Eine kurze Analyse des automatischen Netzschalters in der Verteilerleitungsautomatisierung
Ein automatischer Schaltkreisschließer ist ein Hochspannungsschaltgerät mit integrierter Steuerung (es verfügt von Natur aus über die Fähigkeiten zur Erkennung von Störströmen, zur Steuerung der Betriebsabläufe und zur Ausführung ohne zusätzliche Relaisschutz- oder Bedienungseinrichtungen) und Schutzeigenschaften. Es kann den Strom und die Spannung in seinem Schaltkreis automatisch erkennen, bei Störungen gemäß inverser Zeit-Schutzcharakteristik automatisch Störströme unterbrechen und nach vorbestimmten Zeitverzögerungen und Abläufen mehrfach wieder schließen.
1. Prinzip und Eigenschaften der Leitungsautomatisierung durch die Automatische Schaltkreisschließerschema
Die Automatisierung von Freileitungsnetzen mittels des Schemas der automatischen Schaltkreisschließers nutzt die Fähigkeit des Schließers, Kurzschlussströme zu unterbrechen, sowie seine integrierten Funktionen des Schutzes, der Überwachung und der Kommunikation. Ohne auf die Schutzaktionen der Umspannwerks-Ausgangsschalter angewiesen zu sein, isoliert dieses Schema durch die Koordination von Schutzeinstellungen und -zeitabläufen unter den Schließern automatisch Störungen, wodurch es effektiv die Umspannwerksbusleitungen ins Verteilungsnetz hinein erweitert. Auf dem Hauptleiter dienen die automatischen Schaltkreisschließer als Schutzgeräte, was eine schnelle Segmentierung von Störungen und die automatische Isolierung von Verzweigungsfehlern ermöglicht.
Die primäre Funktion des Schemas der automatischen Schaltkreisschließers besteht darin, die Leitungsautomatisierung zu erreichen. Es kann Störungen auch ohne ein kommunikationsbasiertes Automatisierungssystem automatisch isolieren, was es ermöglicht, das gesamte Automatisierungsprojekt in Etappen umzusetzen. Wenn die Umstände dies zulassen, können später Kommunikation und Automatisierungssysteme verbessert werden, um die volle Automatisierungsfunktionalität zu realisieren.
Die auf dem automatischen Schaltkreisschließer basierende Leitungsautomatisierung eignet sich für relativ einfache Netzstrukturen, wie z.B. Doppelversorgungs-"Hand-in-Hand"-Schleifen. In dieser Konfiguration sind zwei Leitungen über einen Zwischenschalter verbunden. Im Normalbetrieb bleibt der Zwischenschalter offen, und das System arbeitet im offenen Kreislaufmodus. Bei einem Fehler in einem Abschnitt ermöglicht die Neukonfiguration des Netzes die Lastübertragung, um die Energieversorgung an nicht fehlerhaften Abschnitten aufrechtzuerhalten, was die Versorgungssicherheit erheblich verbessert. Wenn der Abstand zwischen den beiden Energiequellen 10 km nicht überschreitet, wird bei Berücksichtigung der Anzahl der Segmente und der Automatisierungskoordination eine Dreischließerkonfiguration (automatische Schaltkreisschließer) mit vier Segmenten empfohlen, wobei jedes Segment etwa 2,5 km lang ist.
Am Beispiel des Schaltplans in Abbildung 1: B1 und B2 sind die Ausgangsschütze aus Umspannwerken; R0 bis R2 sind Leitungsteilschalter (automatische Schaltkreisschließer). Unter normalen Bedingungen sind B1, B2, R1 und R2 geschlossen, während R0 offen ist.
Störung im Abschnitt ①: Für transiente Störungen wird die Energieversorgung durch die erste oder zweite Wiederschließung von B1 wiederhergestellt. Bei dauerhaften Störungen öffnet B1 nach einer Wiederschließung und blockiert dann (öffnet und verhindert weitere Wiederschließungen), R1 erkennt eine andauernde Spannungsunterbrechung im Abschnitt ①. Nach einer voreingestellten Totzeitdauer t₁ öffnet R1. Danach erkennt R0 eine längere andauernde Spannungsunterbrechung im Abschnitt ② für die Dauer t₂ (t₂ > t₁) und schließt erfolgreich, wodurch die Störung innerhalb des Abschnitts ① isoliert wird.
