Инновационная концепция построения распределительных сетей (надежность, защита, автоматизация)

Page 1
background image

Page 2
background image

36

Инновационная концепция 
построения распределительных 
сетей 

(надежность, защита, автоматизация)

инновационные решения

Статья

 

о

 

применении

 

технических

 

решений

 

концерна

 Ensto 

при

 

проек

-

тировании

 

распределительных

 

сетей

 

и

 

кабельных

 

линий

 

электропередачи

 

и

 

при

 

монтаже

 

средств

 

автоматиза

-

ции

 

без

 

снятия

 

напряжения

 

написана

по

 

материалам

 

выступления

Д

.

Г

ШАМАНОВА

 

на

 

международном

 

симпозиуме

посвященном

 

внедре

-

нию

 

методов

 

работы

 

под

 

напряжением

 

(

РПН

), 

прошедшем

 

в

 

начале

 

августа

 

2019 

года

 

в

 

Республике

 

Татарстан

.

В 

современном  мире  невоз-

можно обойтись без электро-

энергии.  Хотя  в  настоящее 

время  и  существует  понятие 

категорийности потребителя, но с каж-

дым  годом  к  сетевым  организациям 

предъявляются более высокие требо-

вания  к  электроснабжению  потреби-

телей,  которые  жестко  ограничивают 

как  время  отключения  потребителя, 

так и количество. Эти требования опи-

сываются  параметрами  SAIDI/SAIFI. 

Государственный регулятор уже уста-

новил  методику  определения  этих 

параметров.  Если  некоторые  распре-

делительные сети все еще рассчиты-

вают  их  из  учета  только  аварийных 

отключений,  то  регулятор  все  чаще 

требует также включать в расчет опе-

ративные  отключения.  Сейчас  этот 

параметр  определятся  в  основном 

в справочном порядке, но предполага-

ется в будущем использовать его при 

расчете тарифа. 

Исходя  из  этого  распределитель-

ные сети должны меняться…

Значительным  подспорьем  улуч-

шения  параметров  могут  быть  два 

фактора, предлагаемые к рассмотре-

нию в данной статье:

1)  быстрое  определение  аварийных 

участков, их локализация и направ-

ление  ремонтной  оперативно-вы-

ездной бригады к месту аварии для 

ее ликвидации;

2)  подключение нового оборудования 

и  оперативное  обслуживание  се-

тей  среднего  класса  напряжения 

без  отключения  потребителей  от 

электроснабжения.

Аварии на линиях электропереда-

чи  условно  можно  разделить  на  два 

вида: 

•  Аварии,  имеющие  временный  ха-

рактер, например, такие, как схле-

стывание  проводов,  перекрытие 

фаз ветками деревьев, животными 

и птицами, грозовые перенапряже-

ния и т.д. По статистике количество 

таких  аварий  в  сети  может  дости-

гать 60–80%. Их ликвидацию можно 

осуществить достаточно простыми 

и  отработанными  способами  — 

срабатыванием  АПВ  на  головных 

выключателях  или  современными 

дополнительными  материалами 

и  аксессуарами  линии,  позволяю-

щими  исключить/уменьшить  воз-

никновение временных аварий, на-

пример,  такими,  как:  защищенные 

провода, устройства птицезащиты, 

маркеры  линий  электропередачи, 

универсальные  кабельные  линии, 

подвешенные на опорах, и т.д.

•  Устойчивые аварии, которые явля-

ются  самыми  критичными  в  этом 

случае,  например,  механическое 

разрушение линии, обрыв фаз, по-

падание человека под напряжение, 

а для кабельных линий еще и одно-

фазные  замыкания  на  землю,  как 

устойчивые  (металлические),  так 

и  перемежающиеся  (c  неустойчи-

вым горением дуги).

Шаманов

 

Д

.

Г

., 

директор

 

по

 

продажам

 Ensto


Page 3
background image

37

Исполнительные

механизмы

SCADA

MES

ERP

Исполнительные

механизмы

SCADA

MES

ERP

Датчики

Управление

технологическим

процессом

Интеграционный 

уровень

Верхний уровень

Контроллеры

АВТОМАТИЗАЦИЯ

 

РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ

 

СЕТЕЙ

Автоматизация,  как  сегодняш-

ний тренд, позволяет справиться 

с  авариями  на  линиях  электро-

передачи.

