Краткий анализ автоматического повторного включения выключателя в системе автоматизации распределительных линий электропередачи
Автоматический повторный выключатель - это высоковольтное коммутационное устройство с встроенным управлением (оно само по себе обладает функциями обнаружения тока короткого замыкания, управления последовательностью операций и выполнения без необходимости дополнительных реле защиты или устройств управления) и защитными возможностями. Он может автоматически обнаруживать ток и напряжение в своей цепи, автоматически прерывать токи короткого замыкания в соответствии с характеристиками обратного времени при возникновении неисправностей, а также выполнять несколько повторных включений в соответствии с предварительно установленными временными интервалами и последовательностями.
1. Принципы и характеристики автоматизации линий питания, реализуемые с помощью схемы автоматического повторного выключателя
Автоматизация воздушных распределительных линий с использованием схемы автоматического повторного выключателя использует способность повторного выключателя прерывать токи короткого замыкания и его интегрированные функции защиты, мониторинга и связи. Без использования защитных действий коммутационного оборудования подстанции эта схема автоматически определяет и изолирует неисправности путем координации настроек защиты и временных интервалов между повторными выключателями, эффективно расширяя шину подстанции до распределительной линии. На основной линии питания автоматические повторные выключатели служат защитными устройствами, обеспечивая быстрое сегментирование неисправностей и автоматическую изоляцию неисправностей на ответвлениях.
Основная функция схемы автоматического повторного выключателя - достижение автоматизации линий питания. Она может автоматически изолировать неисправности даже без системы автоматизации на основе связи, позволяя реализовать проект автоматизации поэтапно. При наличии условий система связи и автоматизации может быть усилена позже для достижения полной функциональности автоматизации.
Автоматизация линий питания на основе автоматического повторного выключателя подходит для относительно простых сетевых структур, таких как двойные источники питания "рука об руку" в кольцевой сети. В этой конфигурации две линии питания соединены через промежуточный переключатель. В нормальном режиме работы промежуточный переключатель остается открытым, и система работает в режиме открытого кольца. При возникновении неисправности на одном участке, переопределение сети позволяет передать нагрузку, чтобы сохранить питание ненарушенных участков, значительно повышая надежность питания. Когда расстояние между двумя источниками питания не превышает 10 км, с учетом числа сегментов и координации автоматизации, рекомендуется конфигурация с тремя повторными выключателями (автоматическими повторными выключателями) и четырьмя сегментами, каждый из которых имеет длину примерно 2,5 км.
На примере схемы на рисунке 1: B1 и B2 - это исходящие выключатели от подстанций; R0 до R2 - это секционирующие выключатели линии (автоматические повторные выключатели). В нормальных условиях B1, B2, R1 и R2 закрыты, а R0 открыт.
Неисправность в участке ①: Для временных неисправностей питание восстанавливается за счет первого или второго повторного включения B1. Для постоянных неисправностей, после того как B1 выполняет повторное включение и затем блокируется (открывается и блокируется для дальнейшего повторного включения), R1 обнаруживает продолжительную потерю напряжения в участке ①. После предустановленного времени ожидания t₁, R1 открывается. Затем, R0 обнаруживает продолжительную потерю напряжения в участке ② на более длительное время t₂ (t₂ > t₁) и успешно закрывается, тем самым изолируя неисправность внутри участка ①.
Неисправность в участке ②: Временные неисправности устраняются за счет повторного включения R1 (координация защиты предотвращает срабатывание B1). Для постоянных неисправностей, после повторного включения и блокировки R1, R0 обнаруживает продолжительную потерю напряжения в участке ② на время t₂ и автоматически закрывается. При закрытии на неисправную линию он немедленно срабатывает и блокируется, изолируя неисправность внутри участка ②. Процесс изоляции неисправности и восстановления для двух участков по другую сторону промежуточного выключателя следует той же логике.
Дополнительные соображения при применении включают:
Для реализации изоляции неисправностей с использованием схемы автоматического повторного выключателя необходимо отключить функцию мгновенного тока короткого замыкания (ноль-время) исходящего выключателя подстанции и заменить ее на функцию задержки мгновенного тока.
При возникновении временных или постоянных неисправностей на ответвлениях, они устраняются за счет автоматических повторных выключателей, установленных на ответвлениях. Настройки защиты и временные интервалы работы повторных выключателей на ответвлениях должны быть ниже и короче, соответственно, чем у основных линейных повторных выключателей.
Система автоматизации распределения с использованием локального управления может улучшить надежность питания с относительно низкими инвестициями. Кроме того, поскольку современные автоматические повторные выключатели основаны на микропроцессорах и являются интеллектуальными, они предоставляют интерфейсы для будущего расширения удаленного мониторинга. Когда инфраструктура связи и системы главной станции становятся доступны, система может бесшовно перейти к схеме автоматизации линий питания, управляемой главной станцией.
2. Как улучшить надежность питания и снизить продолжительность отключения линии
Используйте высокопроизводительный ПЛК (программируемый логический контроллер) в качестве центра управления автоматическим повторным выключателем.
Быстро устраняйте временные неисправности, чтобы минимизировать время отключения. В энергосистемах более 70% неисправностей линий являются временными. Если временные неисправности обрабатываются так же, как постоянные, происходит длительное отключение. Поэтому добавлена функция быстрого повторного включения в автоматические повторные выключатели, которая может устранить временные неисправности в течение 0,3–1,0 секунды (настройки зависят от условий линии), значительно сокращая время отключения для временных событий.
Одновременная блокировка обоих концов неисправного участка. Традиционные выключатели могут блокировать только один конец неисправной линии при возникновении неисправности. В отличие от них, автоматические повторные выключатели могут одновременно изолировать оба конца постоянно неисправного участка, предотвращая отключения в ненеисправных областях, сокращая время восстановления, уменьшая количество попыток повторного включения и снижая нагрузку на сеть.
3. Принципы применения автоматических повторных выключателей в распределительных сетях
Условия эксплуатации: Все неисправности должны рассматриваться как временные, чтобы избежать ошибочного срабатывания из-за бросков тока. Блокировка после срабатывания должна происходить только в случае постоянных неисправностей.
Выбирайте и размещайте автоматические повторно-включающие выключатели экономически обоснованно и рационально, исходя из величины нагрузки и длины линии.
Выберите номинальный ток, отключающую способность, номинальный ток короткого замыкания и динамическую/тепловую выдерживаемость тока для автоматического повторно-включающего выключателя в зависимости от места его установки. Максимальная номинальная отключающая способность обычно должна быть выше 16 кА, чтобы соответствовать постоянно увеличивающейся мощности сети.
Правильно согласуйте настройки защиты, включая ток срабатывания, количество попыток повторного включения и временные характеристики.
Согласуйте работу между верхними и нижними автоматическими повторно-включающими выключателями: количество допустимых операций при неисправностях должно уменьшаться по уровням, а время задержки перед повторным включением должно увеличиваться по уровням (обычно устанавливается 8 секунд на этап).
