CC BY
10УДК 621.316.31:621.316.1
СХЕМА УСТРОЙСТВА ДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ НА УЧАСТКИ
2 1 1 12 3
Гареев Т.В. , Букреев А.В. , Виноградова А.В. , Виноградов А.В. ' '
1ФГБНУ ФНАЦ ВИМ 2ФГБОУ ВО «РГАУ МСХА имени К.А. Тимирязева» 3ФГБОУ ВО Орловский ГАУ
Аннотация. Секционирование и резервирование электрических сетей 0,4 кВ - один из способов повышения эффективности систем электроснабжения сельского хозяйства, повышения надёжности электроснабжения сельских потребителей, снижения потерь электроэнергии в сельских электрических сетях. Существует необходимость разработки новых устройств секционирования, обладающих сниженной стоимостью по сравнению с существующими и позволяющих дополнить, расширить возможности применения существующих устройств. Одним из таких средств секционирования является устройство деления электрической сети на участки (УДС). Ранее разработаны структурная схема УДС, принципы его применения в сельских электрических сетях 0,4 кВ, алгоритм работы. В настоящей работе разработана электрическая схема устройства, выполнено её описание. Данная схема позволяет реализовать алгоритмы работы УДС, а применение устройства -повысить надёжность электроснабжения потребителей.
Ключевые слова: электроснабжение, секционирование и резервирование, устройство секционирования, устройство деления сети, электрические сети 0,4 кВ, электрическая схема.
Введение.
Управление конфигурацией распределительных электрических сетей является актуальным направлением повышения эффективности систем электроснабжения сельского хозяйства, повышения надёжности электроснабжения сельских потребителей, снижения потерь электроэнергии в сельских электрических сетях. Эти и другие вопросы управления конфигурацией электрических сетей рассмотрены в работах отечественных и зарубежных авторов [1 - 7].
Одним из устройств секционирования и резервирования сельских электрических сетей 0,4 кВ является устройство деления электрической сети (УДС). [8]. Его усовершенствованная структурная схема, алгоритм работы, особенности применения рассмотрены в работах [9 - 11]. В данных работах указана необходимость разработки УДС с целью снижения стоимости устройств секционирования, обеспечения возможности применения других устройств секционирования и резервирования, предотвращения фактов несанкционированной подачи напряжения в электрические сети, для других целей [9 - 11].
Устройство деления электрической сети на участки позволяет проводить секционирование линии электропередачи, обеспечивает информирование диспетчера сети об отключениях как самого устройства с указанием причин, так и о параметрах режимов работы электрической сети в точке установки устройства.
За счет устройства повышаются возможности автоматизации электрических сетей 0,4 кВ, особенно с учетом интеграции устройства в связанную работу с другими устройствами,
установленными в электрической сети. В конечном итоге применение устройства деления электрической сети на участки повышает наблюдаемость электрической сети и ее управляемость, способствуя сокращению времени перерывов в электроснабжении потребителей при аварийных отключениях и при плановом обслуживании линии электропередачи.
Материалы и методы. В работе применялся литературный обзор, методы инженерной деятельности. Электрическая схема устройства разрабатывалась на основе структурной схемы, приведённой в [9].
Результаты и обсуждение.
На рисунке 1 показана разработанная электрическая схема УДС.
Рисунок 1 - Электрическая схема УДС
Устройство деления электрической сети на участки содержит: QF1-QF2 -автоматические выключатели, QW1-QW3 - выключатели нагрузки, FV1 - ограничитель перенапряжения, ТА1-ТА3 - датчики тока, КЬ1-НЬ7 - сигнальные лампы, КМ1-коммутационный аппарат, БУиС - блок управления и связи.
Основным элементом устройства деления электрической сети на участки является блок управления и связи БУиС, который планируется выполнить в пластиковом корпусе с
отверстиями для клеммников. Корпус приспособлен для крепления на стандартную 35 мм Din-рейку. Материал корпуса - пластик PETG.