Störung im Abschnitt ②: Transiente Störungen werden durch die Wiederschließung von R1 beseitigt (die Schutzkoordination verhindert, dass B1 ausfällt). Bei dauerhaften Störungen öffnet R1 nach einer Wiederschließung und blockiert, R0 erkennt die andauernde Spannungsunterbrechung im Abschnitt ② für die Dauer t₂ und schließt automatisch. Beim Schließen auf die defekte Leitung fällt es sofort aus und blockiert, wodurch die Störung innerhalb des Abschnitts ② isoliert wird. Der Prozess der Störungsisolierung und -wiederherstellung für die beiden Abschnitte auf der gegenüberliegenden Seite des Verbindungsschalters folgt derselben Logik.
Zusätzliche Überlegungen bei der Anwendung beinhalten:
Um die Störungsisolierung durch das Schema des automatischen Schaltkreisschließers zu implementieren, muss die Funktion des unmittelbaren Überstromschutzes (Nullzeit) des Umspannwerk-Ausgangsschützes deaktiviert und durch einen zeitverzögerten Überstromschutz ersetzt werden.
Wenn transiente oder dauerhafte Störungen auf Verzweigungsleitungen auftreten, werden sie durch an den Verzweigungen installierte automatische Schaltkreisschließer beseitigt. Die Schutzeinstellungen und Betriebszeiten der Verzweigungsschließer müssen niedriger und kürzer sein als die der oberstrom liegenden Hauptschließer.
Ein Verteilungsautomatisierungssystem mit lokaler Steuerung kann die Versorgungssicherheit mit relativ geringem Investitionsaufwand verbessern. Darüber hinaus bieten moderne automatische Schaltkreisschließer, da sie mikroprozessorbasiert und intelligent sind, Schnittstellen für zukünftige Fernüberwachungserweiterungen. Wenn Kommunikationsinfrastruktur und Leitzentrensysteme verfügbar sind, kann das System nahtlos in ein leitzentralengesteuertes Leitungsautomatisierungsschema überführt werden.
2. Wie man die Energieversorgungssicherheit erhöht und die Ausfallzeiten reduziert
Verwenden Sie einen leistungsfähigen PLC (Programmierbarer Logikcontroller) als Steuerzentrum des automatischen Schaltkreisschließers.
Beseitigen Sie transiente Störungen schnell, um die Ausfallzeit zu minimieren. In Energieversorgungssystemen sind mehr als 70 % der Leitungsschäden transitorisch. Wenn transiente Störungen gleich behandelt werden wie dauerhafte, führt dies zu langen Ausfällen. Daher wurde dem automatischen Schaltkreisschließer eine initiale schnelle Wiederschließfunktion hinzugefügt, die transiente Störungen innerhalb von 0,3–1,0 Sekunden (Einstellungen variieren je nach Leitungsbedingungen) beseitigen kann, was die Ausfallzeit für transiente Ereignisse erheblich reduziert.
Gleichzeitiges Blockieren beider Enden des defekten Abschnitts. Traditionelle Schaltgeräte können nur ein Ende einer defekten Leitung beim Auftreten eines Fehlers blockieren. Im Gegensatz dazu können automatische Schaltkreisschließer beide Enden eines dauerhaft defekten Abschnitts gleichzeitig isolieren, was Ausfälle in nicht defekten Bereichen verhindert, die Wiederherstellungszeit verkürzt, die Anzahl der Wiederschließversuche reduziert und den Belastungen des Netzes entgegenwirkt.
3.Anwendungsprinzipien von automatischen Schaltkreisschließern in Verteilungsnetzen
Betriebsbedingungen: Alle Störungen sollten als vorübergehende Störungen behandelt werden, um Fehlschaltungen aufgrund von Einschaltströmen zu vermeiden. Eine Sperre nach dem Auslösen sollte nur bei dauerhaften Störungen erfolgen.
Wählen und installieren Sie automatische Netzschaltgeräte wirtschaftlich und vernünftig basierend auf der Lastgröße und der Leitungslänge.
Wählen Sie den Nennstrom, die Unterbrechungskapazität, die Kurzschlussstromfestigkeit und die dynamische/thermische Strombelastbarkeit des automatischen Netzschaltgeräts gemäß seiner Installationsstelle. Die maximale Kurzschlussstromfestigkeit sollte in der Regel über 16 kA liegen, um das ständig wachsende Netzkapazität zu berücksichtigen.
Koordinieren Sie die Schutzeinstellungen angemessen, einschließlich des Auslösestroms, der Anzahl der Wiederzuschaltversuche und der Zeitverzögerungseigenschaften.
Koordinieren Sie zwischen ober- und untergeordneten automatischen Netzschaltgeräten: Die Anzahl der zulässigen Fehlerstromvorgänge sollte von Stufe zu Stufe abnehmen, und die Zeitverzögerung für die Wiederzuschaltung sollte von Stufe zu Stufe zunehmen (in der Regel auf 8 Sekunden pro Stufe eingestellt).
