Возможные алгоритмы работы защит и автоматики в распределительных сетях с применением реклоузеров Автоматическое секционирование воздушных линий электропередачи осуществлялось ещё с 60-х годов прошлого века. Установка секционирующих выключателей, оборудованных релейной защитой, позволяет сократить основную зону действия головной защиты линии и тем самым повысить её чувствительность. Поэтому установка секционирующих выключателей намечалось в тех точках линии, где обеспечивался нормированный коэффициент чувствительности (1,5) для головной защиты. Кроме того, секционирование сокращает зону резервирования последующих защит. При параллельном секционировании секционирующие выключатели устанавливаются на ответвлениях от основной линии, при последовательном – несколько секционирующих выключателей последовательно включаются на основной линии. Широкое распространение реклоузеров стало возможным после появления компактных и быстродействующих вакуумных выключателей, являющихся основным элементом реклоузера. Само понятие "реклоузер" возникло в США. Стандарт IEEE 37.100-1992 дает следующее определение: «Реклоузер – это автономное устройство, использующееся для автоматического отключения и повторного включения цепи переменного тока по предварительно заданной последовательности циклов отключения и повторного включения с последующим возвратом в исходное состояние, сохранением включенного положения или блокировкой в отключенном положении. Реклоузер включает в себя комплекс элементов управления, необходимых для обнаружения токов короткого замыкания и управления реклоузером». Оснащение реклоузера микропроцессорными устройствами автоматики, релейной защиты и управления позволяет автоматизировать процессы локализации повреждений и достаточно быстро восстановить электроснабжение потребителей от неповрежденной части сети в соответствии с заранее запрограммированным алгоритмом. Процесс реконфигурации сети при возникновении аварийного режима происходит децентрализовано, что значительно сокращает время восстановления питания неповрежденных потребителей (до секунд). При значительной протяженности электрической сети, достигающей 50 километров и более (вдольтрассовые линии магистральных трубо и газопроводов), может потребоваться установка значительного числа пунктов секционирования. В таких случаях в алгоритмах автоматического секционирования предусматривается отключение головного выключателя, затем автоматическое опробование поврежденного участка и при неуспешном АПВ – отключение всех реклоузеров до места повреждения. Затем производится поочередное их включение от АПВ. На весь процесс локализации повреждения в этом случае может потребоваться несколько десятков секунд. 1.Последовательное секционирование линий с односторонним питанием Используется в радиальных линиях, когда невозможно обеспечить сетевое резервирование от смежных источников. Реклоузеры устанавливаются на магистрали и на трансформаторных отпайках. Установлены селективные защиты. К1 R2 R1 R3 ~ ПС 35/10 R5 R4 К2 R6 При возникновении повреждения на линии (К1) автоматически отключается ближайший реклоузер (R2) и отключает весь нижестоящий участок сети. Эффективность схемы обусловлена возможностью по количеству отключенных потребителей точно идентифицировать поврежденный участок линии и оперативно направить ремонтную бригаду. Трансформаторные отпайки при наличии на них реклоузеров могут рассматриваться как тупиковые присоединения, на которых можно установить двухступенчатую токовую защиту – отсечку и МТЗ. Отсечка отстраивается от тока КЗ за трансформатором. На магистральных реклоузерах установлены МТЗ, селективность действия которых обеспечивается ступенчатым принципом выбора выдержек времени – выдержка времени возрастает на ступень селективности по мере приближения к источнику питания. Ток срабатывания выбирается по условию отстройки от токов самозапуска. Нужны конкретные расчеты для реальных схем. Будет ли обеспечена чувствительность МТЗ к КЗ за отпаечными трансформаторами, то есть выполняться функция дальнего резервирования? Если будет, то выдержки времени МТЗ магистральных реклоузеров дополнительно должны быть согласованы с выдержками МТЗ на отпайках. Токовые отсечки на магистральных реклоузерах могут оказаться неэффективными (если коэффициент чувствительности при КЗ вблизи места установки реклоузера в благоприятном режиме менее 1,2). 