Устройство устанавливается в разрыв линии электропередачи в расчётном месте, которое определяется в зависимости от непосредственного назначения устройства, например, по методике, приведённой в [12]
Выключатели нагрузки QW1, QW3 служат для создания разрыва между КМ1 и участками ЛЭП до и после устройства секционирования. QW2 необходим для ручного включения/отключения КМ1, например, для обслуживания устройства, или участка ЛЭП за ним. Датчики тока ДТ1-ДТ3 осуществляет контроль тока, протекающего через силовую цепь устройства и передают данные о значении тока в БУиС. Датчик напряжения ДН4 осуществляет контроль напряжения до и после КМ1 и передаёт данные о значении напряжения в БУиС. Сигнальные лампы HL1-HL3 сигнализирует о наличии/отсутствии напряжения на вводе устройства, HL5-HL7 сигнализирует о наличии/отсутствии напряжения после КМ1, HL4 сигнализирует о наличии/отсутствии питания БУиС.
В БУиС заложены алгоритмы управления устройством секционирования [11], а также мониторинга параметров режимов работы электрической сети в точке установки устройства. По соотношению значений напряжения до и после КМ1, значения тока определяет случаи отключения напряжения на головном участке ЛЭП (напряжение исчезнет с двух сторон от КМ1 при отсутствии тока КЗ), случаи отказа КМ1 (напряжение исчезнет после КМ1, ток короткого замыкания отсутствовал), ручного отключения устройства и другие. На основании этого БУиС формирует, при необходимости, команды управления КМ1, сообщения для системы телемеханики электрической сети.
БУиС имеет встроенный порт RS-485. Контакты разъема выведены на клеммы. Порт предназначен для: организации связи с другими устройствами по интерфейсу RS-485 по протоколу ModBus в режиме Slave; для связи с ПК. Необходимо использовать преобразователь интерфейсов RS-485/RS-232 или RS-485/USB. По умолчанию порт RS-485 имеет следующие сетевые настройки: скорость: 19200 бит/с; длина слова данных: 8 бит; контроль четности: отсутствует; адрес: 1.
Получая информацию об результатах работы УДС в сети, диспетчер сети оперативно принимает решение о дальнейших действиях, что позволяет сократить время перерывов в электроснабжении потребителей. разработанная схема позволяет предотвратить необоснованные перерывы в электроснабжении потребителей и повышает электробезопасность, обеспечивая отключение удалённых токов коротких замыканий, выделяя повреждённый участок. Возможность ручного отключения УДС позволяет повысить электробезопасность и сократить перерывы в электроснабжении потребителей при плановом ремонте и обслуживании участка ЛЭП за УДС при его использовании для секционирования, или с обеих сторон от устройства при его применении в кольцевой сети
[9].
Выводы.
Обзор литературы выявил актуальность разработки устройств секционирования электрических сетей, в том числе устройства деления электрической сети на участки. Ранее разработаны структурная схема УДС, принципы его применения в сельских электрических сетях 0,4 кВ, алгоритм работы. В настоящей работе разработана электрическая схема устройства, выполнено её описание. Данная схема позволяет реализовать алгоритмы работы УДС, а применение устройства - повысить надёжность электроснабжения потребителей.
Библиографический список
1. Prakash D.B., Lakshminarayana C. Multiple DG placements in radial distribution system for multi objectives using Whale Optimization Algorithm // Alexandria Engineering Journal. Elsevier, 2018. Vol. 57, № 4. P. 2797-2806.
2. Conti S. Analysis of distribution network protection issues in presence of dispersed generation // Electric Power Systems Research. Elsevier, 2009. Vol. 79, № 1. P. 49-56/
3. Lueken C., Carvalho P.M.S., Apt J. Distribution grid reconfiguration reduces power losses and helps integrate renewables // Energy Policy. Elsevier, 2012. Vol. 48. P. 260-273.
4. Taleski R., Rajicic D. Distribution network reconfiguration for energy loss reduction // IEEE Transactions on Power Systems. 1997. Vol. 12, № 1. P. 398-406.
5. Carvalho P.M.S., Correia P.F., Ferreira L.A.F.M. Mitigation of interruption reimbursements by periodic network reconfiguration: Risk-based versus expected-value optimization // IEEE Transactions on Power Systems. 2007. Vol. 22, № 2. P. 845-850.
6. Kashem M.A., Ganapathy V., Jasmon G.B. Network reconfiguration for enhancement of voltage stability in distribution networks // IEE Proceedings: Generation, Transmission and Distribution. 2000. Vol. 147, № 3. P. 171-175.
