СеТи
РОССии
70
«умные сети»
И
нтеллектуальная, или актив-
но-адаптивная, сеть (ИС) —
это набор информационных
источников и АСУ для управ-
ления электроснабжением, кроме
того, она распознает изменения на-
грузки и реагирует на них.
Интеллектуальная автоматизация
процесса распределения электро-
энергии направлена не только на
поддержание и восстановление
устойчивости системы, но и на оцен-
ку всех возможных последствий
для обеспечения автоматизации по
принципу «лучшего выбора». Напри-
мер, на определение объемов потре-
бления до происшествия и объемов
переданной электроэнергии во все
узлы сети. Использование этой ин-
формации и краткосрочная оценка
изменений параметров спроса по-
зволяют выбрать лучшую стратегию
перестройки системы. В результате
получается решение, уменьшающее
последствия аварии или происше-
ствий и обеспечивающее электро-
снабжение без провалов, скачков и
перерывов.
Интеллектуальные электронные
устройства (ИЭУ), используемые в
электрических сетях энергетических
объектов и промышленных предпри-
ятий, — это многофункциональные
приспособления, которые использу-
ются как ЭВМ, так и цифровые датчи-
ки информации и средства автомати-
зации. Так как ИЭУ собирают данные
об энергосистеме, выполняют до-
полнительные расчеты и реализуют
логику, они создают специальную
локальную базу данных, в которой
хранятся сведения об энергосисте-
ме, в которой они работают. Поэтому
в дополнение к текущим значениям
эти ИЭУ записывают информацию
об исправности, эксплуатационные
характеристики и историю всей
энергосистемы, а также отдельных
устройств, таких, как трансформато-
ры, выключатели и другое первичное
оборудование. Все это и составляет
«интеллект» ИЭУ, который они прояв-
ляют в процессе эксплуатации.
Протоколы и каналы связи, имею-
щиеся в ИЭУ и устройствах связи, по-
зволяют интегрировать информацию.
Интеллектуальные сети появились в распределен-
ной генерации и сегодня начинают активно втор-
гаться в большую энергетику, и в первую очередь
через распределительные системы, несмотря на
определенный консерватизм, в основном оправдан-
ный требованиями повышенной надежности со сто-
роны энергетиков.
Электроснабжение
без скачков
и перерывов
Роберт ШУльгА,
начальник НИЦ «Комплекс»
ФгУП «Всероссийский электротехнический
институт имени В.И. ленина», к.т.н.
71
№ 2, сентябрь-октябрь, 2010
Практические методы интеграции
разрабатываются на основе глубоко-
го понимания этого материала, необ-
ходимого для передачи данных. Эти
методы дают возможность интеллек-
туальным электронным устройствам
обмениваться данными между со-
бой, с компьютерами и контроллера-
ми, поддерживающими процесс ав-
томатизации и каналы связи, а также
с операторами и инженерами через
человекомашинный интерфейс.
Таким образом, связь делает ИЭУ
интеллектуальными, информирован-
ными и организованными в струк-
туру, а мониторинг и управление
системой электроснабжения на под-
станциях и непосредственно на лини-
ях позволяют уменьшить недоотпуск
электроэнергии при повреждениях и
сократить длительность перерывов в
электроснабжении.
Несмотря на то что каждая сеть
уникальна, во всех системах автома-
тизации подстанций сетей передачи
и распределения и линий можно вы-
делить общие составляющие:
• система диспетчерского управле-
ния и сбора данных;
• автоматизация распределения,
т.е. определение места поврежде-
ния, автоматические — отключе-
ние повреждения, секционирова-
ние и восстановление;
• автоматизация подстанции: УРОВ,
АПВ, контроль батарей оператив-
ного тока, автоматическое вклю-
чение подстанции и АВР;
• система управления потребле-
нием электроэнергии, включая
управление активной и реактив-
ной мощностями, контроль и регу-
лирование напряжения, управле-
ние производством электроэнер-
гии, и симметрирование нагрузки
трансформаторов и линий элек-
тропередачи;
• анализ повреждений, оптимиза-
ция эксплуатации техобслужива-
ния устройств.
Различные типы данных требуют
разнообразных способов обработ-
ки, хранения и передачи. В насто-
ящее время выделяются следующие
типы данных: команды управления
и диагностики ИЭУ; состояние за-
щиты; телесигнализация; измере-
ния; информация о повреждении;
сообщение регистратора событий;
сигнализация; текущее состояние;
команды диагностики и управления
силовым оборудованием и его со-
стояние; график нагрузки; качество
электроэнергии;
производитель-
ность канала связи; данные, пере-
даваемые ИЭУ без предварительно-
го запроса; погода и окружающая
среда; уставки; версии программ-
ного обеспечения и встроенных
программ.
