Метод автоматической изоляции неисправностей оборудования потребителей с помощью выключателей нагрузки в распределительных сетях

1 Обзор

Безопасность распределительных сетей долгое время оставалась недостаточно изученной, а автоматизация отставала от автоматизации подстанций. Использование 10-киловольтных интервалов существующих подстанций для установки точек секционирования соответствует будущим потребностям электросети. Конфигурация распределительных выключателей, секционирующих выключателей и защиты должна соответствовать защите выходящих линий подстанции для обеспечения надежности. Ключевыми элементами автоматизации распределения являются изоляция неисправностей, самоисцеление и восстановление.

Ученые исследовали оптимизацию восстановления после сбоев в умных распределительных сетях (с несколькими источниками питания, прерывистыми источниками энергии, системами хранения энергии), но не рассматривали изоляцию неисправностей оборудования пользователей на основе переключателей нагрузки. Рассмотрим линию на рисунке 1: секционный выключатель S3 обслуживает A, B, C. Неисправность A вызывает срабатывание S3. Временные неисправности позволяют успешно повторно закрыть выключатель; постоянные неисправности вызывают отключение B/C, что негативно влияет на производство, снижает поставки и увеличивает объемы поиска неисправностей (так как S3 не может точно определить место неисправности, требуя проверки каждого устройства). Таким образом, срочно требуется метод/устройство на основе переключателя нагрузки для изоляции неисправностей и идентификации неисправных пользователей. Это гарантирует успешное повторное закрытие S3 для исправных пользователей, независимо от типа пользователя или неисправности (временной или постоянной).

2 Метод эффективной изоляции неисправностей оборудования потребителей электроэнергии с помощью переключателей нагрузки

Переключатель нагрузки, устройство, находящееся между выключателем и разъединителем, имеет простое устройство для гашения дуги. Он может прерывать номинальный ток нагрузки и некоторый перегрузочный ток, но не ток короткого замыкания. Поэтому при возникновении неисправности любого оборудования потребителя срабатывает только секционный выключатель S3 для защиты. Если устройство обнаруживает неисправного пользователя и срабатывает его переключатель нагрузки до повторного закрытия S3, то неисправный пользователь изолируется, и S3 успешно повторно закрывается. Отправка информации о неисправном пользователе операционному и техническому персоналу распределительной сети через текстовое сообщение позволяет быстро устранять неисправности, снижать нагрузку на ОТР, повышать надежность поставок электроэнергии и обеспечивать поставки электроэнергии для исправных пользователей.

3 Технический путь эффективной изоляции неисправностей оборудования потребителей электроэнергии с помощью переключателей нагрузки
3.1 Процесс технической логической модули

Возьмем в качестве примера неисправность оборудования Пользователя A. Установите устройство обнаружения неисправностей на его переключатель нагрузки (см. рисунок 2). Размещаемое между переключателем нагрузки и входящей линией, оно включает в себя модуль обнаружения напряжения, модуль обнаружения тока, модуль логического управления и обработки, контакт срабатывания, контакт сигнализации и модуль беспроводной передачи сигнала (логический процесс показан на рисунке 3). Выходы модулей обнаружения напряжения и тока подключены к входу логического модуля. Его выход подключен к одному концу контакта срабатывания и контакта сигнализации. Другой конец контакта срабатывания подключен к основному оборудованию пользователя через катушку срабатывания переключателя нагрузки; другой конец контакта сигнализации подключен к беспроводному модулю. Это позволяет эффективно изолировать неисправности, быстро устранять их операционным персоналом, снижать нагрузку на поиск неисправностей и повышать эффективность работы.

3.2 Физическая проводная реализация

На примере неисправности оборудования Пользователя A (см. рисунок 4) модуль обнаружения напряжения подключен к трансформатору напряжения шины общего распределительного помещения, а модуль обнаружения тока подключен к CT1 (токовый трансформатор входящей линии Пользователя A). Логический модуль Пользователя A обрабатывает входящие значения тока и напряжения.

При коротком замыкании у Пользователя A ток, проходящий через его логический модуль, резко возрастает (и превышает) предустановленный ток неисправности, который помечен как "1". Затем секционный выключатель S3 срабатывает, вызывая потерю напряжения на шине общего распределительного помещения. Все логические модули пользователей обнаруживают эту потерю напряжения (помечена "1"), но только модуль Пользователя A обнаруживает как ток неисправности, так и потерю напряжения (оба "1"). Эти "1" образуют логическую операцию И, идентифицирующую Пользователя A как неисправного.

Логический модуль Пользователя A выводит контакт срабатывания TJ1 и контакт сигнализации TJ2. TJ1 закрывается, подключаясь к положительному источнику питания и катушке срабатывания переключателя нагрузки, чтобы сработать переключатель нагрузки Пользователя A. TJ2 закрывается, отправляя информацию о неисправности операционному и техническому персоналу распределительной сети через беспроводную связь. Это обеспечивает, что переключатель нагрузки неисправного пользователя не прерывает ток неисправности, но изолирует неисправность. Несмотря на потерю напряжения (не обнаружен ток неисправности), переключатели нагрузки других пользователей не срабатывают (логическая операция И не активирована).

Аналогично, вторичные токи токовых трансформаторов входящей линии CT2 (Пользователь B) и CT3 (Пользователь C) подключены к устройству обнаружения. Логика неисправности следует принципу Пользователя A, изолируя неисправности для B/C, обеспечивая нормальное питание других.

4 Согласование с защитой секционного выключателя и меры против неправильных действий

• Для воздушных линий: устройство обнаружения неисправностей согласуется с временем повторного закрытия S3 (обычно 1,2-секундная задержка после срабатывания). В течение 1,2 секунды оно должно сработать переключатель нагрузки неисправного пользователя (предотвращая повторное закрытие S3 при неисправности). Информация о неисправности отправляется операционному и техническому персоналу через текстовые сообщения для быстрого ремонта.

• Для кабельных линий: поскольку у S3 нет повторного закрытия, устройство обнаружения срабатывает переключатель нагрузки неисправного пользователя и отправляет информацию о неисправности. Операционный и технический персонал затем закрывает S3, обеспечивая питание для исправных пользователей и сокращая время отключения.

• Чтобы избежать неправильного срабатывания переключателей нагрузки исправных пользователей после повторного закрытия S3: логика устройства обнаружения требует сначала обнаружения резкого увеличения тока неисправности, а затем потери напряжения (образуя логическую операцию И). Добавляется задержка к суждению о потере напряжения (чтобы предотвратить неправильное срабатывание от импульсного тока, достигающего раньше, чем напряжение).

5 Заключение

Установка устройств обнаружения неисправностей на входящих линиях переключателей нагрузки пользователей (в координации с защитой секционного выключателя) позволяет переключателям нагрузки автоматически изолировать неисправности и оповещать операционный и технический персонал. Это повышает надежность общественных распределительных линий, снижает нагрузку на поиск неисправностей и ограничивает распространение отключений. Устройство также может быть использовано на переключателях нагрузки основных распределительных линий (в координации с защитой верхнего уровня секционного выключателя), изолируя неисправности после переключателей нагрузки и обеспечивая питание для пользователей между выключателями. Это сокращает диапазоны отключений и повышает надежность распределительных линий.