На рисунке 1 показаны основ-

ные  уровни  автоматизации.  Са-

мым  верхним  уровнем  является 

ERP-система  —  программа,  по-

зволяющая  управлять  активами 

предприятия.  Исходные  данные 

для нее могут вводиться как вруч-

ную, так и автоматически из про-

граммы  интеграционного  уров-

ня  —  SCADA,  которая  в  свою 

очередь  получает  информацию 

в  автоматическом  режиме  с  дат-

чиков  и  контролеров,  с  помощью 

которой  можно  управлять  испол-

нительными механизмами.

Многие сетевые компании уже 

внедрили  систему  визуализации 

сети, телеизмерения и телеуправ-

ления в сетях до 35 кВ (SCADA), 

но  на  данный  момент,  несмотря 

на тренд таких систем, это скорее 

исключение, чем норма. 

Внедрение  SCADA  само  по 

себе  положительная  тенденция, 

но помимо программного обеспе-

чения,  компьютерного  оборудо-

вания и систем связи на объектах 

сетевого  хозяйства  необходимо 

установить  измерительное,  сиг-

нализирующее 

оборудование, 

а  также  коммутационное  (испол-

нительное) оборудование. 

Наиболее 

распространен-

ным  коммутационным  аппаратом 

сейчас  является  реклоузер  (ри-

сунок  2).  Аппарат  применяется 

повсеместно  и  является  автома-

тическим  выключателем  со  сво-

ей  системой  релейной  защиты 

и автоматики. Реклоузер — авто-

номное устройство, состоящее из 

вакуумного  выключателя  и  блока 

управления,  позволяющего  опре-

делять  КЗ  и  ОЗЗ,  изолировать 

поврежденные участки и реализо-

вывать функцию АПВ.

Более  перспективным  комму-

тационным  аппаратом  для  авто-

матизации сети является элегазо-

вый  выключатель  нагрузки  (ЭВН) 

«Августа» (рисунок 3). ЭВН — ав-

тономное  устройство,  состоящее 

из выключателя нагрузки и блока 

управления,  позволяющего  опре-

делять  КЗ  и  ОЗЗ  и  изолировать 

поврежденный участок в бестоко-

вую паузу.

Но  установка  коммутационных 

аппаратов не всегда экономически 

оправдана. Во многих случаях до-

статочно устанавливать детекторы 

повреждений,  например,  микро-

процессорный детектор поврежде-

ний ENA20 — единственный в сво-

ем роде, способный детектировать 

практически со 100%-ным успехом 

все виды повреждения сети, в том 

числе и однофазные замыкания на 

землю независимо от режима ней-

трали.  В  детекторе  применяется 

специальная  система,  измеряю-

щая токи в линии с высокой часто-

той  измерения  и  по  результатам 

измерений 

идентифицирующая 

ту или иную аварийную ситуацию. 

Детекторы  можно  устанавливать 

как  на  воздушных  (рисунок  4),

Рис

. 2. 

Реклоузер

Рис

. 3. 

Элегазовый

 

выключатель

 

нагрузки

 (

ЭВН

) «

Августа

»

Обогрев отсека привода

Защитный клапан
Встроенный трансформатор

собственных нужд с обогревом
Подвижные контакты

в среде элегаза

Электромеханический

пружинный привод

Крышка отсека привода из 

нержавеющей стали с термоизоляцией

Корпус из нержавеющей стали

Рис

. 4. 

Детектор

 

повреждений

установленный

 

на

 

воздушной

 

линии

 

электропередачи

Рис

. 1. 

Основные

 

уровни

 

автоматизации

 4 (55) 2019


Page 4
background image

38

так и на кабельных линиях (рису-

нок 5).

Но  SCADA  и  измерительное, 

исполнительное 

оборудование 

в  сети  позволят  только  визуали-

зировать  сеть  и  ее  состояние. 

Применение встроенной системы 

релейной защиты в фидерных вы-

ключателях, реклоузерах и в ЭВН 

позволяет достаточно хорошо сек-

ционировать  аварийные  участки, 

но  со  значительными  ограниче-

ниями, особенно в разветвленной 

сети  с  многосторонним  резерви-

рованием.

В  этом  случае  предпочтитель-

ней использовать так называемые 

«интеллектуальные»  SCADA  — 

ЛАиВ (Локализация Аварий и Вос-

тановление).  Как  пример  можно 

рассмотреть  реализованный  про-

ект в Киргизии (рисунок 6) на объ-

екте ПС 35/10 кВ «Кашка-Суу» — 

ПС  35/10  кВ  «Стрельниковой» 

ОАО  «Северэлектро»  (Бишкек). 

