Создание системы автоматического самовосстановления радиальных кабельных сетей электроснабжения 6 кВ на базе локальной автоматики инновационных реклоузеров для трансформаторных подстанций

38

ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ

Создание системы автоматического 
самовосстановления радиальных 
кабельных сетей электроснабжения 
6 кВ на базе локальной автоматики 
инновационных реклоузеров для 
трансформаторных подстанций

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

дей

-

ствующих

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

П

роблема

, 

на

решение

которой

направлена

разработка

, 

представленная

в

данной

ра

-

боте

, 

заключается

в

вероятности

снижения

надежности

электроснабжения

социально

значимого

потребителя

Набережных

Челнов

 — 

боль

-

ницы

скорой

медицинской

помощи

 (

БСМП

) 

и

распо

-

ложенного

там

же

онкоцентра

. 

ГАУЗ

РТ

  «

БСМП

» — 

это

многопрофильный

ме

-

дицинский

центр

Республики

Татарстан

и

России

, 

который

оказывает

круглосуточную

экстренную

и

не

-

отложную

специализированную

, 

в

том

числе

высо

-

котехнологичную

медицинскую

помощь

населению

Набережных

Челнов

и

северо

-

восточного

региона

Республики

Татарстан

. 

Радиус

обслуживания

насе

-

ления

составляет

 110 

км

. 

Численность

обслуживае

-

мого

населения

 — 1,2 

млн

человек

.

В

нормальном

режиме

БСМП

получает

питание

от

шин

 0,4 

кВ

ТП

 16-7

ю

, 

запитанной

по

двум

лучам

6 

кВ

через

РП

-4

ю

, 

центром

питания

которого

яв

-

ляется

 — 

ПС

 110 

кВ

  «

ЗЯБ

». 

Также

имеется

связь

между

ТП

 16-7

ю

и

ф

.113 

ПС

 110 

кВ

 «

Челны

» 

через

ТП

-15-5

ю

и

ТП

 16-5

ю

. 

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

, 

питаю

-

щих

ПС

 110 

кВ

 «

ЗЯБ

»,

– 

при

выводе

в

ремонт

одной

из

секций

РУ

 6 

кВ

РП

-4

ю

,

– 

при

выводе

в

ремонт

одной

из

КЛ

 6 

кВ

от

РП

-4

ю

до

ТП

 16-7

ю

, 

надежность

электроснабже

-

ния

БСМП

снижается

. 

В

таких

режимах

, 

в

случае

исчезновения

рабоче

-

го

питания

, 

происходит

обесточение

БСМП

на

время

переключений

от

ф

.113 

ПС

 110 

кВ

 «

Челны

», 

выпол

-

няемых

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

электро

-

снабжения

и

временных

затрат

на

переключения

предлагается

автоматизировать

ручные

переклю

-

чения

на

соответствующих

ТП

путем

замены

в

них

существующих

ячеек

КСО

-366 

с

выключателями

на

-

грузки

на

новые

ячейки

КСО

на

базе

единой

интел

-

лектуальной

аппаратной

платформы

. 

Предлагаемые

в

качестве

замены

новые

ячейки

КСО

должны

включать

в

себя

коммутационный

мо

-

дуль

с

вакуумным

выключателем

, 

систему

измере

-

ний

, 

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

ав

-

39

томатизированную

систему

резервного

электроснаб

-

жения

БСМП

. 

В

результате

применения

такой

систе

-

мы

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

отклю

-

чения

трансформатора

или

питающей

линии

 110 

кВ

происходит

исчезновение

напряжения

на

 1 

и

 2 

С

 6 

кВ

ПС

 «

ЗЯБ

», 

что

влечет

за

собой

обесточение

обору

-

дования

РП

-4

ю

по

обоим

вводам

и

, 

соответственно

, 

1 

и

 2 

С

 6 

кВ

в

ТП

 16-7

ю

, 

которое

питается

от

РП

-4

ю

. 

Задачей

в

данном

случае

является

подача

напря

-

жения

от

рабочего

ф

. 113 

ПС

 «

Челны

» 

на

 1 C 6 

кВ

ТП

 16-7

ю

.

На

данный

момент

нормальная

схема

электро

-

снабжения

 (

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

элек

-

троснабжения

БСМП

после

замены

ячеек

КСО

бу

-

дет

иметь

вид

, 

показанный

на

рисунке

 2. 