Оборудование, на котором по-
строена интеллектуальная система
автоматизации подстанции, пред-
ставляет собой сеть ИЭУ, обмени-
вающихся между собой данными, и
сетевой информационный процес-
сор, обеспечивающий функции за-
щиты, автоматизации, управления и
контроля. Система работает на базе
ИЭУ, установленных в отдельных
шкафах, которые могут заменить
множество дискретных элементов
предшествующих АСУ и обеспечить
при этом гораздо больше функцио-
нальных возможностей.
Выключатели наружной установ-
ки снабжены расположенными в не-
посредственной близости шкафами
управления, в которых встроены ИЭУ
для управления фидером.
В интеллектуальной сети находит-
ся ряд ИЭУ, обменивающихся дан-
ными между собой, а также с сосед-
ними подстанциями и питающими
линиями распределительной сети.
Каждая интеллектуальная систе-
ма предоставляет намного больше
возможностей, чем типовая система
автоматизации подстанции, которая
показывает лишь текущее состояние
и функции дистанционного управле-
ния. Интеллектуальные системы по-
зволяют оператору реализовывать
все функции дистанционно и устраня-
ют необходимость контроля вручную.
Системы снижают затраты на уста-
новку и техобслуживание, повышают
безопасность работы персонала и
продлевают срок службы оборудова-
ния, а также быстрее восстанавлива-
ют систему после отключений и повы-
шают ее надежность.
Мозгом ИЭУ является модель рас-
пределительной подстанции и/или
системы, которая в зависимости от
назначения может замещать стацио-
нарные и/или динамические режи-
мы, включая аварийные. Возможна
модель с фиксированными или пере-
менными параметрами, т.е. адаптив-
ная. Высший уровень модели — само-
настройка, со множеством датчиков,
как электрических параметров, так и
внешних (температуры, влажности,
числа срабатываний, состояния обо-
рудования и др.).
Активными элементами являются
выключатель, разрядник или двуна-
правленный тиристор, которые реа-
лизуют новые свойства, например,
72
СеТи РОССии
управляемой коммутации с помо-
щью гибридных устройств, а также с
учетом FACTS.
В отечественной и зарубежной
практике наметилась тенденция
перехода от централизованной си-
стемы управления сетью к распреде-
ленной. Так, для больших подстанций
(500—700 кВ) децентрализация
может значительно повысить на-
дежность и экономичность, осо-
бенно при замене сигнальных
кабелей оптоволокном.
Для меньших по площади
подстанций (110—220 кВ) децен-
трализация в первую очередь
повышает надежность энерго-
снабжения и предполагает сов-
мещение устройств измерения,
управления и контроля с сило-
вым оборудованием. Такими
устройствами являются: для РУ
ВН — шкаф КУЗАР, а для транс-
форматора — шкаф ШУМТ.
Структурная схема распре-
делительной подстанции (РП) и
комплекса
электрооборудова-
ния (КЭО) для нее приведена на
рис. 1, там же приведен состав
оборудования.
Следует отметить, что КЭО дол-
жен быть более совершенным
не только по вторичному, но и по
первичному оборудованию, хотя мо-
ральный срок службы их существенно
различается (соответственно 5 и 30
лет). Новым первичным оборудова-
нием является одноразрывный ваку-
умный выключатель ОВВ (4) и вакуум-
ный управляемый разрядник РВУ (6)
вместе с блоком запуска БЗ (13). Эти
элементы позволяют заменить эле-
газовые выключатели на экологиче-
ски чистые и дешевые вакуумные,
а также осуществить новое свойство
управляемой коммутации, позволя-
ющее повысить ресурс и надежность
оборудования.
Устройства низшего уровня
(КУЗАР и ШУМТ) связаны между со-
бой, а также с АРМ высшего уровня с
помощью оптоволокна. Использова-
ние цифровых оптических датчиков —
отдельно стоящих или встроенных в
оборудование — позволяет всю ин-
формационную среду перевести на
цифровую основу. Децентрализация
и переход на «цифру» дают возмож-
ность снизить число датчиков, лик-
видировать согласующие трансфор-
маторы в шкафах КУЗАР и ШУМТ,
заменить на оптоволокно каналы свя-
зи и управления, установить шкафы
КУЗАР и ШУМТ рядом с оборудовани-
ем, что дает возможность передавать
на АРМ и удаленный диспетчерский
пункт меньший поток информации;
снизить уровень электромагнитных
наводок на микропроцессорные
устройства в 2—3 раза, например,
при разряде молнии.