На  объекте  эксплуатировалась 

существующая ВЛ и две ПС, в ко-

торых  установлены  старые  мас-

ляные  выключатели  с  приводами 

ПП-67 с реализацией АПВ и элек-

троприводами для взвода пружин-

ного привода.

На ПС были установлены про-

граммируемые  контроллеры,  спо-

собные  управлять  всеми  выклю-

чателями  каждой  ПС.  На  данном 

этапе  к  ним  были  присоединены 

выключатели  Ф.10  и  Ф.9  соответ-

ствующих ПС, а также все индика-

ционные датчики и измерительные 

трансформаторы.  Таким  образом, 

реализована  видимость  и  управ-

ляемость существующих коммута-

ционных  аппаратов  на  обоих  ПС. 

Это можно было бы сделать и за-

меной  современными  коммутаци-

онными  аппаратами,  например, 

вакуумными  выключателями,  но 

тогда  потребовались  бы  большие 

капиталовложения  при  визуали-

зации  (включение  в  SCADA)  всех 

фидеров  обеих  ПС.  Установка 

контроллеров позволила обойтись 

меньшими  затратами.  В  линии 

так же установили четыре «Авгус-

ты»  (ЭВН)  и,  как  видно  из  схемы 

на рисунке 6, ВН-2 в этом случае 

в  нормальном  режиме  находится 

в разомкнутом состоянии.

От  контроллеров  и  «Август» 

информация  поступает  на  ком-

пьютер  в  помещении  диспетчер-

ской с установленной на нем про-

граммой  SCADA  NPT  Compact. 

В  данном  случае  установленная 

программа  является  только  мо-

дулем  с  возможностью  передачи 

данных  на  более  высокий  уро-

вень  диспетчерской,  но  важным 

отличием  от  других  подобных 

продуктов  является  то,  что  в  ней 

реализовано  то  самое  «интеллек-

туальное» управление. В отличие 

от системы автоматизации на базе 

релейной защиты (где вся автома-

тизация  основана  исключительно 

на  точном  подборе  уставок  для 

каждого коммутационного аппара-

та),  «интеллектуальная»  система 

управления  получает  всю  исчер-

пывающую  информацию  от  всех 

аппаратов  и  датчиков  в  линии, 

анализирует и определяет повреж-

денный  участок  и  запускает  соот-

ветствующий  бланк  переключе-

ний  для  локализации  аварийного 

участка. В предложенном проекте 

было  предусмотрено  двухсто-

роннее  резервирование,  но  «ин-

теллектуальная»  система  может 

также  с  успехом  работать  и  при 

многостороннем  резервировании, 

при  этом  выбирать  наиболее  не-

нагруженный  «здоровый»  фидер 

для  резервного  питания  участков, 

оставшихся без напряжения.

Конечно же логика бланков пе-

реключений должна быть заложе-

на  специалистом,  но  интерфейс 

программы  создан  настолько 

«дружелюбным»,  что  после  обу-

чения диспетчер это сможет сде-

лать самостоятельно.

В  нашем  случае  была  сфор-

мирована следующая блок-схема 

одного  из  бланков  переключений 

(рисунок 7).

Рис

. 5. 

Детекторы

установленные

 

на

кабельных

 

линиях

 

электропередачи

Рис

. 6. 

Схема

 

объекта

 

ПС

 35/10 

кВ

 «

Кашка

-

Суу

» — 

ПС

 35/10 

кВ

«

Стрельниковой

» 

ОАО

 «

Северэлектро

» (

Бишкек

)

Рис

. 7. 

Блок

-

схема

 

бланка

 

переключений

ИННОВАЦИОННЫЕ 

РЕШЕНИЯ

ПС 35/10 кВ 

«Кашка-Суу»

ПС 35/10 кВ 

«Стрельниковой»

ВН-1

ВН-4

ВН-2

ВН-3

КЗ ячейка Ф.9

(Signal coordinates: IP ..., ASDU ..., SPI ..., Value = 1)

Оповещение «Работа

автоматического секционирования

ПС «Стрельниковой» Ф.10

Оповещение «Выполнено

автоматическое секционирование

ПС «Стрельниковой» Ф.10

КЗ ВН-3 отсутствует

(Signal coordinates: IP ..., ASDU ..., SPI ..., Value = 0)

Отключить ВН-3

(Signal coordinates:

IP ..., ASDU ..., SPI ..., Value = 1)

Включить ВН-2

(Signal coordinates:

IP ..., ASDU ..., SPI ..., Value = 1)

Отсутствует напряжение 10 кВ ВН-3

(Signal coordinates: IP ..., ASDU ..., SPI ..., Value = 1)

