СПОСОБ АВАРИЙНОГО ОГРАНИЧЕНИЯ НАГРУЗКИ В СИЛОВОЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ
METHOD OF EMERGENCY LOAD LIMITATION IN POWER DISTRIBUTION NETWORK

Изобретение относится к области электроэнергетики и предназначено для использования при реализации надежного электроснабжения ответственных потребителей электроэнергии, в том числе в системе с собственным источником.
Логика функционирования существующих устройств противоаварийной автоматики предусматривает автоматическую дозировку управляющих воздействий, в том числе на отключение всех электрических связей энергопринимающих установок потребителей электроэнергии с энергосистемой, а также запрет автоматического ввода резерва отключенных связей. При этом часто отключаются и ответственные потребители электроэнергии. Подобные отключения неизбежны даже при наличии питания их от собственного источника (источника распределенной генерации), что в современных рыночных условиях с нарастающей тенденцией по осуществлению регулирования цен (тарифов) на услуги по передаче электроэнергии на основе таких параметров, как надежность и качество обслуживания потребителей в соответствии с международными показателями SAIFI, SAIDI, CA1F1, CAIDI, становится не приемлемым.
Среди основных причин отключения устройствами противоаварийной автоматики части ответственных высокотехнологичных потребителей электроэнергии в аварийных режимах, в том числе при выделении собственного источника на сбалансированную нагрузку, можно выделить следующие:
- отключения в распределительных сетях, как правило, происходят на уровне напряжения 10(6)-20 кВ, где к отключаемым фидерам обычно подключены как неответственные, так и ответственные потребители электроэнергии (вперемежку);
- расчетная мощность отключения нагрузки от существующих устройств противоаварийной автоматики обычно принимается с запасом, учитывающим максимальный небаланс мощности, при этом отключается избыточный объем нагрузки;
- низкая динамическая устойчивость собственных источников по сравнению с крупными генераторами электростанций не исключает риск полного погашения нагрузки, питаемой от собственного источника, так как постоянная момента инерции одновальной газотурбинной установки (Tj=11-15 с) малой генерации в несколько раз меньше постоянной момента инерции такой же установки большой мощности (100 МВт и более (Tj>30 с)) и собственные источники быстрее тормозятся или ускоряются при небалансах.
Для обеспечения надежного электроснабжения ответственных потребителей необходима реализация передачи команд управления от устройств противоаварийной автоматики только на отключение неответственных потребителей. Это возможно в случае приближения управляющего воздействия непосредственно к месту установки неответственных потребителей электроэнергии, то есть вглубь распределительных сетей, как правило, на уровень напряжения 0,4 кВ района мегаполиса.
Известно “Устройство гарантированного электроснабжения ответственных потребителей”, описанное в патенте RU 2410816, МПК H02J 9/04, опубл. 27.01.2011, в котором в случае аварийного отключения автономной электростанции и до момента запуска резервного дизель-генератора нагрузку ответственных потребителей (неотключаемых) принимает на себя источник бесперебойного питания или аккумуляторная батарея. После запуска резервный дизель-генератор начинает работать в возможном режиме дефицита мощности, при этом происходит медленное снижение частоты вращения резервного дизель-генератора. Для восстановления номинальной частоты вращения и напряжения резервного дизель-генератора срабатывает первая ступень частотной разгрузки средств автоматического отключения потребителей. При этом отключаются неответственные потребители, и дефицит мощности уменьшается. Если отключения данных потребителей окажется недостаточо и будет продолжаться снижение частоты, то отключается следующая ступень частотной разгрузки. Число ступеней частотной разгрузки определяется в каждом конкретном случае по необходимости.
Однако прокладка отдельных выделенных силовых линий электропитания непосредственно к ответственным потребителям электроэнергии, исключающая необходимость в передающих и приемных устройствах, но требующая значительных материальных затрат и не позволяющая завести под отключение неответственную нагрузку, входящую в состав ответственных потребителей электроэнергии.
Известен “Способ связи по линиям электропередачи для сетей передачи электрической энергии” (см. патент US №7952846, МПК Н02Н 3/00, опубл. 31.05.2011), осуществляется передача команд на отключение неответственных потребителей вглубь распределительных сетей (на уровень напряжения 0,4 кВ) с применением каналов связи.
Однако хотя и обеспечивается достаточная надежность в электроснабжении ответственных потребителей электроэнергии, но существует проблематичность по технико-экономическим показателям.
Наиболее перспективное в этом отношении направление характеризуется передачей команд на отключение неответственных потребителей вглубь распределительных сетей (включая уровень напряжения 0,4 кВ) без применения каналов связи.
Наиболее близким по технической сущности является “Устройство бесперебойного питания ответственных потребителей”, описанное в патенте РФ №2321936, МПК H02J 9/06, опубл. 10.04.2008, в котором избирательно осуществляются отключения неответственной нагрузки, в том числе при выделении собственного источника на сбалансированную нагрузку и собственные нужды. В случае аварийного отключения трехфазной сети генератор начинает работать в возможном режиме дефицита мощности до 50%, при этом происходит медленное снижение частоты вращения генератора (скорость падения частоты вращения тем выше, чем больше дефицит мощности). Для восстановления номинальной частоты вращения и напряжения генератора срабатывает первая ступень частотной разгрузки средств автоматического отключения неответственных потребителей. При этом отключаются неответственные потребители, и дефицит мощности уменьшается. Если отключения данных потребителей окажется недостаточным и будет продолжаться снижение частоты, то отключается следующая ступень частотной разгрузки.
