ОПТИМАЛЬНОЕ МЕСТО РАСПОЛОЖЕНИЯ НА ЛИНИЯХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ СЕКЦИОНИРУЮЩЕГО РЕКЛОУЗЕРА

Организационно-техническая система управления активами предприятий предусматривает внедрение производственной программы на основе разработки алгоритмов оценки технического состояния электрооборудования, степени его износа, остаточного ресурса. Анализ его отказов, оценка возможных последствий и величина убытка, нанесенного предприятию, являются экономическим обоснованием модернизации или замены изношенных электроустановок.

Электрические сети со значительным износом (70—80 %) и высоким уровнем потерь электрической энергии являются первоочередным объектом производственной программы. Линии электропередачи (ЛЭП) напряжением 6—10 кВ, наиболее протяженные (до 40—50 км). Они имеют значительный износ [3; 4; 6]. К тому же, в них затруднительно монтировать линии электропередачи для резервного электроснабжения.

Надежность протяженных отходящих линий электропередачи (фидеров) повышают строительством промежуточных распределительных пунктов (РП) [4]. Однако, это требует больших материальных затрат, а иногда неосуществимо из-за сложности размещения РП в необходимом месте. Поэтому надежность электроснабжения таких линий электропередачи повышают секционированием её на несколько относительно коротких участков с установкой промежуточных автоматических защитно-коммутационных аппаратов-реклоузеров [7; 8; 9]. При авариях на линии электропередачи реклоузеры повышают быстродействие релейной защиты, так как их установка уменьшает зону отключения абонентов и происходит многократное повторное включение поврежденного участка, которое в большинстве случаев сопровождается восстановлением электроснабжения. К тому же секционирующий реклоузер позволяет дистанционно контролировать величину тока и параметры качества электроэнергии, линию связи с питающей подстанцией, дистанционно управлять выключателем, что ускоряет поиск места повреждения и выезд ремонтной бригады для его устранения.

В электрических сетях сельской местности линии электропередачи, требующие ремонта и реконструкции, имеют значительную протяженность, но количество ежегодно вводимых в действие реклоузеров ограничено. Поэтому выбор линии электропередачи для первоочередной реконструкции и места установки секционирующего реклоузера требует технического и экономического обоснования. В каждом предполагаемом варианте необходимы сравнения величины недоотпуска электроэнергии при аварии с отключением ее подачи (выбор варианта с минимальным недоотпуском энергии). Учитывают особенности линии электропередачи: длину ее отрезков после предполагаемого секционирования, нагрузки на каждом из них, частоту отказов на единицу его длины и среднестатистическую продолжительность ремонта каждого повреждения.

При коротком замыкании в линии электропередачи с секционирующим реклоузером одновременно на обоих участках от него аварийный режим не возникает. До места установки секционирующий реклоузер не подключает повреждённый участок. Эту операцию выполняет защита, установленная в начале линии электропередачи, на подстанции, а дистанционным отключением секционирующего реклоузера уточняют зону поиска места повреждения и этим ускоряют ремонт.

Для обоснования критерия выбора оптимального места установки секционирующего реклоузера мы рассматриваем только отказы, возникающие на линиях электропередачи. На воздушных линиях электропередачи напряжением 6—10 кВ их возникает до 50—65 % от всего количества отказов электрооборудования системы электроснабжения [3]. Линии электропередачи повреждаются равномерно по всей их длине и в среднем удельная частота отказов равна 0,2 (1/(км*год)).

Нагрузку каждого участка линии электропередачи определяют суммарной установленной мощностью потребителей. Продолжительность поиска и ремонта линии электропередачи зависит от длины участка и составляет в среднем 5 часов.

Величина недоотпуска электроэнергии в каждом из вариантов установки реклоузера рассчитывают по уравнению:

W=P* ℓ*q*h,                                                       (1)

где: W — годовой недоотпуск электроэнергии, из-за отключения данного участка линии электропередачи, кВч/год;

P — мощность нагрузки, передаваемая через рассматриваемый участок линии электропередачи, кВт;

ℓ — длина участка линии электропередачи, км;

q — удельная частота отказов линии электропередачи, 1/год*км;

h — среднее время поиска и ремонта повреждений, час.

При авариях на разных участках линии электропередачи с установленным секционирующим реклоузером развитие последствий возможно по нескольким вариантам. При коротком замыкании за местом размещения секционирующего реклоузера защитный механизм его отключит повреждённую часть линии и с помощью устройства автоматического повторного включения (АПВ) он сделает попытку повторного включения линии, которая, по статистике, в 70 % случаях бывает успешной. При отсутствии секционирующего реклоузера в данном случае сработает защита в начале линии электропередачи, и она вся будет отключена, а с установленным секционирующим реклоузером, если повторное включение АПВ в начале линии окажется успешным, то часть линии электропередачи до реклоузера останется под напряжением, а часть линии за секционирующим реклоузером будет отключенной. Меняя место установки секционирующего реклоузера на линии от источника электроэнергии, зоны электропередачи увеличивают или уменьшают. Недоотпуск электроэнергии потребителям и длительность ремонта уменьшается примерно вдвое за счет сокращения зоны поиска повреждения.

Для определения наиболее эффективного места расположения реклоузера с учетом суммарного годового недоотпуска электрической энергии, количества и длительности отключений потребителя или группы потребителей электрической сети в зависимости от ее структуры составляют однолинейную схему двух подстанций (рис. 1).

