Metoda automatycznego izolowania awarii sprzętu klienta przez przełączniki obciążeniowe w sieciach dystrybucyjnych

1 Przegląd

Bezpieczeństwo sieci dystrybucyjnej od dawna było niedostatecznie uwzględniane, z automatyzacją tej sieci w tyle za automatyzacją stacji. Używanie interwałów 10 kV istniejących stacji do ustawienia punktów sekcji linii spełnia przyszłe potrzeby sieci. Konfiguracja przełączników dystrybucyjnych, przełączników sekcji i ochrony musi odpowiadać ochronie wychodzących linii stacji dla zapewnienia niezawodności. Kluczowe dla automatyzacji dystrybucji są izolacja uszkodzeń, samo-naprawianie i przywracanie.

Uczeni badali optymalizację przywracania po uszkodzeniach inteligentnej sieci dystrybucyjnej (wielu źródeł energii, źródeł okresowych, magazynowania energii), ale nie izolacji uszkodzeń urządzeń użytkowników opartej na przełącznikach obciążeniowych. Weźmy linię z rysunku 1: przełącznik sekcji S3 obsługuje A, B, C. Uszkodzenie A powoduje wykolejenie S3. Tymczasowe uszkodzenia pozwalają na pomyślne ponowne zamknięcie; stałe powodują przerwy w dostawie dla B/C, szkodzą produkcji, ograniczają dostawę i zwiększają trudność rozwiązywania problemów (ponieważ S3 nie może dokładnie określić uszkodzenia, wymagając sprawdzania jednego po drugim). Zatem, pilnie potrzebna jest metoda/urządzenie oparte na przełączniku obciążeniowym do izolacji uszkodzeń i identyfikacji uszkodzonych użytkowników. Zapewni to pomyślne ponowne zamknięcie S3 dla użytkowników bez uszkodzeń, niezależnie od typu użytkownika/uszkodzenia (tymczasowego/stałego).

2 Metoda efektywnej izolacji uszkodzeń urządzeń użytkowników z użyciem przełączników obciążeniowych

Przełącznik obciążeniowy, urządzenie przełączające między przekaźnikiem i przełącznikiem odłączającym, ma proste urządzenie gaszące łuki elektryczne. Może przerwać prąd obciążenia nominalnego i pewien prąd przeciążeniowy, ale nie prąd uszkodzenia krótkiego zwarcia. Tak więc, gdy jakiekolwiek urządzenie użytkownika ulegnie uszkodzeniu, tylko przełącznik sekcji S3 zostanie wykolejniony dla ochrony. Jeśli urządzenie wykryje uszkodzonego użytkownika i wykoleśni jego przełącznik obciążeniowy przed ponownym zamknięciem S3, uszkodzony użytkownik zostaje zizolowany, a S3 pomyślnie się ponownie zamyka. Wysyłanie informacji o uszkodzonym użytkowniku do personelu operacyjnego i konserwacyjnego (O&M) sieci dystrybucyjnej za pomocą wiadomości tekstowej umożliwia szybkie rozwiązywanie problemów, zmniejsza obciążenie O&M, poprawia niezawodność dostawy energii i zapewnia dostawę energii dla użytkowników bez uszkodzeń.

3 Techniczna ścieżka efektywnej izolacji uszkodzeń urządzeń użytkowników z użyciem przełączników obciążeniowych
3.1 Proces modułu logiki technicznej

Weźmy przykład uszkodzenia urządzenia użytkownika A. Zainstaluj urządzenie wykrywające uszkodzenia przy jego przełączniku obciążeniowym (jak na rysunku 2). Ustawione między przełącznikiem obciążeniowym a linią wejściową, posiada moduł wykrywania napięcia, moduł wykrywania prądu, moduł oceny logicznej i przetwarzania, kontakt wykolejnienia, kontakt sygnalizacyjny oraz moduł wysyłania sygnałów bezprzewodowych (proces logiczny na rysunku 3). Wyjścia modułów wykrywania napięcia i prądu podłączone są do wejścia modułu logicznego. Jego wyjście podłączone jest do jednego końca kontaktu wykolejnienia i kontaktu sygnalizacyjnego. Drugi koniec kontaktu wykolejnienia podłączony jest do głównego urządzenia użytkownika przez cewkę wykolejnienia przełącznika obciążeniowego; drugi koniec kontaktu sygnalizacyjnego podłączony jest do modułu bezprzewodowego. To umożliwia efektywną izolację uszkodzeń, szybkie rozwiązywanie problemów przez personel konserwacyjny, zmniejsza obciążenie związane z poszukiwaniem uszkodzeń i poprawia efektywność pracy.