Схема

ав

-

томатической

перезапитки

с

использованием

новых

ячеек

КСО

, 

установленных

в

ТП

 15-5

ю

, 

ТП

 16-5

ю

, 

ТП

 16-7

ю

, 

предполагает

следующую

логику

работы

по

-

сле

исчезновения

напряжения

на

обеих

секциях

шин

ПС

 «

ЗЯБ

»: 

– 

через

 15 

с

 (

отстройка

от

t

авр

 = 12 

сек

на

СВ

в

РП

-4

ю

) 

отключается

от

ЗМН

яч

. 21 

РП

-4

ю

в

сторону

яч

. 3 

ТП

 16-7

ю

 (

рисунок

 3);

– 

через

 15 

с

отключается

от

ЗМН

 (

ЗПП

) 

яч

. 5 

КСО

-

Smart 

ТП

 16-5

ю

в

сторону

яч

. 7 

ТП

 16-3

ю

  (

так

как

ТП

 16-5

ю

транзитом

запитано

от

 1 

С

 6 

кВ

ПС

 «

ЗЯБ

» 

через

ТП

 16-3

ю

, 

ТП

 16-12

ю

);

– 

через

 20 

с

включается

от

АВР

яч

. 2 

СР

-2 

КСО

-Smart 

ТП

 15-5

ю

;

– 

через

 25 

с

включается

от

АВР

яч

. 9 

КСО

-Smart 

от

АВР

ТП

 16-7

ю

.

Таким

образом

, 1 

С

 6 

кВ

ТП

 16-7

ю

запитывает

-

ся

по

схеме

: 

ПС

  «

Челны

» 

яч

. 113 



ТП

-15-5

ю





ТП

-16-6

ю



ТП

-16-5

ю



ТП

-16-7

ю

.

Затем

, 

после

появления

напряжения

на

 1 

С

 0,4 

кВ

ТП

 16-7

ю

 (

ТП

 16-8

ю

), 

по

схеме

АВР

-0,4 

кВ

включает

-

ся

СВ

-0,4 

кВ

, 

запитывается

 2 

С

 0,4 

кВ

. 

Восстановле

-

ние

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

ком

-

мутационный

модуль

с

вакуумным

выключателем

, 

оперативный

ток

, 

систему

измерений

, 

управление

, 

релейную

защиту

, 

автоматику

, 

защиту

от

ошибочных

действий

 (

блокировку

), 

связь

и

телемеханику

, 

с

воз

-

можностью

локальной

настройки

автоматики

и

теле

-

управления

, 

а

также

интеграции

в

существующий

ПТК

  «

СК

-11». 

Благодаря

широкому

функционалу

Рис

. 3. 

Схема

автоматической

перезапитки

при

исчез

-

новении

питания

 6 

кВ

на

ТП

 16-7

ю

данных

ячеек

предоставляется

возможность

для

ре

-

ализации

децентрализованной

автоматики

, 

которая

позволит

автоматизировать

городские

кольцевые

ка

-

бельные

сети

.

КСО

-Smart 

предназначены

для

работы

в

элек

-

трических

установках

трехфазного

переменного

тока

частоты

 50 

Гц

и

 60 

Гц

напряжением

 6 

кВ

и

 10 

кВ

Рис

. 1. 

Нормальная

схема

электроснабжения

 (

кабель

-

ная

распределительная

сеть

 6 

кВ

) 

от

ПС

 110 

кВ

 «

ЗЯБ

» 

и

ПС

 110 

кВ

 «

Челны

» (

красным

цветом

указаны

ячейки

КСО

в

ТП

, 

подлежащие

замене

)

яч

. 9 

ТП

 16-7

ю

яч

. 5 

ТП

 16-5

ю

яч

. 2 

ТП

 15-5

ю

ПС

 110 

кв

«

Челны

»

ПС

 110 

кв

«

ЗЯБ

»

ТП

 16-12

ю

РП

-4

ю

ТП

 16-3

ю

ТП

 16-5

ю

ТП

 16-7

ю

ТП

 16-6

ю

ТП

 15-5

ю

яч

. 5

яч

. 9

СР

-1

СР

-2

Рис

. 2. 

