Основная цель обработки неисправностей в распределительной сети — изолировать неисправности и восстановить электроснабжение в кратчайшие возможные сроки. Являясь основным интеллектуальным устройством распределительной автоматизации, контроллер реклоузера работает в координации с секционализаторами, другими реклоузерами или системой главной станции для достижения полностью автоматизированного замкнутого цикла от «обнаружения неисправности → определения ее характера → точной изоляции → восстановления электроснабжения». В данной статье представлен системный анализ его ключевой роли и логики реализации.
Продвинутый контроллер реклоузера
I. Основная база: «Автономные» возможности контроллера реклоузера
Реклоузер — это высоковольтное коммутационное устройство со встроенными функциями управления и защиты. Его контроллер может самостоятельно выполнять обнаружение неисправностей, отключение и многократные операции повторного включения без необходимости во внешнем независимом устройстве релейной защиты.
Следует уточнить, что «автономность» не означает полной независимости от внешней поддержки: современные контроллеры реклоузеров обычно требуют наличия внешнего трансформатора напряжения (ТН) для обеспечения сигналов напряжения и оперативного питания. Некоторые модели используют отбор мощности от ТН, аккумуляторы, суперконденсаторы или отбор мощности от ТТ в качестве источников оперативного питания, и не требуют дополнительного независимого устройства релейной защиты.
Его основные возможности включают:
-
Обнаружение неисправностей и отключение: Автоматически определяет ток линии и при подтверждении неисправности прерывает ток повреждения в соответствии с характеристиками защиты с обратнозависимой выдержкой времени;
-
Многократное повторное включение: Выполняет многократные операции повторного включения в соответствии с заданной последовательностью (например, «одно быстрое, два медленных», «два быстрых, два медленных», «одно быстрое, три медленных» и т. д.) для различения кратковременных неисправностей (таких как удары молнии или касание линий ветками деревьев) от постоянных неисправностей (таких как обрыв проводов или пробой изоляции);
-
Автоматическая блокировка и сброс: Автоматически сбрасывается после успешного повторного включения при кратковременной неисправности; после завершения заданного количества операций повторного включения при постоянной неисправности блокируется в отключенном состоянии для изоляции поврежденного участка.
Контроллер реклоузера | Защита ANSI C37.60 и DNP3.0
II. Ключевое условие: Граница возможностей между реклоузерами и секционализаторами
Координация между реклоузерами и секционализаторами (также известными как секционирующие выключатели) является основой локальной автоматики фидеров (АФ). Граница возможностей между ними должна быть строго разграничена:
-
Реклоузер: Обладает способностью прерывать ток короткого замыкания и может самостоятельно выполнять операции по устранению неисправностей и повторному включению;
-
Секционализатор: Может прерывать только ток нагрузки, но не ток короткого замыкания. Он полагается на вышестоящий реклоузер/выключатель для устранения неисправности и отвечает только за изоляцию поврежденного участка.
Понимание этой границы является необходимым условием для освоения последующей логики определения места повреждения и изоляции.
III. Основные режимы координации для определения места повреждения и изоляции
1. Напряженно-временной тип (опирается на временно-последовательную координацию, связь не требуется)
Данный режим использует характеристики секционализатора «отключение при потере напряжения и задержанное включение при восстановлении напряжения», скоординированные со второй операцией повторного включения отходящего выключателя подстанции.
Ключевые параметры:
-
X-время (задержка включения): Должно быть больше времени отключения выключателя со стороны источника питания и меньше задержки второго повторного включения. X-времена секционализаторов должны увеличиваться ступенями, чтобы избежать одновременного включения. Типичные настройки составляют 7 с, 14 с, 21 с и т. д. (секционирующие выключатели: 5–7 с; связующие выключатели: 12–18 с), при этом ступенчатая разница между соседними секционирующими выключателями обычно составляет 7 с;
-
Y-время (время блокировки при обнаружении неисправности): Должно быть меньше задержки второго повторного включения реклоузера со стороны источника питания, чтобы обеспечить завершение определения неисправности до второго повторного включения. Типичные настройки составляют 5 с или 10 с.
Процесс работы:
-
Неисправность вызывает отключение, вся линия теряет напряжение, и секционализаторы автоматически размыкаются;
Реклоузер выполняет первое повторное включение (первая выдержка времени повторного включения отходящего выключателя подстанции обычно составляет 15–20 секунд, что должно быть больше времени заряда повторного включения), а секционализаторы последовательно включаются с выдержкой времени в соответствии с их X-кратностью;
-
После включения секционализатора, если в течение Y-времени снова обнаруживается потеря напряжения (т. е. включение на точку повреждения вызывает срабатывание вышестоящего выключателя), участок, на котором он находится, определяется как поврежденный, и он автоматически блокируется и больше не реагирует на восстановленное напряжение для включения; если напряжение сохраняется дольше Y-времени, участок определяется как нормальный и остается включенным;
-
Реклоузер выполняет второе повторное включение. Неповрежденные участки со стороны источника получают восстановленное электроснабжение, в то время как поврежденный участок остается отключенным из-за блокировки. Неповрежденные участки со стороны нагрузки восстанавливаются за счет резервного питания от связующего выключателя.
Время изоляции повреждения: зависит от уставок времени X/Y, обычно составляет 20–60 секунд. Требуется многократное выполнение операций повторного включения, что вызывает многократные воздействия токов короткого замыкания на систему.
2. Тип с подсчетом импульсов сверхтока (основан на подсчете тока, не требует связи)
Секционализатор регистрирует количество прерываний тока повреждения вышестоящим реклоузером и автоматически отключается и блокируется после достижения заданного значения.
