоне распредсетей «Янтарьэнерго» позволяет сделать вывод о необходимости применения аппарата в других РЭС ЭС Калининградской области.
3. Формула расчета суммарного годового недоотпуска электроэнергии от изготовителя более информативна и точна (за счет учета коэффициента спроса).
4. Наиболее оптимальным вариантом секционирования сети исходя из результатов расчета является четвертый вариант (определяется по точкам минимума результирующей линии)
5. Методику определения оптимальных мест размещения реклоузеров необходимо совершенствовать для более эффективного и экономичного их использования, так как использование только рассмотренного выше подхода не рассматривает все возможные «подводные камни». Для более корректного результата следует учитывать категорию и количество потребителей на линии, географические особенности местности, через которую данный фидер проходит, количество ТП, отключаемых при аварии, и т. п. Введение дополнительных коэффициентов поможет скорректировать расчетные значения.
Расчет по упрощенной формуле
1 участок
2 участок
3 участок Результирующая
2 3 4
Вариант секционирования
1
5
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Белей, В. Ф. Стандарты в области качества электроэнергии: проблемы и тенденции / В. Ф. Белей, М. С. Харитонов // Информационные ресурсы России. - 2016. - № 1. - С.10-14.
2. Белей, В. Ф. Электроэнергетика Калининградской области и стран Балтии: анализ вариантов развития / В. Ф. Белей // Электрика. - 2009. - №12. -С. 3-7.
3. Белей, В. Ф. Оценка роли трансформаторов в системах энергообеспечения с позицией энергосбережения и повышения качества электроэнергии / В. Ф. Белей // Промышленная энергетика. - 2002. - № 5. - С. 36-43.
4. АО «Янтарьэнерго»: [Электронный ресурс]. - URL: http://www.yantarenergo.ru/(Дата обращения: 05.2016).
5. Симонов, А. Новый уровень управления аварийными режимами распределительных сетей с помощью реклоузеров / А. Симонов // Электрик. -2012. - №11. - С. 8-11.
6. Вакуумный реклоузер серии PBA/TEL. Техническое описание. АРТА 674153.101 ТО. [Электронный ресурс]. - URL: tavrida-ua.com > Документация >.. .rvatel-10-125630_u1.html
7. Васильева, Т. Н. Выбор оптимального места расположения секционирующего реклоузера на радиальных линиях электропередачи / Т. Н. Васильева // Научное сопровождение инновационного развития агропромышленного комплекса: теория, практика, перспективы: 65-я Междунар. науч.-практ. конф., 20-21 мая 2014 г. материалы. - Рязань: Изд-во Рязанского государственного агротехнологического университета, 2014. - Ч. 2. - 237 с.
REFERENCES
1. Beley V. F., Kharitonov M. S. Standarty v oblasti kachestva elektroenergii: problemy i tendentsii [Standards in power quality: challenges and trends]. Informatsionnye resursy Rossii, 2016, no. 1, pp. 10-14.
2. Beley V. F. Elektroenergetika Kaliningradskoy oblasti i stran Baltii: analiz variantov razvitiya [Electrical power engineering of the Kaliningrad region and the Baltics: analysis of scenarios]. Elektrika, 2009, no. 12, pp. 3-7.
3. Beley V. F. Otsenka roli transformatorov v sistemakh energoobespecheniya s pozitsiey energosberezheniya i povysheniya kachestva elektroenergii [Appraisal of the role of transformers in power supply systems from the perspective of energy saving and quality improvement]. Promyshlennaya energetika, 2002, no. 5, pp. 36-43.
4. AO «Yantar'energo»: Available at: http://www.yantarenergo.ru/ (Accessed: May 2016).
5. Simonov A. Novyy uroven' upravleniya avariynymi rezhimami raspredelitel'nykh setey s pomoshch'yu reklouzerov [A new level of control of emergency modes of distribution networks with the use of reclosers]. Elektrik, 2012, no. 11, pp. 8-11.
6. Vakuumnyy reklouzer serii PBA/TEL. Tekhnicheskoe opisanie: Available at: tavrida-ua.com >...rvatel-10-125630 u1.html
7. Vasil'eva T. N. Vybor optimal'nogo mesta raspolozheniya sektsioniruyushchego reklouzera na radial'nykh liniyakh elektroperedachi [The choice of the most suitable location for a sectional recloser on radial power lines]. Materialy 65-y mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii 20-21 maya 2014 goda "Nauchnoe soprovozhdenie innovatsionnogo razvitiya agropromyshlennogo kompleksa: teoriya, praktika, perspektivy" [Proceedings of the 65th international research and practical conference 20-21 May 2014 "Scientific support of innovative development of the agro-industrial complex: theory, practice, prospects"]. Ryazan', Izdatel'stvo Ryazanskogo gosudarstvennogo agrotekhnologicheskogo universiteta, 2014, part 2, 237 p.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ Никишин Андрей Юрьевич - Калининградский государственный технический университет; кандидат технических наук, доцент кафедры электрооборудования судов и электроэнергетики; E-mail: nikduke@klgtu.ru
Nikishin Andrey Yurievich - Kaliningrad State Technical University; PhD in Engineering, Associate professor of the department of electrical equipment of ships and electrical power engineering; E-mail: nikduke@klgtu.ru
Беклемешев Игорь Сергеевич - Калининградский государственный технический университет; магистрант по направлению «Электроэнергетика и электротехника»;
E-mail: zenitgosha@mail.ru
Beklemeshev Igor Sergeevich - Master's Degree Student of KSTU in Electrical Power
Engineering and Electrical Technology; E-mail: zenitgosha@mail.ru
