УДК 621.31

К ВОПРОСУ ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННОЙ АВТОМАТИЗАЦИИ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

Умбеткулов Ертуган Кожагулович1, Калдыбайулы Ильяс2
1Казахский национальный аграрный университет, г.Алматы, кандидат технических наук, профессор кафедры энергосбережения
2Казахский национальный аграрный университет, г.Алматы, магистрант кафедры энергосбережения

Аннотация
В статье рассматриваются вопросы децентрализованной автоматизации работы распределительных электрических сетей в аварийных режимах на основе применения многофункциональных реклоузеров. Приведены возможные функции реклоузеров. На примере типовой схемы распределительной электрической сети проведены сравнительные технико-экономические расчеты вариантов с реконструкцией всего фидера на основе замены линейного оборудования и автоматизации сети с применением вакуумных реклоузеров на отдельных участках сети.

Ключевые слова: , , ,


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Умбеткулов Е.К., Калдыбайулы И. К вопросу децентрализованной автоматизации распределительных электрических сетей // Современные научные исследования и инновации. 2020. № 3 [Электронный ресурс]. URL: https://web.snauka.ru/issues/2020/03/91684 (дата обращения: 19.01.2022).

Развитие автоматизации распределительных электрических сетей позволяет значительно сэкономить затраты в основные средства. При этом улучшается операционную эффективность, надежность и качество обслуживания потребителей и обеспечивается лучший возврат инвестиций во внедрение инновационных технологий Smart Grid [1, с.35].
В электроэнергетической отрасли получили применение три ключевые подсистемы Smart Grid:

  • Автоматизированные системы управления активами и режимами сетевой компании (DMS)→ выбор оптимальных стратегий развития на основании объективных данных;
  • Автоматизированные системы управления аварийными режимами работы сетей (DA) → минимизация последствий повреждений в сети;
  • Автоматизированные системы управления энергопотреблением (AMS) → оптимизация режимов энергопотребления и минимизация потерь электрической энергии.

В настоящее время наибольшее распространение получила подсистема – минимизации последствий повреждений в сети. Практической реализацией этой подсистемы Smart Grid (DA) является система децентрализованной автоматизации работы распределительных сетей в аварийных режимах, основанной на принципах автоматического секционирования воздушных линий электропередачи с применением многофункциональных автоматических пунктов секционирования – реклоузеров [2, с.26]. Каждый отдельный секционирующий аппарат является интеллектуальным устройством, которое анализирует режимы работы электрической сети и автоматически производит ее реконфигурацию в аварийных режимах, то есть локализацию места повреждения и восстановление электроснабжения потребителей неповрежденных участков сети.
Особенность децентрализованного принципа заключается в том, что система выполняет свои основные задачи самостоятельно (без координации из центра). Тем самым реализуется одно из преимуществ децентрализованного подхода: исключение влияния «человеческого фактора», поскольку отключение короткого замыкания и локализация повреждения происходят автоматически. Время восстановления питания на неповрежденных участках сети сокращается до секунд, и, как следствие, снижается риск нанесения ущерба потребителям электрической энергии.
Реклоузеры, представляют собой совокупность вакуумного коммутационного модуля со встроенной системой измерения токов и напряжений и шкафа управления с микропроцессорной системой защит и автоматики и выполняет следующие функции [2, с.26]:

  • оперативные переключения в распределительной сети (местная и дистанционная реконфигурации);
  • автоматическое отключение поврежденного участка;
  • автоматическое повторное включение линии (АПВ);
  • автоматическое выделение поврежденного участка;
  • автоматическое восстановление питания на неповрежденных участках сети (АВР);
  • сбор, обработку и передачу информации о параметрах режимов работы сети и состоянии собственных элементов.

В среднем на типовой фидер 10 кВ с односторонним питанием требуется установка одного-двух реклоузеров. На кольцевой схеме, когда имеется два центра питания и точка нормального разрыва сети, в большинстве случаев устанавливается от трёх до пяти реклоузеров. Затраты на приобретение и установку одного аппарата (в зависимости от места монтажа, состава оборудования) могут колебаться в пределах от 4000 тыс. тенге до 6 млн тенге.
Эффективность внедрения реклоузеров, вместо замены линейного оборудования и оборудования, рассмотрим на примере схемы электрической сети, представленной на рисунке 1.

 

Рисунок 1 – Схема электрической сети с реклоузерами

Расчетная схема электрической сети имеет следующие характеристики:

  • Протяженность по магистрали – 15км;
  • Протяженность ответвлений до потребителей -все по 2 км;
  • Протяженность линии между секционирующими устройствами – по 5 км;
  • Все нагрузки одинаковы – по 400 кВт;
  • Коэффициент загрузки – 1;
  • Стоимость капитального строительства 1 км воздушной линии (ВЛ) – 4800 тыс.тенге;
  • Стоимость капитальных затрат на установку одного реклоузера – 4 200 тыс.тенге.

