Сокращение времени переключения на резервное электроснабжение в сельских распределительных сетях 6-10 кв Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.317.312

С.М. Астахов, кандидат технических наук ФГОУ ВПО Орел ГАУ

СОКРАЩЕНИЕ ВРЕМЕНИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ НА РЕЗЕРВНОЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ В СЕЛЬСКИХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ 6-10 КВ

В статье рассмотрена возможность сокращения времени перевода потребителей на резервное питание в сельских распределительных сетях 6-10 кВ. Представлен алгоритм сокращения времени, на основе которого могут быть созданы средства для реализации способа сокращения времени перекл ючения на резервное эл ектроснабжение.

Основная задача сетевого автоматического включения резерва (АВР) заключается в обеспечении резервным электроснабжением потребителей при выходе из строя их основного источника питания. Как правило, АВР применяется в электрических распределительных сетях для повышения надежности электроснабжения ответственных потребителей, когда нарушение их технологического процесса приводит к значительному народнохозяйственному ущербу. Для этих потребите ей, как известно, важен не то ько факт их перевода на резервное питание, но и уменьшение д ите ьности перерывов в электроснабжении. Это обстоятельство предполагает сокращение времени и при перек ючении потребите ей на резервный источник питания.

К сожалению, традиционные способы сетевых АВР имеют значительные выдержки времени, и возможности их уменьшения не достаточно исс едованы.

На рисунок 1 представлена кольцевая линия э ектропередачи с двумя источниками питания (условно ИП1 и ИП2). Эта л иния состоит из двух радиальных л иний '1 и W2, объединенных сетевым АВР. Линия '1 подключена к источнику питания ИП1 через выключател ь ввода 0В1, а линия '2 - к источнику ИП2 через выключатель его ввода 0В2. Выключатели отходящих линий 01 и 05 - головные выключатели линий '1 и '2. Секционирующие выключатели 02 и 04 и пункт АВР с выключателем

03. Все выключател и имеют токовые защиты, настроенные селективно. На выключателях 0В1, 0В2, 02 и 04 установлены устройства однократного автоматического повторного включения (АПВ), а на выключателях 01 и 05 - АПВ двукратного действия. Так же будем иметь в виду, что выключател и 01, 02,

04, 05 могут быть оборудованы де ите ьной автоматикой (ДА) минимального напряжения.

Как известно, выдержки времени сетевого АВР при осуществ ении их по варианту, когда при коротком замыкании (КЗ) в точке К1 (рис. 1) 02 отключается после включения 03, определяются выражением:

1авр - (з + тапв1 + ?з + тапв2) + ?зап , (1)

где 1з - время действия защиты, отключающей КЗ

(выключателя 01 при КЗ в точке К1, рис. 1); Тапв1, Тапв2 - время первого и второго циклов АПВ выключателя, отключающего КЗ (для примера выключателя 01); ?3 -время действия защиты, ускоряемой пос е первой безтоковой паузы АПВ; ?зап - запас по времени, равный 2,5...3,5 с., в зависимости от типа используемых вык ючате ей и ре е времени.

Выражение (1) так же справедливо и при КЗ на шинах Ш1 первого источника питания или в точке К5

в самом начале отходящей линии '3, когда происходит отключение выключателя ввода 0В1.

При этом выдержка времени АВР при исчезновении напряжения до жна быть бо ьше значений с учётом выражения (1), чем время действия защиты АПВ выключателя 0В1 ил и выключателя 01.

Примем для определённости, что выключатель 0В1 имеет однократное, а выключател ь 01 -

двукратное АПВ. Тогда в соответствии с выражением (1) выдержка времени АВР дол жна быть согл асована со временем действия защиты и АПВ выключателя

01. В этом случае, есл и КЗ появится в точке К1, то произойдёт отк ючение вык ючате я и принятая выдержка АВР будет обоснована.

Однако есл и КЗ будет в точке К5, то АВР мог о бы произойти быстрее с учётом времени действия защиты и однократного АПВ выключателя ввода 0В1. Принятая же выдержка времени АВР будет иметь необоснованно завышенное значение.

В том случае, если на секционирующем выключателе 02 установлена ДА минимального напряжения, то выдержка АВР определ ится как:

?авр — 11

1 да + А , (2)

где 1да - выдержка времени срабатывания ДА минимал ьного напряжения; А? - время запаса.

В выражении (2) выдержка времени ДА минима ьного напряжения до жна быть бо ьше времени срабатывания автоматических устройств, отключающих КЗ, с учётом действия АПВ.

