В статье представлены результаты исследования, посвященного разработке, изготовлению и внедрению ячеек КСО-Smart с возможностью автономной работы каждой ячейки на базе единой интеллектуальной аппаратной платформы, локальной настройки автоматики и теле управления. Настройка релейной защиты, автоматики, связи и телемеханики данных ячеек и проведение комплексных испытаний данного электрооборудования выполнены на действующих электроустановках филиала АО «Сетевая компания» — Набережночелнинские электрические сети, осуществляющих электроснабжение БСМП в Набережных Челнах.
Салахов М.М., главный инженер филиала АО «Сетевая компания» — Набережночелнинские электрические сети
Явкин Д.Г., заместитель главного инженера филиала АО «Сетевая компания» — Набережночелнинские электрические сети
Ахметова М.Р., заместитель начальника службы релейной защиты, автоматики и измерений филиала АО «Сетевая компания» — Набережночелнинские электрические сети
Проблема, на решение которой направлена разработка, представленная в данной работе, заключается в вероятности снижения надежности электроснабжения социально значимого потребителя Набережных Челнов — больницы скорой медицинской помощи (БСМП) и расположенного там же онкоцентра.
ГАУЗ РТ «БСМП» — это многопрофильный медицинский центр Республики Татарстан и России, который оказывает круглосуточную экстренную и неотложную специализированную, в том числе высокотехнологичную медицинскую помощь населению Набережных Челнов и северо-восточного региона Республики Татарстан. Радиус обслуживания населения составляет 110 км. Численность обслуживаемого населения — 1,2 млн человек.
В нормальном режиме БСМП получает питание от шин 0,4 кВ ТП 16-7ю, запитанной по двум лучам 6 кВ через РП-4ю, центром питания которого является — ПС 110 кВ «ЗЯБ». Также имеется связь между ТП 16-7ю и ф.113 ПС 110 кВ «Челны» через ТП-15-5ю и ТП 16-5ю.
В ремонтных режимах, а именно:
- при выводе в ремонт одного из трансформаторов на ПС 110 кВ «ЗЯБ»,
- при выводе в ремонт одной из ВЛ 110 кВ, питающих ПС 110 кВ «ЗЯБ»,
- при выводе в ремонт одной из секций РУ 6 кВ РП-4ю,
- при выводе в ремонт одной из КЛ 6 кВ от РП-4ю до ТП 16-7ю, надежность электроснабжения БСМП снижается.
В таких режимах, в случае исчезновения рабочего питания, происходит обесточение БСМП на время переключений от ф.113 ПС 110 кВ «Челны», выполняемых оперативным персоналом на ТП вручную. При этом необходимо выполнение переключений на нескольких ТП, что увеличивает затраты по времени для восстановления электроснабжения.
Для исключения снижения надежности электроснабжения и временных затрат на переключения предлагается автоматизировать ручные переключения на соответствующих ТП путем замены в них существующих ячеек КСО-366 с выключателями нагрузки на новые ячейки КСО на базе единой интеллектуальной аппаратной платформы.
Предлагаемые в качестве замены новые ячейки КСО должны включать в себя коммутационный модуль с вакуумным выключателем, систему измерений, автономное управление, защиту, автоматику, связь и телемеханику, с возможностью локальной настройки автоматики и телеуправления. Указанные ячейки, установленные на разных ТП, с настройкой соответствующих алгоритмов и уставок в комплексе будут представлять собой децентрализованную автоматизированную систему резервного электроснабжения БСМП. В результате применения такой системы время обесточения БСМП в аварийном режиме будет определяться уставками по времени работы локальной автоматики в ячейках.
Рассмотрим один из наиболее часто создаваемых ремонтных режимов, а именно работу ПС «ЗЯБ» в однотрансформаторном режиме. В случае отключения трансформатора или питающей линии 110 кВ происходит исчезновение напряжения на 1 и 2 С 6 кВ ПС «ЗЯБ», что влечет за собой обесточение оборудования РП-4ю по обоим вводам и, соответственно, 1 и 2 С 6 кВ в ТП 16-7ю, которое питается от РП-4ю. Задачей в данном случае является подача напряжения от рабочего ф. 113 ПС «Челны» на 1 C 6 кВ ТП 16-7ю.
На данный момент нормальная схема электроснабжения (кабельная распределительная сеть 6 кВ) от ПС 110 кВ «ЗЯБ» и ПС 110 кВ «Челны» показана на рисунке 1. Красным цветом указаны ячейки КСО в ТП, подлежащие замене. Нормальная схема электроснабжения БСМП после замены ячеек КСО будет иметь вид, показанный на рисунке 2. Схема автоматической перезапитки с использованием новых ячеек КСО, установленных в ТП 15-5ю, ТП 16-5ю, ТП 16-7ю, предполагает следующую логику работы после исчезновения напряжения на обеих секциях шин ПС «ЗЯБ»:
- через 15 с (отстройка от tавр = 12 сек на СВ в РП-4ю) отключается от ЗМН яч. 21 РП-4ю в сторону яч. 3 ТП 16-7ю (рисунок 3);
- через 15 с отключается от ЗМН (ЗПП) яч. 5 КСОSmart ТП 16-5ю в сторону яч. 7 ТП 16-3ю (так как ТП 16-5ю транзитом запитано от 1 С 6 кВ ПС «ЗЯБ» через ТП 16-3ю, ТП 16-12ю);
- через 20 с включается от АВР яч. 2 СР-2 КСО-Smart ТП 15-5ю;
- через 25 с включается от АВР яч. 9 КСО-Smart от АВР ТП 16-7ю.