Процесс работы (на примере заданного количества срабатываний, равного 2):
-
Возникает повреждение, реклоузер отключается, и секционализатор регистрирует 1-й импульс сверхтока (заданное значение не достигнуто, остается включенным);
-
Реклоузер выполняет первое повторное включение, снова включается на точку повреждения и отключается, при этом счетчик секционализатора достигает 2. В течение бестоковой паузы (при обесточенной линии и токе ниже 300 мА) секционализатор автоматически отключается и блокируется, обычно завершая операцию отключения в течение 180 мс;
-
Реклоузер выполняет второе повторное включение, секционализатор остается отключенным, поврежденный участок изолируется, а в исправных участках восстанавливается электроснабжение.
Принцип уставки подсчета: заданное значение счета секционализатора должно быть на единицу меньше количества операций повторного включения до блокировки реклоузера, что гарантирует завершение секционализатором операции отключения и изоляции до окончательной блокировки реклоузера.
Логика сброса счета: если повторное включение успешно, счет секционализатора должен быть сброшен для подготовки к следующему повреждению.
3. Интеллектуальный распределенный тип (основан на связи между терминалами, высокоскоростное реагирование)
Посредством высокоскоростной оптоволоконной связи (или связи с низкой задержкой, такой как 5G) между распределительными терминалами осуществляется обмен информацией о повреждениях и выполняется автономное логическое суждение для изоляции поврежденной зоны до срабатывания отходящего выключателя подстанции.
Основные преимущества: Однократное точное определение местоположения и изоляция. Время изоляции повреждения: для высокоскоростного распределенного типа FA время изоляции вышестоящего выключателя ≤ 200 мс, а время восстановления неповрежденной зоны ≤ 5 с; для низкоскоростного типа время изоляции ≤ 5 с, а время восстановления ≤ 45 с (согласно DL/T 1910-2018 «Технические требования к распределенной автоматизации фидеров распределительных сетей»). Не зависит от повторного включения на подстанции и исключает многократные воздействия токов короткого замыкания;
Ограничения: зависит от оптоволоконной связи или связи 5G с низкой задержкой, что приводит к более высокой стоимости. Надежность зависит от качества связи. Подходит для таких районов, как центральные городские округа с высокими требованиями к качеству электроэнергии.
4. Режим координации «Реклоузер + Реклоузер» (сценарий работы разомкнутой кольцевой сети)
В распределительной сети, работающей в режиме разомкнутой кольцевой сети, изоляция повреждения достигается за счет ступенчатых уставок выдержки времени отключения при потере напряжения и выдержки времени включения.
Логика работы: Отходящий реклоузер, промежуточные реклоузеры и связующий реклоузер координируются посредством уставок выдержки времени. При повреждении реклоузер, ближайший к месту повреждения, отключается быстро, в то время как реклоузеры, находящиеся дальше от места повреждения, отключаются с выдержкой времени. Связующий реклоузер при обнаружении потери напряжения с одной стороны включается с выдержкой времени для восстановления резервного питания неповрежденных участков.
Основное преимущество: по сравнению с режимом «реклоузер + секционализатор», он позволяет уменьшить масштаб отключения, затрагивающего неповрежденные участки, что делает его пригодным для сложных сценариев с кольцевым электроснабжением.
IV. Логика реализации восстановления электроснабжения
Восстановление электроснабжения делится на две категории: автоматическое восстановление при переходных повреждениях и резервное восстановление при постоянных повреждениях.
Переходные повреждения: после успешного повторного включения реклоузером линия напрямую восстанавливает электроснабжение без дополнительных операций.
Постоянные повреждения: после изоляции поврежденного участка неповрежденные зоны восстанавливаются следующими способами:
Неаварийная зона со стороны источника питания: электроснабжение восстанавливается напрямую после второго повторного включения реклоузера;
-
Неаварийная зона со стороны нагрузки: межлинейный выключатель фиксирует исчезновение напряжения с одной стороны и включается с выдержкой времени (выдержка времени должна превышать время локализации повреждения во избежание включения на поврежденный участок), восстанавливая питание путем перевода на смежную линию.
V. Сравнение технических характеристик и сценариев применения
Являясь основным интеллектуальным устройством для обработки неисправностей в распределительных сетях, контроллер реклоузера работает в координации с секционерами, другими реклоузерами или системой главной станции для достижения полностью автоматизированного замкнутого цикла от «обнаружения неисправности → определения ее характера → точной изоляции → восстановления электроснабжения». С развитием интеллектуальных распределительных сетей контроллеры реклоузеров все глубже интегрируются с FTU и системами главных станций, сокращая время обработки неисправностей с «часового уровня» до «минутного» или даже «секундного уровня», что значительно повышает надежность электроснабжения.
В будущем, с масштабной интеграцией распределенных энергоресурсов, контроллерам реклоузеров необходимо будет адаптироваться к адаптивным стратегиям повторного включения, скоординированным с распределенной генерацией, чтобы избежать рисков несинхронного включения. В то же время, благодаря сочетанию технологий связи 5G, цифровых двойников и других технологий, возможности самовосстановления распределительных сетей при неисправностях будут еще больше повышены. Кроме того, адаптивная интегрированная FA может осуществлять выбор и изоляцию участка замыкания на землю по критериям напряжения/тока нулевой последовательности, компенсируя недостаток традиционной FA напряжение-время, которая не обладает способностью обработки замыканий на землю.
Отредактировано: Garca
Вход