Нормальная

схема

электроснабжения

БСМП

по

-

сле

замены

ячеек

КСО

ПС

 110 

кв

«

Челны

»

ПС

 110 

кв

«

ЗЯБ

»

ТП

 16-12

ю

ТП

 16-3

ю

ТП

 16-5

ю

ТП

 16-7

ю

ТП

 16-6

ю

ТП

 15-5

ю

в

СР

-1

Отключен

Отключен

Включен

РП

-4

ю

яч

. 5

яч

. 9

ПС

 110 

кв

«

Челны

»

ПС

 110 

кв

«

ЗЯБ

»

1. 

Отключается

от

ЗМН

(

сущ

. 

ячейка

)

2. 

Отключается

от

ЗМН

(

КСО

-Smart)

3. 

Включается

от

АВР

(

КСО

-Smart)

РП

-4

ю

ТП

 16-6

ю

ТП

 15-5

ю

ТП

 16-5

ю

ТП

 16-3

ю

ТП

 16-7

ю

ТП

 16-12

ю

СР

-1

в

яч

. 9

яч

. 5

4. 

Включается

от

АВР

(

КСО

-Smart)

№

 6 (87) 2024

40

ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ

На

лицевой

стороне

КСО

расположены

органы

управления

приводами

силовых

выключателей

, 

разъединителей

, 

органы

аппаратов

управления

, 

защиты

и

сигнализации

, 

приборы

учета

и

из

-

мерения

.

Функции

РЗА

реализуются

встроенным

микропро

-

цессором

.

Электрические

величины

для

работы

РЗА

, 

про

-

порциональные

первичным

, 

поступают

в

модуль

управления

от

комбинированных

датчиков

тока

и

на

-

пряжения

и

преобразуются

в

цифровой

сигнал

.

Коммутационный

модуль

подключается

к

мо

-

дулю

управления

с

помощью

кабеля

. 

По

кабелю

в

шкаф

управления

поступает

информация

о

зна

-

чениях

фазных

токов

, 

фазных

напряжений

, 

часто

-

ты

основной

гармоники

в

первичной

цепи

, 

которая

снимается

с

комбинированных

датчиков

тока

и

на

-

пряжения

. 

При

возникновении

аварийного

режима

в

сети

мо

-

дуль

управления

формирует

управляющий

импульс

отключения

. 

Если

выключатель

был

отключен

от

за

-

щит

с

последующей

работой

автоматики

повторного

включения

, 

то

через

заданную

в

уставках

выдержку

времени

модуль

управления

сформирует

управляю

-

щий

импульс

включения

.

Рис

. 5. 

Цветовая

карта

показателей

надежности

участка

сети

, 

питающе

-

го

БСМП

, 

до

модернизации

Рис

. 4. 

Ячейка

КСО

-Smart, 

установ

-

ленная

на

ТП

-16/7

ю

Рис

. 6. 

Цветовая

карта

показателей

надежности

участка

сети

, 

питающе

-

го

БСМП

, 

после

модернизации

для

системы

с

изолированной

или

заземленной

через

дугогасящий

реактор

нейтралью

. 

КСО

при

-

меняются

в

составе

распределительных

устройств

, 

служащих

для

приема

и

распределения

электро

-

энергии

.

Шкаф

КСО

-Smart 

представляет

собой

металло

-

конструкцию

, 

изготовленную

из

оцинкованной

ста

-

ли

толщиной

 2 

мм

. 

Детали

металлоконструкции

из

-

готовлены

на

высокоточном

оборудовании

методом

холодной

штамповки

. 

Все

соединения

несущих

эле

-

ментов

конструкции

выполнены

на

усиленных

сталь

-

ных

вытяжных

заклепках

. 

Наружные

элементы

кон

-

струкции

  (

двери

, 

боковые

панели

и

т

.

д

.) 

окрашены

порошковой

краской

.

Габаритные

и

установочные

размеры

разрабатыва

-

емой

каждой

ячейки

КСО

-Smart 

выполнены

в

соответ

-

ствии

с

габаритными

размерами

существующих

ячеек

в

РУ

-6 

кВ

ТП

 15-5

ю

, 

ТП

 16-5

ю

, 

ТП

 16-7

ю

 (

рисунок

 4).

Конструктивно

камеры

КСО

состоят

из

следую

-

щих

функциональных

отсеков

, 

разделенных

метал

-

лическими

перегородками

:

– 

отсек

сборных

шин

;

– 

отсек

высоковольтного

выключателя

;

– 

отсек

кабельных

присоединений

;

– 

отсек

релейной

защиты

и

автоматики

.