2. Секционирование линий с односторонним питанием и сетевым резервом Используется в радиальных линиях с двумя или несколькими смежными источниками питания. Возможно применение при сетевом резервировании линий 10(6) кВ от разных секций шин одного центра питания. В данном случае дополнительно к реклоузерам на магистрали устанавливается реклоузер в качестве пункта сетевого АВР. R1 К1 R3 R2 R7(АВР) ~ ПС 35/10 R4 R5 R6 При возникновении повреждения на участке линии (точка К1) селективно отключается ближайший коммутационный аппарат R1. По факту исчезновения напряжения автоматически включается реклоузер R7, работающий как пункт АВР. Включение происходит на короткое замыкание. Защиты на реклоузерах R2, R3 направленные. При отрицательном направлении потока мощности защиты автоматически переходят на другую группу уставок по времени (по возрастанию в направлении к резервному источнику питания). МТЗ на R2 имеет меньшую выдержку времени, чем на R3, поэтому R2 автоматически селективно отключается, локализуя поврежденный участок. На реклоузере, реализующем функции АВР, устанавливается максимальная выдержка времени, определяемая количеством установленных на резервируемой линии реклоузеров и принятой ступенью селективности. Эффективность схемы обусловлена возможностью автоматически локализовать повреждение в пределах одного участка и автоматически подать резервное питание не поврежденным потребителям. Посредством АВР возможно обеспечить восстановление питания потребителей целого фидера при отключении одного из центров питания. На всех реклоузерах предусмотрено АПВ (с ускорением «после АПВ»). Поэтому при определении выдержки времени ПОН (пусковой орган по напряжению), фиксирующего исчезновение напряжения со стороны резервируемой линии, необходимо учесть максимальное время срабатывания защит и время действия АПВ. При переходе на другую группу уставок при изменении направления мощности возможно изменение не только уставок по времени, но и по току, поскольку при этом изменятся токи нагрузки для каждого реклоузера и, соответственно, токи самозапуска. 3. Схема последовательного секционирования линий с сетевым резервом на примере сети с двухсторонним питанием К1 ИП1 R1 R2 R3 R6 R4(АВР) R5 R7 ~ ИП2 ~ ПС 35/10 Н1 Н2 Н3 Н4 Н5 Н6 ПС 35/10 НМ При нормальном режиме работы магистральная линия с двусторонним питанием разделена на две части секционным реклоузером, при этом каждая часть линии может рассматриваться как линия с односторонним питанием. Положительное направление мощности (НМ) принято от питающих шин в линию (показано стрелками). Уставки по времени нарастают в направлении своего источника питания, то есть t R3< tR2< tR1 и tR5< tR6< tR7. Как и в рассмотренном предыдущем случае при КЗ в К1 селективно отключится R1, от АВР включится секционный реклоузер на устойчивое КЗ, для реклоузеров R2, R3 изменится направление мощности на противоположное, и они перестроятся на вторую группу уставок с нарастанием выдержки времени по направлению к источнику ИП2. Для реклоузеров R5,R6,R7 направление мощности не изменилось и они остались с первой группой уставок. Например, примем для первой группы уставок минимальную выдержку времени для наиболее удаленного от своего источника питания tR3= tR5=1 с. Принимая ступень селективности Δt=0,4 с, будем иметь для первой группы уставок на остальных реклоузерах tR2= tR6=1,4 с, tR1= tR7=1,8 с. Для второй группы уствок, на которую перешел реклоузер R2, tR2= tR1+0,4=1,4 с. Таким образом, после включения от АВР реклоузера R4 раньше отключится реклоузер R5, то есть неселективно. В таком случае можно применить другой алгоритм. После селективного отключения R1 исчезнет напряжение на R2 и R3. При введении защиты минимального напряжения (ЗМН) этой защитой отключатся R2 и R3. Далее действует АВР (включается R4). По факту появления напряжения на R3 он включается от АПВ заведомо успешно. После появления напряжения на R2 также срабатывает АПВ, включая выключатель на устойчивое КЗ. С ускорением после АПВ R2 отключается без выдержки времени. Реклоузеры, установленные со стороны ИП2 остаются включенными. Место повреждения локализовано. Эффективность данной схемы установки реклоузеров обусловлена возможностью автоматической локализации поврежденного участка сети и восстановлением питания потребителей от резервного источника по неповрежденным участкам сети. 4. Автоматическое отключение группы реклоузеров до места повреждения и последующее их поочередное включение В условиях значительной протяженности электрической сети, когда длина магистрального участка достигает 50 и более километров (вдольтрассовые линии магистральных трубопроводов), для организации надежной децентрализованной системы управления аварийными режимами необходима установка значительного числа аппаратов. Последовательно может быть установлено до 10-15 реклоузеров. Традиционное согласование по ступенчатому принципу приведет к недопустимо большой выдержке времени защит на головных выключателях. Задачу селективной локализации повреждения при такой схеме сети можно решить с использованием алгоритма разборки и последовательной сборка сети. Суть алгоритма заключается в одновременном отключении группы реклоузеров до места повреждения (разборка сети), а затем поочередном их включении (сборка сети) до места повреждения. Схема доаварийного режима приведена на рисунке. На реклоузерах трансформаторных отпаек введена токовая отсечка без выдержки времени, отстроенная от КЗ за трансформатором. При КЗ на вводах трансформатора или на части обмоток высокого напряжения подействует отсечка без выдержки времени и селективно отключит только отпаечный трансформатор, сохранив в работе магистраль. К1 ИП1 R1 ~ R2 R3 R4 R5(АВР) R6 R7 R8 ИП2 ~ ПС 35/10 ПС 35/10 На всех реклоузерах введены отсечки с выдержкой времени: на головных реклоузерах R1,R8 задается уставка по времени 0,5 с (для отстройки от мгновенных отсечек реклоузеров трансформаторных отпаек), на магистральных реклоузерах – 1 с. Предполагается, что чувствительность отсечек обеспечивается при КЗ в наиболее удаленной точке магистрали. 