К5^06

0В1

О-'3—

01

о-

07

¿к;

<22 □

0В2

аочз

83

^^К2

Г-Ц авр

03 -э,

^К3

42-

04

□

05

■о

¿к

84

09

О---

Рисунок 1 - Схема распределительной сети с сетевым АВР

В соответствии с рисунком 1, ДА дол жна отк ючить вык ючате ь 02 при исчезновении напряжения со стороны источника питания ИП1 через установленное время. Исчезновение напряжения сл едует рассматривать в сл едующих случаях:

1. При отк ючении вык ючате я 01 в с учае устойчивого КЗ в точке К1;

2. При отключении выключателя ввода 0В1 в случае КЗ в точке К1 и отказе защиты л инейного выкл ючателя 01.

3. При отключении выключателя ввода 0В1 в случае КЗ на питающих шинах Ш1 ил и в точке К5.

Следует отметить, что выдержка времени ДА во втором и третьем с учаях от ичается от таковой первого с учая. При этом могут быть справед ивы соотношения:

?ДА1 - 1 ДА2,3 ; ?ДА1 = 1 ДА2,3 ; 1ДА1 < 1 ДА2,3 , (3)

где 1 да1, 1 да2 3 - выдержка времени минимального

напряжения, устанав иваемая в зависимости от рассматриваемых выше, соответственно, первого и и второго и третьего с учаев.

Справедливость выражений (3) зависит от соотношений выдержек времени защит и АПВ (как однократных, так и двукратных) д я вык ючате ей 0В1 и 01.

Чтобы учесть возможность появления указанных трёх случаев при правильном действии ДА, традиционные способы предпо агают выбор её наибо ьшей выдержки времени в соотношениях (3).

К сожалению, такой подход не оправданно в некоторых с учаях уве ичивает выдержку времени ДА, а следовательно и АВР. Для пояснения этого предположим, что вводной выключател ь 0В1 имеет однократное, а линейный 01 - двукратное АПВ. Тогда справедливо соотношение:

Т ехнические

возможности

позволяют

осуществить уменьшение времени перек ючения, современные наибо ее быстродействующие вакуумные вык ючате и имеют время отк ючения порядка 0,025^0,03 с, а время включения 0,04^0,05 с [1]. Поэтому, существует необходимость разработки огических способов, сокращения времени перехода на резервный источник питания.

Для сокращения выдержки времени АВР, как уже бы о отмечено, необходимо иметь достоверную информацию о том, какой именно вык ючате ь в инии отк ючи ся. При этом контро ь необходимо выпол нять на л инии со стороны выключателя АВР. Информационным признаком в данном случае яв яется изменение напряжения в контро ируемой линии и время бестоковой паузы АПВ выключателей 01, 02 (см. рис. 1). При этом о времени бестоковой паузы АПВ так же необходимо судить по изменению напряжения в линии. Контроль можно осуществлять по изменению как л инейных напряжений в л инии, так и по изменению напряжений обратной последовательности. На рисунке 2 приведено изменение л инейных напряжений при КЗ в точках К1 и К2 и указано время, на которое возможно сокращение времени перевода на резервное питание.

(4)

которое говорит о том, что выдержка времени ДА должна устанавливаться с учётом первого случая, т.е. должна иметь бол ьшее значение (1дА1).

Если при выбранном времени срабатывания ДА КЗ произойдёт в точке К1 и отключится выключатель

01, то неоправданного увел ичения выдержки времени не будет. В том же случае, если КЗ появится в точке К5, то с однократным АПВ отключится вводной выключатель 0В1. Поскол ьку время действия его защиты и АПВ меньше, чем у выключателя 01, то ДА мог а бы раньше отк ючить вык ючате ь 02, а в итоге, и быстрее могло бы осуществляться АВР.

Таким образом, для повышения эффективности сетевого АВР необходимо иметь информацию о том, какой из вык ючате ей в резервируемой инии отключил КЗ, чтобы автоматически изменять выдержку времени АВР в соответствии с каждым конкретным с учаем и тогда она не будет иметь неоправданно завышенных значений.

Так, есл и бы в рассматриваемых примерах стало известно, что при КЗ сработал вводной выключатель 0В1, а не л инейный 01 то можно был о бы автоматически изменить выдержку времени АВР в меньшую сторону и значите ьно скорее перейти на резервное питание.

]_____О.

|(6 47 ^ сек

' а)

б)

а) при срабатывании выключателя 01 при КЗ в точке К1 (см. рис. 1)

б) при срабатывании выключателя 02 при КЗ в точке К2 (см. рис. 1) Рисунок 2 - Диаграммы изменения напряжения в

контро ируемой точке сети

Согл асно диаграммам, 11-12, 16-17 - время

нормальной работы; 12-13 - время срабатывания защиты выключателя 01, 02; 13-14 - время выдержки АПВ выключателя 01; 13-14’ - время выдержки АПВ выключателя 02; 14-15, 14’-15’ - время срабатывания с ускорением защиты 01 и 02, соответственно; 15-16, 15 ’ -16 - время ремонта (восстановления) нормал ьного режима работы. Причем 13-14 < 13-14’.

