Способ автоматического ограничения повышения напряжения высоковольтного оборудования узла электрической сети
METHOD FOR AUTOMATICALLY LIMITING THE INCREASE IN VOLTAGE OF HIGH-VOLTAGE EQUIPMENT OF AN ELECTRICAL NETWORK NODE

Изобретение относится к области электротехники, а именно к релейной защите и автоматике, и может быть использовано для автоматического ограничения повышения напряжения (АОПН) высоковольтного оборудования узла электрической сети.
Известен способ автоматического ограничения повышения напряжения высоковольтного оборудования узла электрической сети, реализованный в устройствах АОПН (Розенблюм Ф.М., Салова В.Г., Брухис Г.Л., Гладышев В.А., Глускин И.З. Устройство автоматического ограничения повышения напряжения на базе шкафа автоматики ШП 2704 // Электрические станции. № 4. 1989. С. 61-62; Bower, M. H. L. Remote-end overvoltage protection on Eskom’s transmission lines / M. H. L. Bower, G. H. Topham // Development in power system protection, conference 2001. – Amsterdam, 2001. – P. 471-474; Torres, Francisco. Application of overvoltage protection to the Peruvian power system / Francisco Torres, Yofre Jacome, Charles Henville // Developments in power system protection 2008. – UK, 2008. – P. 506-512; US4590533A, опубликовано 20.05.1986). Согласно способу измеряют электрическое напряжение узла и токи на отходящих линиях, в блоке определения источника повышения напряжения сравнивают активную и реактивную мощности и определяют линию - источник повышения напряжения, делят диапазон возможных повышений напряжения на ступени и на каждой из них ведут учёт расхода ресурса изоляции высоковольтного оборудования с заданной для ступени интенсивностью и осуществляют соответствующие технические мероприятия, направленные на ликвидацию повышения напряжения, причем на первой ступени технических мероприятий включают шунтирующие реакторы, а на второй ступени – отключают источник повышения напряжения. Ступени выбирают ориентируясь на вольт-временную характеристику (ВВХ) наименее защищенного от повышения напряжения высоковольтного оборудования. ВВХ определяет зависимость допустимого уровня повышения напряжения от длительности нахождения изоляции высоковольтного оборудования под этим напряжением. Данный способ имеет три недостатка:
1. Надежность и точность осуществления технических мероприятий недостаточно высока из-за косвенного учёта ресурса изоляции, который ведётся путём контроля продолжительности повышения напряжения. Это не позволяет учитывать изменения остаточного ресурса от предыдущих повышений напряжения. В связи с чем оборудование узла может быть либо отключено преждевременно, либо, наоборот, необоснованно оставлено под напряжением. В первом случае неверная оценка остаточного ресурса приводит к излишнему отключению оборудования, а во втором – к его повреждению.
2. Поскольку остаточный ресурс всего высоковольтного оборудования узла электрической сети ведётся на основе ВВХ наименее защищенного от повышения напряжения оборудования, то в случае его отключения от электрической сети (например, для планового ремонта) способ продолжит вести учет ресурса по его же ВВХ. Это приводит к излишнему отключению оставшегося в работе оборудования с остаточным ресурсом, достаточным для его эксплуатации в текущем режиме.
3. Рассмотренный выше способ сразу отключает источник повышения напряжения – линию электропередачи при исчерпании остаточного ресурса учитываемого оборудования, не рассматривая возможность включения аналогичного оборудования с целью сохранения в работе электроснабжения по ЛЭП-источнику повышения напряжения. Это ухудшает условия электроснабжения узла электрической сети.
Первый из недостатков искоренён в способе автоматического ограничения повышения напряжения высоковольтного оборудования (RU2556033C1, опубликовано 10.07.2015). Согласно ему измеряют электрическое напряжение узла и токи на отходящей линии, в блоке определения источника повышения напряжения сравнивают активную и реактивную мощности и определяют линию-источник повышения напряжения, делят диапазон возможных повышений напряжения на ступени и на каждой из них ведут учёт расхода ресурса изоляции высоковольтного оборудования с заданной для ступени интенсивностью и осуществляют соответствующие технические мероприятия, направленные на ликвидацию повышения напряжения, причем на первой ступени технических мероприятий включают шунтирующие реакторы, а на второй ступени – отключают источник повышения напряжения. При этом оценивают остаточный ресурс изоляции путем уменьшения его величины с интенсивностью расхода, соответствующей текущему уровню повышения напряжения.
Однако способу также присущи второй и третий недостатки предыдущего способа.
Этот способ является наиболее близким к заявляемому изобретению по использованию, технической сущности и достигаемому техническому результату и принят за прототип.
Техническим результатом предлагаемого способа является повышение эффективности эксплуатации высоковольтного оборудования и повышения надёжности электроснабжения узла электрической сети за счёт надлежащего осуществления технических мероприятий по ликвидации повышения напряжения в узле.