Рассматриваемый участок характеризуется высокой повреждаемостью и длительным временем восстановления электроснабжения:

  • удельное количество повреждений на фидере составляет 10 отключений на 100 км в год;
  • среднее время восстановления электроснабжения – 6 часов;

Для повышения надежности электроснабжения потребителей, снижения текущих издержек и ущерба сетевой компаний предлагается рассмотреть два варианта реконструкции сети:

  • Вариант 1 – проводится полная реконструкция фидера с заменой проводов линий, опор и линейной арматуры.
  • Вариант 2 – в схеме существующей сети устанавливаются реклоузеры (рисунок 1).

Реклоузеры предлагается установить таким образом, чтобы:

  • максимальное количество потребителей были подключены к магистральным участкам сети;
  • произведение суммарной длины линий на мощность для каждого участка были одного порядка, тем самым обеспечивается минимальное значение недоотпуска электрической энергии по фидеру в целом, что в конечном итоге, определяет максимальные значения параметров надежности электроснабжения для фидеров в целом.

Проведем упрощенные расчеты показателей надежности по методике для различных вариантов реконструкции [3, с.55]:
Исходный вариант схемы:

где:  - годовой недоотпуск электроэнергии в исходной схеме, кВт·ч/год;
 - удельная частота повреждений ВЛ 10 кВ (1/ на 100 км в год);
 - среднее время восстановления одного устойчивого повреждения, часы;
 - длина линии, км;
 - мощность трансформатора потребительской подстанции, кВт;
 - коэффицент загрузки.

где:  - количество отключений потребителей в исходной схеме, откл./год;

,

где:  – общая продолжительность отключения потребителей в исходной схеме, ч/год.

Вариант 1 – реконструкция с заменой оборудования всего фидера новым
Согласно статистическим данным, около 50 % повреждений линий связано с падением деревьев и их приближением, перекрытием птицами и т.д. Остальные 50 %, как правило, связаны с техническим состоянием линий. Таким образом, при реконструкции ВЛ частота отказов снизится на 50 % по сравнению с исходным вариантом.
Также следует учесть, что при строительстве новой ВЛ будут устранены скрытые дефекты (трещины в изоляторах, износ арматуры и т.д.), что позволит сократить время поиска повреждения, и как следствие среднее время восстановления энергоснабжения сократится в среднем, на 25 %:

где: 

Капитальные затраты:

Вариант 2 – автоматизация сети с применением вакуумных реклоузеров

 ,

где:  - коэффицент, учитывающий влияние децентрализованной системы секционирования на общее время восстановления электроснабжения,
 - коэффициент, учитывающий влияние децентрализованной системы секционирования линий на количество аварийных отключений.

Капитальные затраты:

По результатам проведенных расчетов видно, что показатели надежности существенно выше в варианте реконструкции сети с применением реклоузеров.
Оценка эффекта от капитальных вложений показала, что по сравнению с вариантом замены всех линий новыми, реконструировать существующие фидера только с применением реклоузеров значительно выгоднее.
Приведенные укрупненные расчеты не учитывают целого ряда факторов. Однако они наглядно иллюстрируют, что реализация отдельных подсистем Smart Grid в электрических сетях, в частности их децентрализованная автоматизация с применением реклоузеров, позволяет добиваться радикального повышения надежности электроснабжения без глобальной реконструкции.
Значительная часть существующих распределительных электрических сетей проходит в труднодоступных местах, плотность нагрузки имеет резко неоднородный характер, большая часть повреждений происходит на отпайках. Поэтому в каждом конкретном случае необходимо проводить многофакторную оценку различных вариантов повышения показателей эффективности.
Проектирование и реализация электрических сетей 6-10 кВ с применением реклоузеров позволит в недалеком будущем вывести распределительные сети среднего напряжения на новый уровень автоматизации и управления.


Библиографический список
  1. Интеллектуальные распределительные сети / Д. Скворцов //Новости электротехники. – 2012.- 3(75).
  2. В. Воротницкий, С. Бузин. Реклоузер – новый уровень автоматизации и управления ВЛ 6 (10) кВ // Новости электротехники. – 2005. – №3 (33).
  3. Б.К. Максимов, В.В. Воротницкий «Оценка эффективности автоматического секционирования воздушных распределительных сетей 6(10) кВ с применением реклоузеров с целью повышения надежности электроснабжения потребителей» // Электротехника.- 2005.- N 10.


Количество просмотров публикации: Please wait

Все статьи автора «Умбеткулов Ертуган Кожагулович»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация