Stručná analýza automatického obnovovacího spínace v automatizaci distribučních vedení

Automatický obnovovací spínací přístroj je vysokonapěťové přepínačové zařízení s vestavěnou řídicí jednotkou (samo o sobě disponuje funkcí detekce poruchového proudu, řízením pořadí operací a provedení bez potřeby dodatečné relé ochrany nebo provozních zařízení) a ochrannými schopnostmi. Může automaticky detekovat proud a napětí v jeho obvodu, automaticky přerušit poruchový proud podle charakteristiky inverzní časové ochrany během poruch a provádět několik opětovných uzavření podle předem stanovených časových prodlev a pořadí.

1. Princip a charakteristiky automatizace vedení implementované pomocí schématu automatického obnovovacího spínacího přístroje

Automatizace povrchových distribučních linek pomocí schématu Automatického obnovovacího spínacího přístroje využívá schopnosti tohoto přístroje přerušovat krátkozaměrné proudy a jeho integrované funkce ochrany, monitoringu a komunikace. Bez závislosti na ochranných akcích staničních přepínačových zařízení tento systém automaticky lokalizuje a izoluje poruchy prostřednictvím koordinace nastavení ochrany a časování mezi obnovovacími přístroji, což efektivně rozšiřuje sběrnici stanice do distribuční linky. Na hlavním vedení slouží Automatické obnovovací spínací přístroje jako ochranná zařízení, umožňující rychlé segmentování poruch a automatickou izolaci poruch na odbočkových liniích.

Hlavní funkcí schématu Automatického obnovovacího spínacího přístroje je dosažení automatizace vedení. Dokáže automaticky izolovat poruchy i bez komunikačního systému pro automatizaci, což umožňuje realizaci celého automatačního projektu fázově. Když jsou podmínky vhodné, mohou být později posíleny komunikace a automatační systémy pro dosažení plné automatizační funkcionality.

Automatizace vedení založená na Automatickém obnovovacím spínacím přístroji je vhodná pro relativně jednoduché síťové struktury, jako jsou dvojitě napájené „rukou v ruce“ spojené smyčkové sítě. V této konfiguraci jsou dvě vedení propojena prostřednictvím mezilehlého přepínače. Během normálního provozu zůstává mezilehlý přepínač otevřený a systém funguje v otevřeném režimu. Pokud dojde k poruše na jednom úseku, přesmyčka sítě umožní přenos zátěže pro udržení dodávky elektrické energie na nefaultované úseky, což významně zlepší spolehlivost dodávky. Pokud je vzdálenost mezi oběma zdroji energie menší než 10 km, s ohledem na počet úseků a koordinaci automatizace se doporučuje konfigurace tří obnovovacích přístrojů (Automatických obnovovacích spínacích přístrojů) a čtyř úseků, kde každý úsek má průměrnou délku asi 2,5 km.

Vezmeme-li za příklad schéma vedení na obrázku 1: B1 a B2 jsou vývodní přepínače ze stanic; R0 až R2 jsou oddělovače úseků linek (Automatické obnovovací spínací přístroje). Za normálních podmínek jsou B1, B2, R1 a R2 uzavřeny, zatímco R0 je otevřen.

• Porucha v úseku ①: Pro přechodné poruchy je dodávka obnovena prvním nebo druhým opětovným uzavřením B1. Pro trvalé poruchy, po provedení opětovného uzavření a následném zablokování (otevření a blokování dalších opětovných uzavření) B1, R1 detekuje trvalý ztrátu napětí v úseku ①. Po uplynutí přednastaveného času t₁ se R1 otevře. Následně R0 detekuje trvalou ztrátu napětí v úseku ② po delší době t₂ (t₂ > t₁) a automaticky se úspěšně uzavře, čímž izoluje poruchu v úseku ①.