В результате распределенная си-
стема управления подстанции поз-
воляет повысить надежность и энер-
гоэффективность, сократить площадь
и снизить стоимость подстанции и ее
обслуживания.
Комплекс электрооборудования
содержит:
• одноразрывный или двухраз-
рывный вакуумные выключате-
ли (рис. 2);
• комплекс управления, защи-
ты и автоматики распределитель-
ного устройства (КУЗАР) (рис. 3);
• испытательную (интеллекту-
альную) систему (ИС) (рис. 4) для
контроля состояния и наладки
КУЗАР, реализации управля-
емой коммутации (УК) и расчета
режима РП;
• управляемый вакуумный
разрядник (РВУ) (рис. 5) и блок
запуска (БЗ);
• измерительные электронно-
оптические трансформаторы то-
ка и напряжения ЭОТ (рис. 6).
Основные параметры
выключателя
ВБП 110-110III-31,5/2000УХЛ1:
• номинальное напряжение —
110 кВ;
рис. 1. структурная схема распределительной подстанции
1 — ВЧ-заградитель; 2 — заземлитель; 3 — разъединитель; 4 — одноразрывный ваку-
умный выключатель (ОВВ); 5 — привод ВВ; 6 — РВУ; 7, 8 — ТТ и ТН (ЭОТ); 9 — ОПН;
10 — трансформатор; 11 — ИС; 12 — КУЗАР; 13 — БЗ РВУ; 14 — АРМ (ОПУ); 15 — опе-
ративный ток (ОТ); 16 — собственные нужды РП (СНуж); 17 — ЗРУ СН; 18 — ЗРУ НН;
19 — СУМТО.
рис. 2. Выключатель
ВБП 110-110III-31,5/2000УХл1
73
№ 2, сентябрь-октябрь, 2010
• наибольшее рабочее напряже-
ние — 126 кВ;
• номинальный ток — 2000 A;
• номинальный ток отключения —
31,5 кA;
• номинальное напряжение вклю-
чающих и отключающих устройств
и элементов привода постоянного
(переменного) тока — 110, 220
(230) B.
Опытные образцы КЭО изготавли-
ваются на серийных заводах — «Кон-
такт» (г. Саратов), ГОСАН (г. Москва) —
и будут поставлены в распредели-
тельные системы ФСК и Холдинга
МРСК.
Общая концепция разрабаты-
ваемой распределительной станции
предполагает поэтапную разработку:
вначале РУ ВН, затем трансформато-
ров с сухой или элегазовой изоляци-
ей с пониженным уровнем изоляции,
а также АСУ ТП, включая АРМ, опе-
ративный ток, собственные нужды
и др.
В результате создается компакт-
ная, необслуживаемая, полностью
автоматизированная РП, в которую
дополнительно будут входить:
• средства компенсации реактив-
ной мощности либо традиционные
в виде СК, либо СТК на основе КБ
и тиристорных вентилей, ШР или
УШР и др.;
• токоограничители ТО в случае
развития и расширения РП (веро-
ятно, на стороне НН).
Кроме того, к новой РП предъяв-
ляются следующие требования:
• открытая архитектура силовой
схемы, позволяющая наращи-
вать, модернизировать и заме-
нять оборудование;
• открытая структура аппаратных
средств и программного обе-
спечения, позволяющая согласо-
вывать аппаратуру и протоколы
обмена на разных уровнях АСУ
(ИС), а также развивать их по
мере расширения РП;
• высокая надежность РП и АСУ
РП за счет применения резер-
вирования в системе управле-
ния.
Сегодня сформулированы основ-
ные требования к внедрению ис-
пытательных (интеллектуальных) си-
стем ИС в распределительные сети
РС и подстанции РП, основными из
которых являются: переход на «циф-
ру», интегрирование ИЭУ в силовое
оборудование, распределенность
управления, защиты и мониторинга
по агрегатам, что позволяет повы-
рис. 3. шкаф кУЗАр
рис. 5. Управляемый вакуумный
разрядник
рис. 6. электронно-оптический
трансформатор
сить надежность и энергоэффектив-
ность, сократить площадь и снизить
стоимость подстанции и оборудова-
ния.
рис. 4. испытательная система
Оригинал статьи: Электроснабжение без скачков и перерывов
Интеллектуальные сети появились в распределенной генерации и сегодня начинают активно вторгаться в большую энергетику, и в первую очередь через распределительные системы, несмотря на определенный консерватизм, в основном оправданный требованиями повышенной надежности со стороны энергетиков.