7. Виноградов А.В. Принципы управления конфигурацией сельских электрических сетей и технические средства их реализации. Монография. — Орёл: изд-во «Картуш», 2022. — 392 с..
8. Патент № 2767501 Российская Федерация, МПК H02B 7/00. Устройство секционирования линии электропередачи / Виноградов А.В., Виноградова А.В., Букреев А.В., Псарев А.И., Бородин М.В,, Лансберг А.А,, Панфилов А.А., Седых И.А. // Заявитель и патентообладатель ФГБНУ ФНАЦ ВИМ. - Заявка 2021115792, заявлено 02.06.2021; опубл. 17.03.2022, Бюл. № 8
9. Виноградов А.В., Виноградова А.В., Гареев Т.В. Совершенствование схемы устройства секционирования линии электропередачи 0,4 кВ. Агротехника и энергообеспечение. - 2022. - №2 (35). - С. 5-13.
10. Виноградова А.В., Виноградов А.В. Устройство деления электрической сети и вариант его применения // Электротехнологии и электрооборудование в АПК. 2022. Т. 69. N2(47). С. 42-46. DOI 10.22314/2658-4859-2022-69-2-42-46. EDN GTUDIY.
11. Большев В.Е., Виноградова А.В., Виноградов А.В., Букреев А.В., Сорокин Н.С. Алгоритм работы устройства деления электрической сети // Электротехнологии и электрооборудование в АПК. 2022. Т. 69. N3(48). С. 36-42. DOI 10.22314/2658-4859-2022-693-36-42. EDN HYSLHN.
12. Vinogradova, A., Vinogradov, A., Bolshev, V., Izmailov, A., Dorokhov, A., & Bukreev, A. Allocation of 0.4 kV PTL Sectionalizing Units under Criteria of Sensitivity Limits and Power Supply Reliability //Applied Sciences. - 2021. - Т. 11. - №. 24. - С. 11608. https://doi.org/10.3390/app112411608.
Bibliography
1. Prakash D.B., Lakshminarayana C. Multiple DG placements in radial distribution system for multi objectives using Whale Optimization Algorithm // Alexandria Engineering Journal. Elsevier, 2018. Vol. 57, No. 4. P. 2797-2806.
2. Conti S. Analysis of distribution network protection issues in the presence of dispersed generation // Electric Power Systems Research. Elsevier, 2009. Vol. 79, No. 1. P. 49-56/
3. Lueken C., Carvalho P.M.S., Apt J. Distribution grid reconfiguration reduces power losses and helps integrate renewables // Energy Policy. Elsevier, 2012. Vol. 48. P. 260-273.
4. Taleski R., Rajicic D. Distribution network reconfiguration for energy loss reduction // IEEE Transactions on Power Systems. 1997 Vol. 12, No. 1. P. 398-406.
5. Carvalho P.M.S., Correia P.F., Ferreira L.A.F.M. Mitigation of interruption reimbursements by periodic network reconfiguration: Risk-based versus expected-value optimization // IEEE Transactions on Power Systems. 2007 Vol. 22, No. 2. P. 845-850.
6. Kashem M.A., Ganapathy V., Jasmon G.B. Network reconfiguration for enhancement of voltage stability in distribution networks // IEE Proceedings: Generation, Transmission and Distribution. 2000 Vol. 147, No. 3. P. 171-175.
7. Vinogradov A.V. Principles of configuration management of rural electrical networks and technical means of their implementation. Monograph. - Eagle: publishing house "Kartush", 2022. - 392 p ..
8. Patent No. 2767501 Russian Federation, IPC H02B 7/00. Power line sectioning device / Vinogradov A.V., Vinogradova A.V., Bukreev A.V., Psarev A.I., Borodin M.V., Lansberg A.A., Panfilov A.A., Sedykh I. A. // Applicant and patent holder FGBNU FNATS VIM. -Application 2021115792, submitted on 06/02/2021; publ. 03/17/2022, Bull. No. 8
9. Vinogradov A.V., Vinogradova A.V., Gareev T.V. Improving the scheme of the device for sectioning the power line 0.4 kV. Agricultural technology and energy supply. - 2022. -No. 2 (35). - P. 5-13.