ВН-3 отключен

(Signal coordinates: IP ..., ASDU ..., SPI ..., Value = 0)

ВН-2 включен

(Signal coordinates: IP ..., ASDU ..., SPI ..., Value = 0)

Присутствует напряжение питания 10 кВ ВН-1

(Signal coordinates: IP ..., ASDU ..., SPI ..., Value = 1)

empty

empty

empty

Ключ «Автоматическое

секционирование Ф.9» — ВКЛ

time

delay

= 30 sec

time

delay

= 15 sec

time

delay

= 15 sec

&

&

&

&


Page 5
background image

39

А  интерфейс  программируе-

мого блока бланка переключений 

представлен на рисунке 8.

Как  видно  на  изображениях, 

программирование осуществляет-

ся достаточно простыми блоками, 

с указанием блоков входных и вы-

ходных сигналов/команд. 

На  базе  созданной  системы 

в  перспективе  предполагается 

создание  системы,  позволяющей 

оптимизировать нагрузки на пита-

ющие центры с целью продления 

срока  службы  силового  оборудо-

вания.

На  рисунке  9  представлены 

диаграммы,  позволяющие  оце-

нить эффект, который можно по-

лучить от внедрения такой авто-

матизации.

В среднем, в зависимости от 

линии, поиск повреждения и его 

локализация  с  помощью  разъ-

единителя  с  ручным  приводом 

может  длиться  от  6  часов,  по-

сле этого основная часть потре-

бителей  подключается  к  сети, 

а  оставшаяся  остается  отклю-

ченной  до  ликвидации  аварии 

(рисунок 9а).

Установка  простых  детекто-

ров повреждений с простой све-

товой сигнализацией может впо-

ловину уменьшить время поиска 

повреждения  и  его  локализа-

цию, но объезд линии все равно 

потребуется (рисунок 9б).

Установка детекторов с пере-

дачей  данных  позволит  напра-

вить бригаду сразу к известному 

началу  поврежденного  участка. 

В  этом  случае  время  будет  за-

трачено на проезд до этой точки 

(рисунок 9в).

Комбинация детекторов с «Ав-

густами»  (ЭВН)  позволяет  зна-

чительно  уменьшить  время  от-

ключения основного количества 

потребителей до нескольких де-

сятков секунд (рисунок 9г).

Рис

. 8. 

Интерфейс

 

программируемого

 

блока

 

бланка

 

переключений

Рис

. 9. 

Время

 

отключения

 

основного

 

количества

 

потребителей

а

без

 

автоматизации

б

при

 

установке

 

детекторов

 

КЗ

в

при

 

установке

 

детекторов

 

КЗ

 

с

 

передачей

 

данных

г

при

 

установке

 

детекторов

 

КЗ

 

с

 

секционалайзером

а)

б)

в)

г)

 4 (55) 2019


Page 6
background image

40

УСТАНОВКА

 

АППАРАТОВ

 

КОММУТАЦИИ

 

И

 

ДАТЧИКОВ

 

БЕЗ

 

СНЯТИЯ

 

НАПРЯЖЕНИЯ

 

НА

 

ВЛ

На прошедшей в г. Болгаре (Респ. 

Татарстан)  конференции  по  ра-

боте  под  напряжением  (РПН) 

была  представлена  интересная 

статистика. Как ни странно,  наи-

большие  потери  времени  и  мак-

симальное  количество  отключе-

ний  потребителей  происходит  не 

во  время  аварийных  ситуаций, 

а при оперативных переключени-

ях и обслуживании оборудования. 

Таким  образом,  монтаж  нового 

оборудования  приводит  к  вынуж-

денному  отключению  потребите-

лей  от  электроснабжения  и  со-

ответственно  ухудшению  SAIDI/

SAIFI на начальном этапе (в пери-

од внедрения системы).

Именно  поэтому  следует  рас-

смотреть  возможность  монтажа 

предлагаемого  оборудования  без 

снятия напряжения.

Существуют  два  метода  РПН: 

работа  в  непосредственном  кон-

такте  с  токоведущими  частями 

в  изолированных  материалах 

(перчатки,  изолированные  ковры, 

пластины)  или  работа  на  рассто-

янии с помощью штанг. Метод ра-

боты на расстоянии требует боль-

ше  физических  усилий,  но  при 

этом  более  безопасен.  Поэтому 

рассмотрим эти работы на приме-

ре  установки  «Августы»  методом 

работы на расстоянии.

При  установке  «Августы»  для 

начала  необходимо  отметить  на 

опоре  уровни,  выше  которых  ка-

тегорически  запрещено  подни-

маться  персоналу.  Определить 

место  установки  аппарата  ниже 

этого уровня, но с учетом монтажа 

подъемного полиспаста.

Установка  самого  выключате-

ля начинается с установки метал-

лического  крепежного  каркаса  на 

опору (рисунок 10). Затем с помо-

щью  полиспаста  поднять  аппарат 

на опору и навесить на металличе-

ский крепежный каркас и зафикси-

ровать  на  нем.  Далее  установить 

шкаф управления и ручной привод 

в нижней части опоры и присоеди-

нить  все  контрольные  кабели.  На 

вводы  выключателя  установить 

временное заземление.

Следующим  этапом  необходи-

мо  с  помощью  штанг  установить 

упрощенный  секционирующий 

пункт,  состоящий  из  стержневого 

изолятора и двух анкерных зажи-

мов с приспособлением для мон-

тажа с помощью штанг на каждую 

фазу (рисунок 11).

Далее с каждой стороны уста-

новленного  упрощенного  секцио-

нирующего  пункта  необходимо 

подвесить  временные  оператив-

ные изоляторы (рисунок 12а).

С помощью оперативных штанг 

установить  ответвления  (концы 

с  установленными  оперативны-

ми  зажимами  SLW36)  на  нижней 

части  временных  изоляторов  (ри-

сунок 12б). Затем необходимо от-

соединить временное заземление 

с  вводов  аппарата  (рисунок  12в) 

и  перенести  ответвления  непо-

средственно к линии по обеим сто-

ронам  секционирующих  пунк тов 

(рисунок 12г). Монтаж завершен.

Этим  способом  можно  присо-

единять не только это коммутаци-

онное оборудование, но и любое 

другое.  Например,  временный 

секционирующий пункт может сам 

по себе являться разделительным 

пунктом в сети, в случае если не-

обходимо отсечь часть линии для 

ремонтных  работ  или,  например, 

установить кабельную перемычку, 

обходя  ремонтный  участок  воз-

душной линии. При этом, как вид-

но на фото, такой метод проведе-

Рис

. 10. 

Установка

 

металлического

 

крепежного

 

каркаса

 

на

 

опору

Рис

. 11. 

Упрощенный

 

секционирующий

 

пункт

ИННОВАЦИОННЫЕ 

РЕШЕНИЯ


Page 7
background image

41

Рис

. 12. 

Этапы

 

монтажа

 «

Августы

» 

методом

 

работы

 

на

 

расстоянии

а)

в)

б)

г)

ния  работ  без  отключения  линии 

действительно  является  наибо-

лее безопасным.

Таким  образом,  можно  решить 

две задачи: автоматизировать рас-

пределительную  сеть  и  при  этом 

сделать  так,  что  конечный  потре-

битель этого даже не заметит. 

ВЫВОДЫ

1.  Автоматизация линий на уров-

не настроек релейной защиты 

дают эффект в несильно раз-

ветвленных сетях.

2.  Применение 

реклоузеров 

в  комбинации  с  «Августами» 

(ЭВН) и датчиками поврежде-

ний  существенно  расширяет 

область  применения  автома-

тизированных  систем  в  раз-

ветвленных сетях.

3.  Применение  «интеллектуаль-

ной»  SCADA  позволяет  зна-

чительно  облегчить  задачу 

секционирования  аварийных 

участков.

4.  Перспективы «интеллектуаль-

ной»  SCADA  —  оптимизация 

нагрузок  питающих  центров 

и  соответственно  увеличение 

сроков службы силового обо-

рудования.

5.  Все оборудование может быть 

установлено  без  отключения 

потребителей от электроснаб-

жения.

6.  Работа на расстоянии (приме-

нение  штанг)  безопасней  ра-

боты  в  контакте  (применение 

изолирующих перчаток и дру-

гих материалов).

7.  Все это приведет к улучшению 

факторов SAIDI/SAIFI.  

Р

ООО «Энсто Рус»

+78123259340 

+74952585270

www.ensto.ru

 4 (55) 2019


Читать онлайн

Статья о применении технических решений концерна Ensto при проектировании распределительных сетей и кабельных линий электропередачи и при монтаже средств автоматизации без снятия напряжения написана по материалам выступления Д.Г. ШАМАНОВА на международном симпозиуме, посвященном внедрению методов работы под напряжением (РПН), прошедшем в начале августа 2019 года в Республике Татарстан.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»