CC BY
16УДК 621.316.545-50:621.3.027.22
РАЗРАБОТКА СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РАЪЕДИНИТЕЛЕМ В СЕТЯХ 6-10КВ
Тришин Д.Н.,Вендин С.В.
ФГБОУ ВО Белгородский ГАУ
Аннотация: в статье представлены результаты исследований по разработке схемы дистанционного управления разъединителем в сетях 6-10 кВ для систем сельского электроснабжения с целью повышения надежности систем электроснабжения. Основу устройства составляет разъединитель РЛК с электромеханическим приводом, а также выпрямитель, трансформатор тока, блок зарядки аккумулятора, контроллер зарядки, аккумуляторная батарея, фотоэлектрический модуль, система дистанционного управления электромеханическим приводом и блок коммутации цепи питания электромеханического привода. Принцип работы разъединителя состоит в том, что для привода механической части используется электромагнит постоянного тока получающий питание через блок коммутации цепи питания электромеханического привода от аккумуляторной батареи. Блок коммутации цепи питания электромеханического привода управляется дистанционно через систему дистанционного управления электромеханическим приводом. Представлена также методика расчета мощности фотоэлектрической станции и выбора аккумулятора для дистанционного привода разъединителя. Для обеспечения электропитания привода разъединителя необходимо иметь солнечный модуль мощностью 25 Вт и аккумуляторную батарею емкостью 40 Ач. Рассмотрены также возможные варианты выбора электрооборудования системы электропитания привода разъединителя.
Ключевые слова: электроснабжение, сети 6-10 кВ, разъединители, электромеханический привод, схема управления, дистанционное управление.
Введение. Обеспечение надежности электроснабжения и качества электроэнергии являются одними из основных факторов устойчивого производства не только в промышленности, но и в сельском хозяйстве [2-5 и др.]. При этом важным элементом систем электроснабжения в сетях 6-10 кВ являются разъединители.
Обзор опыта эксплуатации разъединителей в сетях 6-10 кВ показывает, что одной из проблем эксплуатации распределительных сетей 6-10 кВ являются отказы линейных разъединителей наружной установки. В энергосистемах Российской Федерации оценка распределения разъединителей по срокам службы выглядит следующим образом: до 15 лет 42%; 16-25 лет 40%; свыше 25 лет 18% [1, 6 и др.].
При этом повреждаемость разъединителей, в отдельных районах Российской Федерации достигает 2,5 % от числа установленных.
Условия, при которых происходили отказы разъединителей, можно сгруппировать следующим образом:
•при оперировании разъединителем эксплуатационным персоналом;
•во время грозы; при замыкании птицами (или другими посторонними предметами);
•бой (расстрел) изоляторов;
•при воздействии посторонних лиц (в частности, при оперировании под нагрузкой).
Наиболее частыми причинами повреждения узлов линейных разъединителей являются:
Контактная группа - несоосность и большой люфт осей ножей, деформация (изгиб) ножей разъединителей, низкое качество обработки поверхностей, окисление поверхностей контактов в процессе эксплуатации (алюминий), низкое качество нажимных пружин неподвижных контактов, ненадежная конструкция узла присоединения шлейфов к контактам;
Привод - большие люфты во всех соединениях, сложность регулировки тяги с рычагами подвижных колонок, заклинивание вала привода во втулках (малые зазоры, черный металл, коррозия), низкая надежность узла соединения тяги с рамой разъединителя, низкое качества сварного соединения ручки привода;
Изоляторы — низкая механическая и электрическая прочность изоляторов, изломы при оперировании, перекрытия при перенапряжениях.
Обзор современных конструкций разъединителей показал, что в последнее время все большее применение находят разъединители РЛК с электромеханическим приводом [7-9 и др.]. Одним из узких мест при эксплуатации таких разъединителей может стать неуправляемость при неисправности источника питания электромеханического привода разъединителя.
Поэтому разработка конструкций и обоснование параметров разъединителей на 6-10 кВ для систем сельского электроснабжения, обеспечивающих повышение надежности систем электроснабжения, является важной научной задачей.
Материалы и методы исследований. В основу приведенных исследований
положены методы патентного поиска и анализа конструкций электротехнического
оборудования, а также методы анализа структурных схем автоматического управления электромеханических систем.
Разработка структурной схемы разъединителя с электромеханическим приводом. Для повышения надежности работы разъединителя предлагается конструкция, структурная схема, которой показанная на рисунке 1. Основу структурной схемы разъединителя составляет разъединитель РЛК с электромеханическим приводом. Однако внесены изменения в электрическую часть управления коммутацией разъединителя.