Д я того, чтобы иметь возможность в опреде енных с учаях сокращать время выдержки АВР, был разработан способ уменьшения выдержки времени срабатывания сетевого АВР при двухфазном КЗ на одном из участков резервируемой линии [2]. При осуществ ении данного способа контро ируются инейные напряжения и напряжения обратной пос едовате ьности в резервируемой инии. При исчезновении одного из инейных напряжений и появ ении напряжения обратной пос едовате ьности в резервируемой линии, дел ается вывод, что на одном из ее участков произошло двухфазное КЗ. После

и, В

и, В

1, сек

14’

исчезновения всех инейных напряжений в

резервируемой инии, начинают отсчет максима ьной выдержки времени срабатывания сетевого АВР, с одновременным контро ем повторного появ ения напряжения обратной пос едовате ьности в этой линии, обусловленным неуспешным АПВ на двухфазное КЗ одного из секционирующих вык ючате ей, установ енных в резервируемой инии. При появ ении напряжения обратной

пос едовате ьности в этой инии и пос едующем его

исчезновении (ес и отсутствуют все инейные

напряжения) де ается вывод, что в резу ьтате неуспешного АПВ на двухфазное КЗ, произошедшее на одном из участков резервируемой инии, отключился один из секционирующих выключателей, установл енных в резервируемой л инии. В этом случае подают сигнал на срабатывание сетевого АВР, не дожидаясь окончания отсчета максима ьной выдержки времени его срабатывания.

Таким образом, выпол няется уменьшение выдержки времени срабатывания сетевого АВР при двухфазном КЗ на одном из участков резервируемой инии, что позво яет уве ичить эффективность э ектроснабжения потребите ей за счет сокращения времени перерывов в их снабжении э ектрической энергией.

Представ енный на рисунке 3 а горитм основывается на представ енном выше способе сокращения времени перек ючения потребите ей на резервный источник питания.

Начало алгоритма предусматривает наличие заложенных данных о номиналах линейных напряжений в отходящей инии, времени выдержки вык ючате я пункта сетевого АВР и минимальном пороговом значении напряжения обратной пос едовате ьности, при достижении которого де ается вывод, что произошло КЗ.

Работа блока 3 (рис. 3) обеспечивает контроль напряжения в отходящей инии, а работа б ока 4 -контро ь напряжения обратной пос едовате ьности. При выпо нении ус овия за оженного в б оке 5, б оками 6 и 7 контро ируется исчезновение всех инейных напряжений. При соб юдении ус овия заложенного в блоке 7 запускается счетчик времени и отсчитывается время, равное времени выдержки выключателя сетевого пункта АВР, что обеспечивается работой блоков 9 и 10.

При появ ении напряжения обратной последовательности, вызванного КЗ, т.е. при

выпо нении ус овия б ока 11, данный сигна запоминается б оком 12 и производится контро ь линейных напряжений (бл оки 13 и 15) и напряжений обратной пос едовате ьности (б оки 14 и 16). При появ ении хотя бы двух инейных напряжений и пос едующем появ ении напряжения обратной последовательности, вызванным КЗ, т.е. при

выпол нении условий блоков 15 и 16, бл оками 17 и 18

проверяется на ичие сигна а в б оке 12 и при

выпол нении усл овия блока 18, блок 19 начинает вести контроль л инейных напряжений.

При отсутствии всех трех л инейных напряжений, т.е. при выпо нении ус овия б ока 20, б оком 21 выдается сигна на срабатывание вык ючате я пункта АВР, причем выполнение данной операции производится и при выпол нении усл овия 10,

независимо от выполнения или не выполнения усл овия заложенного в блоке 20.

Представленный алгоритм может служить основой для создания средств реализации способа сокращения времени переключения потребителей на резервный источник питания. В данном алгоритме сигна может подаваться одновременно не то ько в схему срабатывания выключателя пункта АВР, но и на пункт сбора информации, в качестве которого может выступать персона ьный компьютер, установ енный на питающей подстанции.

Г Начал о } 1

Рисунок 3 - Алгоритм сокращения времени переключения потребителей на резервный источник питания

Литература

1. Емел ьянцев, А.Ю. Рел ейная защита сетей. Ступени селективности по времени [Текст] /

A.Ю. Емельянцев // Новости электротехники. -

2006. - №3(39).

2. Пат. 2292105 Российская Федерация, МПК7 Н 02 I 9/04. Способ уменьшения выдержки времени срабатывания сетевого автоматического вк ючения резерва при двухфазном коротком замыкании на одном из участков резервируемой л инии [Текст] /

B.Г.Васильев, А.В .Виноградов, С.М.Астахов; заявитель и патентообл адатель Орловс. гос. агр-й унт. - №2005133167/09; заявл. 27.10.2005; опубл. 20.01.2007, Бюл. №2. - 8 с.: ил.