• Porucha v úseku ②: Přechodné poruchy jsou vyřešeny opětovným uzavřením R1 (koordinace ochrany zabrání vypnutí B1). Pro trvalé poruchy, po provedení opětovného uzavření a následném zablokování R1, R0 detekuje trvalou ztrátu napětí v úseku ② po dobu t₂ a automaticky se uzavře. Po uzavření na poruchované lince okamžitě vypne a zablokuje, čímž izoluje poruchu v úseku ②. Proces izolace a obnovení pro dva úseky na protější straně mezilehlého přepínače postupuje stejnou logikou.

Dodatečné zvážení při aplikaci zahrnuje:

• Pro implementaci izolace poruch pomocí schématu Automatického obnovovacího spínacího přístroje musí být funkce okamžitého přetoku (bez časové prodlevy) vývodního přepínače ze stanice zakázána a nahrazena časově prodlevou okamžité ochranou.

• Když dojde k přechodným nebo trvalým poruchám na odbočkových liniích, jsou tyto poruchy vyřešeny Automatickými obnovovacími spínacími přístroji namontovanými na odbočkové lince. Nastavení ochrany a časy provozu odbočkových obnovovacích přístrojů musí být nižší a kratší, než u nadřazených hlavních linek.

Systém distribuční automatizace s lokálním řízením může zlepšit spolehlivost dodávky s relativně nízkými investicemi. Navíc, protože moderní Automatické obnovovací spínací přístroje jsou založeny na mikroprocesorech a inteligentní, nabízejí rozhraní pro budoucí rozšíření vzdáleného monitoringu. Jakmile budou dostupné komunikační infrastruktury a centrální systémy, systém může hladce přejít na schéma automatizace vedení řízené centrální stanicí.

2. Jak zlepšit spolehlivost dodávky a snížit dobu výpadku linky

• Použijte vysokovýkonné PLC (Programovatelný logický čip) jako řídící centrum Automatického obnovovacího spínacího přístroje.

• Rychle vyřešte přechodné poruchy, aby byla minimalizována doba výpadku. V elektroenergetických systémech je více než 70 % linkových poruch přechodných. Pokud by se přechodné poruchy zacházely stejně jako s trvalými, došlo by k prodlouženým výpadkům. Proto byla Automatickým obnovovacím spínacím přístrojům přidána funkce rychlého opětovného uzavření, která může vyřešit přechodné poruchy během 0,3–1,0 sekundy (nastavení se liší podle stavu linky), což velmi snižuje dobu výpadku pro přechodné události.

• Současný zámek na obou koncích poruchovaného úseku. Tradiční přepínače mohou zablokovat pouze jeden konec poruchované linky při výskytu poruchy. Naopak Automatické obnovovací spínací přístroje mohou současně izolovat obě koncové body trvale poruchovaného úseku, což brání výpadkům v nefaultovaných oblastech, zkracuje dobu obnovení, snižuje počet pokusů o opětovné uzavření a minimalizuje zatěžování sítě.

3. Aplikační principy Automatických obnovovacích spínacích přístrojů v distribučních sítích

• Provozní podmínky: Všechny poruchy by měly být považovány za přechodné poruchy, aby se zabránilo nesprávnému spuštění z důvodu proudového vstřikování. Uzamčení po vyhození spoje by mělo nastat pouze v případě trvalých poruch.

• Vyberte a nasazujte Automatické obnovovací spínače ekonomicky a rozumně na základě velikosti zátěže a délky vedení.

• Zvolte nominální proud, rozrušovací kapacitu, hodnotu krátkozavodného proudu a dynamickou/termickou odolnost Automatického obnovovacího spínače podle jeho místa instalace. Maximální hodnota krátkozavodného proudu by obecně měla být nad 16 kA, aby odpovídala neustále rostoucí kapacitě sítě.

• Správně koordinujte nastavení ochrany, včetně prahového proudu pro vyhození, počtu pokusů o obnovení a charakteristik časových prodlev.

• Koordinate mezi Automatickými obnovovacími spínači nahoře a dole: počet povolených operací s poruchovým proudem by měl klesat stupňovitě a časová prodleva pro opětovné zapnutí by měla rostout stupňovitě (obvykle nastavena na 8 sekund na stupeň).