3.2 Fizyczne realizowanie połączeń

Weźmy przykład uszkodzenia urządzenia użytkownika A (patrz rysunek 4), moduł wykrywania napięcia podłączony jest do transformatora napięcia szyny w pomieszczeniu dystrybucji publicznej, a moduł wykrywania prądu podłączony jest do CT1 (transformatora prądu linii wejściowej użytkownika A). Moduł oceny logicznej użytkownika A przetwarza wejściowy prąd i napięcie.

Gdy użytkownik A ma uszkodzenie krótkiego zwarcia, prąd przez jego moduł oceny logicznej gwałtownie wzrasta (i przekracza) uprzednio ustawiony prąd uszkodzenia, oznaczony jako “1”. Następnie, przełącznik sekcji S3 wykoleja, powodując utratę napięcia na szynie dystrybucji publicznej. Wszystkie moduły logiczne użytkowników wykrywają tę utratę napięcia (oznaczoną “1”), ale tylko moduł użytkownika A wykrywa zarówno prąd uszkodzenia, jak i utratę napięcia (oba “1”). Te “1s” tworzą bramkę AND, identyfikując użytkownika A jako uszkodzonego.

Moduł logiczny użytkownika A generuje kontakt wykolejnienia TJ1 i kontakt sygnalizacyjny TJ2. TJ1 zamyka, podłączając się do dodatniego zasilania i cewki wykolejnienia przełącznika obciążeniowego, aby wykolejnić przełącznik obciążeniowy użytkownika A. TJ2 zamyka, wysyłając informacje o uszkodzeniu do personelu O&M sieci dystrybucyjnej za pomocą bezprzewodowego połączenia. To zapewnia, że przełącznik obciążeniowy uszkodzonego użytkownika nie przerwie prądu uszkodzenia, ale zizoluje uszkodzenie. Użytkownicy bez uszkodzeń, mimo utraty napięcia (bez wykrytego prądu uszkodzenia), nie wykoleją swoich przełączników obciążeniowych (bramka AND nie jest aktywowana).

Podobnie, prądy wtórne transformatorów prądu linii wejściowej CT2 (użytkownik B) i CT3 (użytkownik C) podłączone są do urządzenia wykrywającego. Logika uszkodzeń postępuje zgodnie z zasadą użytkownika A, izolując uszkodzenia dla B/C, aby zapewnić normalną dostawę energii innym użytkownikom.

4 Współpraca z ochroną przełącznika sekcji i środki zapobiegające błędnym działaniom

• Dla linii powietrznych: Detektor uszkodzeń współdziała z czasem ponownego zamknięcia S3 (zwykle 1,2 sekundy opóźnienia po wykolejeniu). W ciągu 1,2 sekundy musi on wykoleśnić przełącznik obciążeniowy uszkodzonego użytkownika (zapobiegając ponownemu zamknięciu S3 na uszkodzeniu). Informacje o uszkodzeniu są wysyłane do personelu O&M w formie wiadomości tekstowej, co umożliwia szybkie naprawy.

• Dla linii kablowych: Ponieważ S3 nie ma ponownego zamknięcia, detektor wykoleja uszkodzony przełącznik obciążeniowy i wysyła informacje o uszkodzeniu. Personel O&M następnie zamyka S3, zapewniając dostawę energii dla użytkowników bez uszkodzeń i zmniejszając czas przerwy w dostawie.

• Aby uniknąć błędnego wykolejnienia przełączników obciążeniowych użytkowników bez uszkodzeń po ponownym zamknięciu S3: Logika detektora wymaga najpierw wykrycia gwałtownego wzrostu prądu uszkodzenia, a następnie utraty napięcia (tworząc bramkę AND). Dodano opóźnienie do oceny utraty napięcia (aby zapobiec błędnym wykolejeniom spowodowanym napływem prądu przed utratą napięcia).

5 Podsumowanie

Instalacja detektorów uszkodzeń przy przełącznikach obciążeniowych linii wejściowych użytkowników (współdziałających z ochroną przełącznika sekcji) pozwala na automatyczną izolację uszkodzeń przez przełączniki obciążeniowe i powiadamianie personelu O&M. To zwiększa niezawodność linii dystrybucji publicznej, zmniejsza obciążenie związane z poszukiwaniem uszkodzeń i ogranicza rozprzestrzenianie się przerw w dostawie. Urządzenie to może być również używane przy przełącznikach obciążeniowych głównych linii dystrybucji (współdziałających z ochroną przełącznika sekcji wyższego poziomu), izolując uszkodzenia po przełączniku obciążeniowym i zapewniając dostawę energii dla użytkowników między przełącznikami. To zmniejsza zakresy przerw w dostawie i poprawia niezawodność linii dystrybucji.