41

АВР

, 

УРОВ

и

ЛЗШ

реализуются

на

пользователь

-

ских

сигналах

. 

Связь

между

аппаратами

осущест

-

вляется

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

. 

Ши

-

рокий

функционал

данных

ячеек

дает

не

только

воз

-

можность

удаленного

управления

ячейками

, 

но

и

поз

-

воляет

осуществлять

полный

анализ

данных

, 

полу

-

чаемых

в

нормальных

и

ненормальных

режимах

ра

-

боты

сети

для

дальнейшей

минимизации

аварийных

событий

.

Данное

техническое

решение

представляет

со

-

бой

децентрализованную

автоматизированную

систему

резервного

электроснабжения

социально

значимого

потребителя

. 

В

результате

ее

примене

-

ния

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 

пред

-

ставлены

цветовые

карты

показателей

надежности

участка

сети

, 

питающего

БСМП

, 

до

и

после

модер

-

низации

).

Применение

данных

ячеек

за

счет

автономно

-

сти

, 

локальной

автоматики

, 

телемеханики

и

связи

в

их

составе

открывает

широкие

возможности

в

не

-

дорогой

автоматизации

распределительных

се

-

тей

 6–10 

кВ

с

кабельными

линиями

, 

что

позволит

существенно

увеличить

гибкость

и

надежность

су

-

ществующих

схем

электроснабжения

городских

по

-

требителей

. 

Особую

актуальность

данные

ячейки

имеют

на

ТП

в

кольцевых

схемах

городских

кабель

-

ных

сетей

.

Таким

образом

, 

разработанные

и

установленные

на

ТП

-15-5

ю

, 

ТП

-16-5

ю

, 

ТП

-16-7

ю

ячейки

КСО

-Smart, 

а

также

заложенная

в

их

управление

логика

работы

при

различных

режимах

работы

прилегающего

се

-

тевого

оборудования

, 

являются

необходимым

и

до

-

статочным

средством

для

улучшения

показателей

надежности

электрической

сети

, 

питающей

БСМП

в

г

. 

Набережные

Челны

, 

и

снижения

временных

за

-

трат

на

производство

оперативных

переключений

. 

Р

Табл

. 1. 

Состав

защит

и

автоматики

ячеек

КСО

Полное

наименование

защиты

 / 

автоматики

Краткое

наименование

Возмож

-

ность

вы

-

полнения

защиты

на

-

правленной

Трехступенчатая

защита

от

междуфазных

коротких

замыканий

МТЗ

 1, 

МТЗ

 2, 

МТЗ

3

+

Защита

от

однофазных

замыканий

на

землю

ОЗЗ

+

Защита

минимального

напряжения

ЗМН

+

Автоматическая

частотная

разгрузка

АЧР

+

Автоматическое

повторное

включение

после

МТЗ

АПВ

МТЗ

+

Частотное

автоматическое

повторное

включение

ЧАПВ

+

Контроль

напряжения

КН

+

Логическая

защита

шин

ЛЗШ

+

Устройство

резервирования

отказа

выключателя

УРОВ

+

Автоматический

ввод

резерва

АВР

+

Включение

на

 «

холодную

» 

нагрузку

ВХН

+

Защита

от

однофазных

замыканий

на

землю

, 

основанная

на

контроле

проводи

-

мости

нулевой

последовательности

ОЗЗнп

+

Защита

от

повышения

напряжения

ЗПН

+

Защита

от

потери

питания

ЗПП

+

Защита

от

смещения

нейтрали

ЗСН

+

Защита

от

повышения

частоты

ЗПЧ

+

Автоматическое

повторное

включение

после

ОЗЗ

АПВ

ОЗЗ

+

Автоматическое

повторное

включение

после

ЗМН

АПВ

ЗМН

+

Автоматическое

повторное

включение

после

ЗПН

АПВ

ЗПН

+

Автоматическое

повторное

включение

после

ЗПП

АПВ

ЗПП

+

Автоматическое

повторное

включение

после

ЗПЧ

АПВ

ЗПЧ

+

Защита

от

обрыва

фазы

с

пуском

по

напряжению

обратной

последовательности

ЗОФ

 U2

+

Защита

от

обрыва

фазы

с

пуском

по

току

обратной

последовательности

ЗОФ

 I2

+

Одноступенчатая

токовая

защита

от

междуфазных

коротких

замыканий

при

работе

на

линии

МТЗ

РНЛ

+

№

 6 (87) 2024