10. Vinogradova A.V., Vinogradov A.V. The device for dividing the electrical network and a variant of its application // Electrical technologies and electrical equipment in the agroindustrial complex. 2022. V. 69. N2(47). pp. 42-46. DOI 10.22314/2658-4859-2022-69-2-4246. EDN GTUDIY.
11. Bolshev V.E., Vinogradova A.V., Vinogradov A.V., Bukreev A.V., Sorokin N.S. Algorithm for the operation of the device for dividing the electrical network // Electrotechnologies and electrical equipment in the agrarian and industrial complex. 2022. Vol. 69. N3(48). pp. 36-42. DOI 10.22314/2658-4859-2022-69-3-36-42. EDN HYSLHN.
12. Vinogradova, A., Vinogradov, A., Bolshev, V., Izmailov, A., Dorokhov, A., & Bukreev, A. Allocation of 0.4 kV PTL Sectionalizing Units under Criteria of Sensitivity Limits and Power Supply Reliability // Applied Sciences. - 2021. - T. 11. - No. 24. - P. 11608. https://doi.org/10.3390/app112411608.
Александр Владимирович Виноградов, д.т.н., доцент, руководитель научного направления, заведующий лабораторией электроснабжения и теплообеспечения ФГБНУ
ФНАЦВИМ, профессор кафедры «Электроснабжение» Орловского ГАУ, профессор кафедры электроснабжения и электротехники имени академика И.А. Будзко РГА У-МСХА
имени К.А. Тимирязева winaleksandr@gmail.com Алексей Валерьевич Букреев, к.т.н., старший научный сотрудник лаборатории электроснабжения и теплообеспечения ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, skiffdark@mail.ru Алина Васильевна Виноградова, к.т.н., ведущий научный сотрудник лаборатории электроснабжения и теплообеспечения ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, alinawin@rambler.ru
Тимур Валерьевич Гареев, магистрант ФГБОУВО РГАУ-МСХА имени К.А.
Тимирязева, roshal15@mail.ru
ELECTRICAL SCHEME OF THE DIVISION DEVICE ELECTRIC NETWORK TO THE
PLOTS
12 1 1 2 Vinogradov A.V. ' , Bukreev A.V. , Vinogradova A.V. , Gareev T.V.
*FGBNU FNATS VIM FGBOU VO "RSAU Moscow Agricultural Academy named after K.A. Timiryazev"
Abstract. Sectioning and redundancy of 0.4 kV electrical networks is one of the ways to increase the efficiency of agricultural power supply systems, increase the reliability of power supply to rural consumers, and reduce electricity losses in rural electrical networks. There is a need to develop new partitioning devices that have a reduced cost compared to existing ones and allow supplementing and expanding the possibilities of using existing devices. The device for dividing the electrical network into sections (UDS) is one of such means of sectioning. Earlier, a block diagram of the UDS, the principles of its application in rural electrical networks of 0.4 kV, and an operation algorithm were developed. In this paper, an electrical circuit of the device is developed, its description is made. This scheme allows to implement the algorithms of the UDS, and the use of the device - to increase the reliability of power supply to consumers.
Key words: power supply, sectioning and redundancy, sectioning device, network division device, 0.4 kV electrical networks, electrical circuit.
Timur Valerievich Gareev, Master of the Russian State Agrarian University named after
K.A. Timiryazev, roshal15@mail.ru Alexander Vinogradov, PhD in Engineering, Associate Professor, Head of the Laboratory for Electricity and Heat Supply, Moscow, Federal Scientific Agroengineering Center VIM, Professor of the Department of Power Supply of the Oryol State Agrarian University, Professor of the Department of Power Supply and Electrical Engineering named after Academician I.A. Budzko RGAU-MSHA named after K.A. Timiryazev, +79202879024, 109428, Moscow, 1st Institutsky
proezd, 5, e-mail: winaleksandr@gmail.com Aleksey V. Bukreev, Ph.D., Senior Researcher, Laboratory of Power Supply and Heat Supply, FGBNU FNAC VIM, skiffdark@mail.ru Alina Vasilievna Vinogradova, Ph.D., Leading Researcher, Laboratory of Electricity and Heat Supply, FGBNU FNAC VIM, alinawin@rambler.ru