Рисунок 1. Структурная схема включения реклоузера

В исследуемых воздушных линиях электрических сетей напряжением 10 кВ двух подстанций ПС № 1 и ПС № 2 и двух отходящих от них линий, по структуре территориально возможна установка реклоузера.

Отходящая линия от подстанции ПС № 1 обеспечивает электрической энергией 21 подстанцию. Из них 8 закрытых трансформаторных подстанций (ЗТП), 8 комплектных подстанций (КТП) и 5 мачтовых подстанций (МТП) с силовыми трансформаторами различной мощности от 63 до 400 кВА.

Отходящая линия от ПС № 2 обеспечивает электрической энергией 17 подстанций. Из них 8 — ЗТП, 5 — КТП и 4 — ЗТП, оснащенных силовыми трансформаторами различной мощности от 63 до 400 кВА.

Отходящая линия от ПС № 1 условно разделена на 8, а ПС № 2 на 6 участков. Такое деление обусловлено количеством ответвлений магистрали отходящей линии (таблица 1).

Таблица 1.

Исходные данные отходящих линий подстанций ПС № 1 и ПС № 2

Значения мощностей полной, активной и коэффициента мощностей соответственно для дневной и вечерней нагрузок отходящих линий подстанции ПС № 1 (таблица 2) и ПС № 2 (таблица 3) различаются по участкам до пяти раз.

Таблица 2.

Расчетные нагрузки отходящей линии 1 подстанции № 1

Таблица 3.

Расчетные нагрузки отходящей линии 1 подстанции № 2

Определим максимальный возможный недоотпуск электроэнергии при различных вариантах размещения секционирующего реклоузера на ЛЭП с отпайками 1…14 и выбираем вариант, при котором недоотпуск электроэнергии на самом загруженном участке будет минимальным.

При варианте размещения реклоузера в точке 8—9 недоотпуск электроэнергии на участке линии электропередачи (W_8-9), защищаемом секционирующим реклоузером в одинадцать раза меньше (рис. 2), чем на участке, защищаемом комплектом защиты ПС № 1 от источника энергии до точки 3—4 (W_3-4), а время ликвидации аварии в пять раз меньше, чем на участке линии электропередачи 3—4 (рис. 3).

Рисунок 2. Динамика изменения недоотпуска электроэнергии при различных вариантах расположения секционирующего реклоузера

Рисунок 3. Изменение времени ликвидации аварии

Недоотпуск электроэнергии будет минимальный, если секционирующий реклоузер установить в точке 8—9 линии электропередачи, и максимальным, если секционирующий реклоузер установить в точке 3—4 линии электропередачи. Первому варианту соответствует и наименьшая разница во времени ликвидации отказа.

Выводы:

1.  При выборе оптимального места установки, секционирующего реклоузера необходимо вычисление вероятной величины недоотпуска ∆W_но электроэнергии при авариях в зонах его защиты.

2.  Величина недоотпуска электроэнергии при аварии на линии электропередачи зависит от конфигурации электрической сети и распределения мощности потребителей по её длине.

3.  При равномерном распределении мощности потребителей вдоль линии оптимальным вариантом размещения секционирующего реклоузера является вариант установки в точке 8—9, при котором недоотпуск энергии оказался минимальным.

4.  Варианту установке реклоузера в точке 8—9 соответствует наименьшая разница во времени устранения повреждения.

5.  Методику определения оптимальных мест размещения секционирующих реклоузеров необходимо совершенствовать для более полного учёта результатов статистики аварийных режимов предприятий.

Список литературы:
1.    Правила устройства электроустановок. — По состоянию на 1 февраля 2008 г. — М.: КНОРУС, 2012. — 488 с.
2.    Правила технической эксплуатации и сетей Российской Федерации. Министерство энергетики РФ. — М.: ЗАО «Энергосервис», 2012. — 368 с.
3.    Васильева Т.Н. Надежность электрооборудования и систем электроснабжения. — М.: Горячая линия — Телеком, 2014. — 152 с.: ил.
4.    Лещинская Т.Б. Электроснабжение сельского хозяйства / Лещинская Т.Б., Козлов А.В. — М.: Колос, 2007. — 538 с.
5.    Герасименко А.А. Передача и распределение электрической энергии: учебное пособие / А.А. Герасименко, В.Т. Федин. — Ростов –н/д.: Феникс; Красноярск: Издательские проекты, 2006. — 720 с.
6.    Васильева Т.Н. Надежность и техническое обслуживание электроэнергетичесих систем в сельском хозяйстве — Рязань: РГАТУ, 2013. 195 с.
7.    Жуков В.В., Максимов Б.К., Никодиму В., Боннер А. Децентрализованная система релейной защиты и автоматики в протяженных распределительных сетях с рассредоточенной нагрузкой потребителей // Информационные материалы IV международного семинара по вопросам использования современных компьютерных технологий для АСУ электрических сетей. — М.: ЭНАС — 2000 г.
8.    Воротницкий В.В., Кваша Е., Луковкин Д.И. Распределительные сети 6 (10 кВ) — модернизация или автоматизация? // Энергетика, 2011. № 3 (38). С. 25—26.
9.    Максимов Б.К., Воротницкий В.В. Оценка эффективности автоматического секционирования воздушных распределительных сетей 6(10) кВ с применением реклоузеров с целью повышения надежности электроснабжения потребителей // Электротехника, 2005. № 10. С. 16—17.
10.    Васильева Т.Н., Мишина Е.С. Оценка возможности установки реклоузера на отходящих линиях подстанций Рязанского региона // Молодой ученый, 2015 № 6 (86). С. 132—135.