Таким образом, 1 С 6 кВ ТП 16-7ю запитывается по схеме: ПС «Челны» яч. 113 → ТП-15-5ю → ТП-16-6ю → ТП-16-5ю → ТП-16-7ю.
Затем, после появления напряжения на 1 С 0,4 кВ ТП 16-7ю (ТП 16-8ю), по схеме АВР-0,4 кВ включается СВ-0,4 кВ, запитывается 2 С 0,4 кВ. Восстановление нормальной схемы производится диспетчером, автоматика ВНР не требуется, но при необходимости может быть введена.
Для выполнения поставленной и описанной задачи, в рамках проведенной НИОКР, заводом ООО «ЗЭТЗ» совместно с ГК «Таврида Электрик» для Набережночелнинских электрических сетей были разработаны ячейки КСО-Smart с вакуумными выключателями на базе единой интеллектуальной аппаратной платформы, включающей в себя коммутационный модуль с вакуумным выключателем, оперативный ток, систему измерений, управление, релейную защиту, автоматику, защиту от ошибочных действий (блокировку), связь и телемеханику, с возможностью локальной настройки автоматики и телеуправления, а также интеграции в существующий ПТК «СК-11». Благодаря широкому функционалу данных ячеек предоставляется возможность для реализации децентрализованной автоматики, которая позволит автоматизировать городские кольцевые кабельные сети.
КСО-Smart предназначены для работы в электрических установках трехфазного переменного тока частоты 50 Гц и 60 Гц напряжением 6 кВ и 10 кВ для системы с изолированной или заземленной через дугогасящий реактор нейтралью. КСО применяются в составе распределительных устройств, служащих для приема и распределения электроэнергии.
Шкаф КСО-Smart представляет собой металлоконструкцию, изготовленную из оцинкованной стали толщиной 2 мм. Детали металлоконструкции изготовлены на высокоточном оборудовании методом холодной штамповки. Все соединения несущих элементов конструкции выполнены на усиленных стальных вытяжных заклепках. Наружные элементы конструкции (двери, боковые панели и т.д.) окрашены порошковой краской.
Габаритные и установочные размеры разрабатываемой каждой ячейки КСО-Smart выполнены в соответствии с габаритными размерами существующих ячеек в РУ-6 кВ ТП 15-5ю, ТП 16-5ю, ТП 16-7ю (рисунок 4).
Конструктивно камеры КСО состоят из следующих функциональных отсеков, разделенных металлическими перегородками:
- отсек сборных шин;
- отсек высоковольтного выключателя;
- отсек кабельных присоединений;
- отсек релейной защиты и автоматики.
На лицевой стороне КСО расположены органы управления приводами силовых выключателей, разъединителей, органы аппаратов управления, защиты и сигнализации, приборы учета и измерения.
Функции РЗА реализуются встроенным микропроцессором.
Электрические величины для работы РЗА, пропорциональные первичным, поступают в модуль управления от комбинированных датчиков тока и напряжения и преобразуются в цифровой сигнал.
Коммутационный модуль подключается к модулю управления с помощью кабеля. По кабелю в шкаф управления поступает информация о значениях фазных токов, фазных напряжений, частоты основной гармоники в первичной цепи, которая снимается с комбинированных датчиков тока и напряжения.
При возникновении аварийного режима в сети модуль управления формирует управляющий импульс отключения. Если выключатель был отключен от защит с последующей работой автоматики повторного включения, то через заданную в уставках выдержку времени модуль управления сформирует управляющий импульс включения.
АВР, УРОВ и ЛЗШ реализуются на пользовательских сигналах. Связь между аппаратами осуществляется через дискретные входы/выходы.
Модуль управления TER_CM_15 содержит виды защит и автоматики, указанные в таблице 1.
Гибкая логика работы позволяет реализовать необходимый алгоритм работы для конкретных зон обслуживания, учитывая все особенности сети. Широкий функционал данных ячеек дает не только возможность удаленного управления ячейками, но и позволяет осуществлять полный анализ данных, получаемых в нормальных и ненормальных режимах работы сети для дальнейшей минимизации аварийных событий.
Данное техническое решение представляет собой децентрализованную автоматизированную систему резервного электроснабжения социально значимого потребителя. В результате ее применения время обесточения БСМП в аварийном режиме будет определяться уставками по времени работы локальной автоматики в ячейках, то есть сведено к минимально возможному. На рисунках 5 и 6 представлены цветовые карты показателей надежности участка сети, питающего БСМП, до и после модернизации).
Применение данных ячеек за счет автономности, локальной автоматики, телемеханики и связи в их составе открывает широкие возможности в недорогой автоматизации распределительных сетей 6–10 кВ с кабельными линиями, что позволит существенно увеличить гибкость и надежность существующих схем электроснабжения городских потребителей. Особую актуальность данные ячейки имеют на ТП в кольцевых схемах городских кабельных сетей.
Таким образом, разработанные и установленные на ТП-15-5ю, ТП-16-5ю, ТП-16-7ю ячейки КСО-Smart, а также заложенная в их управление логика работы при различных режимах работы прилегающего сетевого оборудования, являются необходимым и достаточным средством для улучшения показателей надежности электрической сети, питающей БСМП в г. Набережные Челны, и снижения временных затрат на производство оперативных переключений. 