Это достигается тем, что в известном способе автоматического ограничения повышения напряжения высоковольтного оборудования узла электрической сети, согласно которому измеряют электрическое напряжение узла и токи на отходящих линий, в блоке определения источника повышения напряжения сравнивают активную и реактивную мощности и определяют линию - источник повышения напряжения, делят диапазон возможных повышений напряжения на ступени и на каждой из них ведут учёт расхода ресурса изоляции высоковольтного оборудования с заданной для ступени интенсивностью и осуществляют соответствующие технические мероприятия, направленные на ликвидацию повышения напряжения, причем на первой ступени технических мероприятий включают шунтирующие реакторы, а на второй ступени – отключают источник повышения напряжения, вводят новые операции. Их сущность заключается в контроле положения коммутационных аппаратов узла с помощью контроллеров присоединения и в режиме реального времени выявлявлении всего включенного в работу защищаемого высоковольтного оборудования узла электрической сети и добавлении его в группу работающего оборудования, контроле остаточного ресурса каждого оборудования группы индивидуально, фиксации его уменьшения до индивидуального порогового значения текущей ступени и введении в действие технических мероприятий текущей ступени. Причём, во время действия технических мероприятий продолжают контролировать остаточный ресурс оборудования, отключают исчерпавший ресурс оборудование и при необходимости включают вместо него аналогичное оборудование с остаточным ресурсом, достаточным для его эксплуатации в текущем режиме.
Новые операции позволяют вводить в действие технические мероприятия обоснованно и исключают излишнее отключение высоковольтного оборудования узла электрической сети.
Основная идея предлагаемого способа заключается в индивидуальном контроле остаточного ресурса только включенного в работу высоковольтного оборудования узла электрической сети. При этом технические мероприятия вводятся в действие, если выявляют уменьшение остаточного ресурса любого включенного оборудования до индивидуального порогового значения. В отличие от прототипа способ принимает решение о вводе технических мероприятий на основе анализа остаточного ресурса только включенного в работу высоковольтного оборудования.
На фиг. изображена упрощённая схема узла электрической сети, содержащая следующее высоковольтное оборудование:  –  – отходящие от узла линии; КП1 и КП2 – контроллеры присоединения; ТТ1 – ТТ8 – трансформаторы тока; ТН1 – ТН4, ТН1сш, ТН2сш – электромагнитные трансформаторы напряжения; QSG1 – QSG25 – разъединители; Q1 – Q8 – выключатели; Т1 – автотрансформатор; R1, R2 – шунтирующие реакторы. Принято, что линия Ln1 является источником повышения напряжения.
Как уже отмечалось ранее, прототип ведёт учёт остаточного ресурса всего высоковольтного оборудования узла электрической сети на основе ВВХ наименее защищённого от повышения напряжения оборудования. В рассматриваемой схеме им является автотрансформатор Т1. Поэтому даже в случае отключения автотрансформатора Т1 по той или иной причине прототип продолжает вести учёт остаточного ресурса всего оборудования по ВВХ автотрансформатора Т1, хотя он уже не подключён к узлу. Поэтому при повышении напряжения в узле прототип может необоснованно вводить в действие технические мероприятия в соответствии с ВВХ уже отключённого автотрансформатора Т1.
Предлагаемый способ контролирует положение коммутационных аппаратов узла с помощью контроллеров присоединения КП1 и КП2 и в режиме реального времени выявляет всё включенное в работу защищаемое высоковольтное оборудование узла электрической сети и добавляет его в группу работающего оборудования и при фиксации уменьшения остаточного ресурса любого оборудования группы до индивидуального порогового значения осуществляет технические мероприятия. В рассматриваемом выше случае при отключении автотрансформатора Т1 от узла предлагаемый способ определяет отключенное состояние коммутационных аппаратов (разъединитель QSG24 разомкнут) и перестаёт учитывать автотрансформатор в группе включённого в работу контролируемого оборудования узла, и уже не учитывает его остаточный ресурс при принятии решения о вводе в действие технических мероприятий. Способ продолжает вести учёт расхода ресурса индивидуально для каждого оставшегося в работе оборудования группы, и вводит в действие технические мероприятия при уменьшении остаточного ресурса до индивидуального порогового значения любого из них.
После отключения и выведения автотрансформатора Т1 из группы наименее устойчивыми к повышению напряжения в узле, являются электромагнитные трансформаторы напряжения ТН1 – ТН4, ТН1сш и ТН2сш. Поэтому при повышении напряжения узла способ будет осуществлять управление введением в действие технических мероприятий уже в соответствии с их остаточным ресурсом. Это позволяет исключить излишнее отключение высоковольтного оборудования благодаря обоснованному использованию технических мероприятий.
Порядок введения в действие технических мероприятий в рассматриваемом примере следующий. Сначала в качестве технического мероприятия способ использует включение шунтирующего реактора R1, воздействуя на выключатель Q1. Может оказаться, что ресурса изоляции шунтирующего реактора R1 недостаточно, и он может быть исчерпан. Тогда при дальнейшем существовании повышенного напряжения способ отключает шунтирующий реактор R1 от узла и вместо него включает, воздействуя на выключатель Q8, аналогичное ему оборудование – шунтирующий реактор R2 с остаточным ресурсом, достаточным для его эксплуатации в текущем режиме. В случае неэффективности этих технических мероприятий (если уровень напряжения и после этих технических мероприятий остался повышенным) способ в блоке определения источника повышения напряжения сравнивает активную и реактивную мощности и определяет линию-источник повышения напряжения – линию электропередачи Ln1 – и отключает источник повышения напряжения, воздействуя на выключатели Q2 и Q4. После чего повышенное напряжение в узле устраняется.
Таким образом, предложенный способ автоматического ограничения повышения напряжения высоковольтного оборудования позволяет повысить эффективность эксплуатации высоковольтного оборудования узла электрической сети путём обоснованного и своевременного введения в действие технических мероприятий для ликвидации повышения напряжения благодаря индивидуальному учёту и контролю остаточного ресурса только включённого в работу высоковольтного оборудования узла электрической сети.