1) 2) 3) 4) Алгоритм разборки и последующей сборки сети При КЗ, например, в кочке К1 с задержкой 0,5 с отключится реклоузер R1. По факту отсутствия напряжения и тока на реклоузерах R2,R3,R4 на них вводится отсечка без выдержки времени. Её вывод – после появления напряжения или срабатывания пускового органа с небольшой задержкой, достаточной для надежно отключения реклоузеров от МТО. Срабатывает АПВ на R1 (ускорения после АПВ на R1 нет), производя опробование отключенного участка. Если КЗ в бестоковую паузу самоустранилось, схема сети будет восстановлена. При устойчивом КЗ после АПВ током будут обтекаться реклоузеры R2,R3, которые отключатся мгновенными отсечками. Реклоузер R1 останется включенным. Для гарантированного отключения всех выключателей, обтекаемых током КЗ, сигнал на отключение от ПО должен быть определенной длительности (например, 0,1 с, и не сниматься при исчезновении тока в цепи). По факту исчезновения со стороны ИП1 напряжения с выдержкой времени, отстроенной от времени действия защиты на R1 и времени действия АПВ, включается R5 (срабатывает АВР). По R4 протекает ток КЗ и он также отключается отсечкой без выдержки времени. Это позволяет ускорить локализацию точки КЗ и восстановить схему. Реклоузер R8 не отключается, поскольку на нем также установлена отсечка с выдержкой времени (как и на R1). 5) По признаку наличия напряжения со стороны ИП1 срабатывает АПВ на R2, происходит его успешное включение. После успешного АПВ ускорение автоматически выводится из действия. Пуск АПВ – по факту отключения выключателя защитой и наличии напряжения с одной из сторон. Появляется напряжение на R3, с такой же выдержкой действует его АПВ, выключатель включается на устойчивое КЗ и отключается защитой с ускорением после АПВ, то есть мгновенно. Защита на R1 не успевает подействовать. 6) Таким образом, место повреждения автоматически и достаточно быстро локализовано, остальные потребители получают питание от ИП1 и ИП2. Как видим, при разборке схемы после опробования головным выключателем вводятся неселективные отсечки на всех реклоузерах, оставшихся без напряжения. Однако можно применить и в этом случае ЗМН (как в п. 3), при действии которой все выключатели, оставшиеся без напряжения, будут отключены. Произойдет это не мгновенно, а с выдержкой времени, установленной в ЗМН. А далее идет процесс сборки схемы по тому же алгоритму. 5. Алгоритм секционирования с применением плавких предохранителей Зачастую на отпаечных линиях вместо выключателей (реклоузеров) устанавливаются плавкие предохранители с целью исключения влияния повреждений на ответвлениях на общую надежность потребителей сети. Данный вариант отличается меньшими капиталозатратами, поэтому он нашел широкое применение во всем мире. Отличительной чертой такого алгоритма секционирования линий является тот факт, что при выявлении повреждения на отпаечной линии проверяется его устойчивость. Для этого в первую очередь отключается линейный реклоузер до того, как успеет перегореть плавкая вставка предохранителя. Затем осуществляется АПВ. Если КЗ оказалось устойчивым, то реклоузер «дает» взможность перегореть предохранителю, тем самым локализовав место повреждения. В противном случае произойдет восстановление питания, при этом плавкая вставка «сохранится». Такой метод секционирования так же носит название «fusesaving» ( «сохранение предохранителя»). Возможность реализации его на практике обеспечивается за счет способности работы реклоузера с различными времятоковыми характеристиками (ВТХ). Селективное отключение реклоузера R1 по ВТХ-1 t, с П R2 R1 ~ 4 ПС 35/10 П 3 К1 2 ВТХ2 ВТХ1 1 IК 400 800 1200 1600 А П – ВТХ предохранителя; ВТХ-1, ВТХ-2 – времятоковые характеристики первой и второй ступени токовых защит реклоузера. АПВ реклоузера R1 с характеристикой второго отключения ВТХ-2 (ВТХ-1 выведена), перегорание плавкой вставки предохранителя t, с П R2 R1 ~ 4 ПС 35/10 П 3 К1 2 ВТХ2 ВТХ1 1 IК 400 800 1200 1600 А По факту отключения реклоузер R1 автоматически переходит на характеристику второго отключения, на которой ВТХ-1 первой ступени выводится. Реклоузер R1 производит первое повторное включение (АПВ). Если короткое замыкание было не устойчивое, реклоузер останется во включенном состоянии и нормальное питание потребителей восстановится. В противном случае реклоузер будет ждать, пока перегорит плавкая вставка предохранителя, т.к. на втором отключении реклоузер работает по ВТХ только второй ступени (ВТХ-2). Сгорание плавкой вставки предохранителя приводит к автоматическому селективному отключению поврежденного ответвления. Потребители всех остальных участков фидера сохранили свое питание.