Принцип работы разъединителя состоит в том, что для привода механической части используется электромагнит постоянного тока ЭМ получающий питание через блок коммутации цепи питания электромеханического привода БК от аккумуляторной батареи АБ. Блок коммутации цепи питания электромеханического привода БК управляется дистанционно через систему дистанционного управления электромеханическим приводом СДУ. Зарядка аккумуляторной батареи может осуществляться через трансформаторы тока ТА, выпрямитель УЭ, блок зарядки и стабилизации тока зарядки БЗ и гибридный контроллер зарядки КЗ. В тоже время, зарядка аккумуляторной батареи может осуществляться через гибридный контроллер зарядки КЗ фотоэлектрического модуля ФЭС. В этом случае управление коммутацией разъединителя может осуществляться независимо, благодаря зарядке аккумулятора от фотоэлектрического модуля ФЭС. При отсутствии достаточного солнечного излучения подзарядка аккумуляторной батареи происходит через трансформаторы тока ТА, выпрямитель УЭ, блок зарядки и стабилизации тока зарядки БЗ и гибридный контроллер зарядки КЗ.
QS - разъединитель; ЭМ электромеханический привод; VD - выпрямитель;
ТА - трансформатор тока; БЗ - блок зарядки аккумулятора; КЗ - контроллер зарядки;
АБ - аккумуляторная батарея; ФЭС - фотоэлектрический модуль; СДУ - система дистанционного управления электромеханическим приводом; БК - блок коммутации цепи
питания электромеханического привода Рисунок 1 - Схема управления разъединителем
Для практического использования устройства необходимо: определить параметры электромагнита; рассчитать мощность фотоэлектрической станции; выбрать аккумуляторную батарею и гибридный контроллер; выполнить (изготовить) блок коммутации и системы дистанционного управления электромеханическим приводом.
Расчет мощности фотоэлектрической станции и выбор аккумулятора для дистанционного привода разъединителя.
Расчет мощности фотоэлектрической станции и выбор аккумулятора для дистанционного привода разъединителя можно провести на основе предлагаемой ниже методики.
Мощность фотоэлектрической станции определяется мощностью аккумуляторной батареи для привода разъединителя. Напряжения питания электромагнита привода разъединителя составляет Un = 12 В, а токовая нагрузка определяется величиной магнитодвижущей силы.
При токовой нагрузке I требуемая мощность фотоэлектрической станции составит:
Рфэ = Uni . (1)
Энергия запасенная ШАБ аккумуляторной батареей зависит от ее емкости ЕАБ и напряжения Un:
^АБ = ЕАБип , (2)
В расчете на суточный цикл работы солнечных модулей мощность аккумуляторной батареи составит:
Раб = £"аб^/24 , (3)
Для предотвращения полной разрядки аккумуляторной батареи принимаем:
РАБ = 0,7РфЭ. (4)
Тогда расчетная емкость аккумуляторной батареи составит:
Еаб = 0,7 ■ 24 ■ Рфэ/иа . (5)
Расчеты показывают, что при токовой нагрузке / = 2,5 А и напряжении питания Uu = 12 В мощность фотоэлектрической станции составит Рфэ= 30 Вт, а расчетная емкость аккумуляторной батареи составит £Аб = 42 Ач.
Таким образом, для обеспечения электропитания привода разъединителя необходимо иметь солнечный модуль мощностью 25 Вт и аккумуляторную батарею емкостью 40 Ач.
Выбор электрооборудования системы электропитания привода разъединителя.
Согласно структурной схеме представленной на рисунке 1 для электропитания привода разъединителя необходимо иметь фотоэлектрический модуль, аккумуляторную батарею и микроконтроллер для управления процессом зарядки аккумулятора.
В настоящее время на рынке предлагаются различные типы фотоэлектрических модулей мощностью от 7 Вт и более, такие как ФСМ-М, ФСМ-П, ФСМ-МТ, ФСМ-F и другие [10-11 и др.]. Разработаны и выпускаются различные по конструкции, принципу действия и условиям работы аккумуляторные батареи (АКБ), поэтому всегда есть возможность выбрать интересующую модель по предъявляемым к ней требованиям. Существующие виды АКБ, используемые в составе солнечных электростанций, включают: автомобильные аккумуляторы (WET); аккумуляторы AGM и GEL; аккумуляторы OPzS; щелочные аккумуляторы; литиевые АКБ. Выбор АКБ определяется в каждом случае индивидуально с учетом контроллера зарядки аккумулятора.
Контроллер заряда аккумулятора - это устройство, которое позволяет обеспечить правильные режимы заряда аккумулятора. Выбор этого устройства, как правило, чисто технический момент, за исключением выбора типа контроллера MPPT или ШИМ. Иногда контроллер заряда может быть встроен в инвертор.
Заключение.
Разработана структурная схема разъединителя, основу которой составляет разъединитель РЛК с электромеханическим приводом с измененной электрической частью управления коммутацией. Предложена методика расчета мощности фотоэлектрической станции и выбор аккумулятора для дистанционного привода разъединителя.
Приведенные результаты исследований являются актуальными при совершенствовании систем дистанционного управления разъединителями в сетях 6-10 кВ.
Список использованных источников:
1 Васильев, А. А. Электрическая часть станций и подстанций / А. А. Васильев, И. П. Крючков, Е. Ф. Наяшкова, М. Н. Околович.- М.: Энергоатомиздат, 1990.
2. Вендин, С. В. Оценка эффективности мероприятий по снижению несимметрии и несинусоидальности в распределительных сетях 0,4-10 кВ / С. В. Вендин, С. В. Килин, С. В. Соловьёв // Инновации в АПК: проблемы и перспективы. 2018. № 2 (18). С. 3-19.
3. Вендин, С. В. Экспериментальные исследования несинусоидальности и несимметрии напряжений в электрических сетях 10 кВ / С. В. Вендин, С. В. Соловьев, С. В. Килин // Вестник ВИЭСХ. 2018. № 3 (32). С. 18-25.
4. Виноградов, А. В. Анализ основных составляющих эффективности систем электроснабжения сельских потребителей / А. В. Виноградов, А. В. Виноградова // Вестник Казанского государственного аграрного университета. - 2019. - №3 (54). - С. 96-102.
5. Виноградов, А. В. Отключения в электрических сетях 0,4 кВ: количество, причины и контрмеры /А. В. Виноградов, В. Е. Большев, А. В. Виноградова // Вестник Казанского
государственного аграрного университета. - 2020. - №2 (58). - С. 77-81.
6. Кудрин, Б. И. Электроснабжение промышленных предприятий: Учебник для студентов высших учебных заведений/ Б. И. Кудрин.- М.: Интермент Инжиниринг, 2005.-672с.:ил.
7. Макаров, Ю. В. Высоковольтные разъединители: назначение, устройство, эксплуатация / Режим доступа: https://www.asutpp.ru/vysokovoltnye-razediniteli.html
8. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. Изд.5-е.-Ростов н/Д: Феникс, 2006.-320с.
9. Разъединители высоковольтные 10 кВ. / Режим доступа: https://grantek-svet.ru/catalog/Razediniteli vysokovoltnye/10-kv.php
10. Расчёт солнечных батарей / Режим доступа: http://e-veterok.ru/095-solnehnye-batarei-vraschyot.php
11. Солнечные модули ФСМ / Режим доступа: https://energo-souz.ru/moduli-fsm
Тришин Дмитрий Николаевич, аспирант, ФГБОУ ВО Белгородский ГАУ, [email protected]
Вендин Сергей Владимирович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой, ФГБОУ ВО Белгородский ГАУ, [email protected]
DEVELOPMENT OF A CONNECTOR CONTROL SCHEME IN 6-10KV NETWORKS
Trishin D.N., Vendin S.V.
FGBOU VO Belgorod SAU
Abstract: The article presents the results of research on the development of a circuit for remote control of a disconnector in 6-10 kV networks for rural power supply systems in order to increase the reliability of power supply systems. The device is based on an RLC disconnector with an electromechanical drive, as well as a rectifier, a current transformer, a battery charging unit, a charging controller, a storage battery, a photovoltaic module, a remote control system for an electromechanical drive and a switching unit for the power supply circuit of an electromechanical drive. The principle of operation of the disconnector is that a direct current electromagnet is used to drive the mechanical part, which receives power through the switching unit of the power supply circuit of the electromechanical drive from the battery. The switching unit of the power supply circuit of the electromechanical drive is controlled remotely through the remote control system of the electromechanical drive. Also presented is a method for calculating the power of a photovoltaic power plant and choosing a battery for a remote drive of a disconnector. To provide power supply to the disconnector drive, it is necessary to have a solar module with a power of 25 W and a storage battery with a capacity of 40 Ah. Possible options for choosing the electrical equipment of the disconnector drive power supply system are also considered.
Key words: power supply, 6-10 kV networks, disconnectors, electromechanical drive, control circuit, remote control.
Trishin Dmitry Nikolaevich, postgraduate student, Belgorod State Agrarian University, [email protected] Vendin Sergey Vladimirovich, Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department, Belgorod State Agrarian University, [email protected]