Недостатком такого способа является низкие надежность и вероятность сохранения электроснабжения ответственных потребителей электроэнергии.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности и сохранения электроснабжения ответственных потребителей электроэнергии и осуществление аварийного ограничения нагрузки в силовой распределительной сети с селективным отключением рассредоточенного множества неответственных потребителей электроэнергии.
Этот результат достигается тем, что известный способ аварийного ограничения нагрузки в силовой распределительной сети, включающий априорное подразделение потребителей электроэнергии на ответственных и неответственных, отличающийся тем, что в случае аварии в сети задают для неответственных потребителей времяимпульсные кодовые команды на отключение, выделяют электростанцию, работающую в аварийном режиме на изолированную нагрузку участка сети, в распределительном устройстве, расположенном на передающем конце линии, отходящей от выделенной электростанции, при возникновении аварии кратковременно отключают и включают силовые выключатели и создают перерывы электроснабжения разных фиксированных длительностей на исполнительных устройствах всех связанных с данной линией потребителей электроэнергии, в распределительном устройстве более низкой ступени напряжения воспринимают эти перерывы электроснабжения как времяимпульсные кодовые команды и после их распознавания избирательно отключают силовые выключатели соответствующих неответственных потребителей электроэнергии.
Сущность способа аварийного ограничения нагрузки в силовой распределительной сети поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена упрощенная схема реализации способа применительно к распределительной сети района мегаполиса, на фиг.2 приведены временные диаграммы передаваемых по силовой распределительной сети команд на аварийное ограничение неответственной нагрузки.
Схема реализации способа для распределительной сети района мегаполиса содержит электроэнергетическую систему 1, собственный источник 2, электростанцию 3, силовой выключатель напряжением 10(6)-20 кВ 4, расположенный на передающем конце линии, отходящей от электростанции 3, передающее устройство 5 (программный коммутатор), район мегаполиса 6, трансформаторную подстанцию 7 с первичным напряжением 6 или 10, или 20 кВ и вторичным напряжением 0,4 кВ, главное распределительное устройство 8 (ГРУ) 0,4 кВ, приемные устройства 9 (селекторы длительности), автоматические выключатели 10.1 и 10.2 на напряжение 0,4 кВ, неответственные потребители электроэнергии 11, ответственные потребители электроэнергии 12. (Для упрощения на чертеже показано лишь по одному неответственному и ответственному потребителю электроэнергии с относящимися к ним функциональными узлами).
Сущность предложенного способа, обеспечивающего отключение неответственных потребителей 11 электроэнергии с передачей соответствующих команд вглубь распределительных сетей (в том числе на уровень напряжения 0,4 кВ) без применения каналов связи, заключается в автоматическом кратковременном отключении и последующем включении силовых выключателей 4 питающей линии со стороны электростанции 3 на уровне напряжения 10(6)-20 кВ для создания кратковременных перерывов электроснабжения (питания) фиксированной длительности на исполнительных устройствах, в том числе и более низкой ступени напряжения (как правило - 0,4 кВ), расположенных непосредственно у неответственных потребителей 11 электроэнергии (управляемой нагрузки) и воспринимающих этот факт как определенную команду на реализацию избирательного отключения соответствующего неответственного потребителя 11 электроэнергии.
К неответственным потребителям электроэнергии относятся потребители II, III категории по надежности электроснабжения: неответственное оборудование, кондиционеры, теплые полы, джакузи (гидромассаж), электроплиты, посудомоечные машины, стиральные машины, водонагреватели, реклама, рабочее освещение лестничных площадок зданий и т.д., которые в районах мегаполиса в основном составляют 90-95% мощности нагрузки.
Передающее устройство 5, формирующее различные команды в соответствии с номером передаваемой команды, несколько раз кратковременно отключает и включает силовой выключатель 4 питающей линии.
Приемные устройства 9, установленные непосредственно у отключаемых неответственных потребителей 11, воспринимают команды в виде изменения напряжения и производят избирательные отключения неответственных 11 потребителей электроэнергии. Ответственные потребители 12 при этом не отключаются.
Временные диаграммы передаваемых по силовой распределительной сети команд на аварийное ограничение неответственной нагрузки приведены в качестве примера на три команды, передаваемые по силовой распределительной сети на аварийное ограничение неответственной нагрузки, имеют времяимпульсный характер и отличаются между собой, в частности, длительностью второй паузы между импульсами фиксированной длительности. Количество таких команд и, следовательно, число отключаемых неответственных потребителей 11 может быть значительным.
Отключение и включение под нагрузкой силового выключателя 4 напряжением 10(6)-20 кВ на передающем конце линии, отходящей от электростанции 3, для формирования и передачи команд не уменьшают ресурса силового выключателя 4, так как определяющим для выключателей 4 является не общее количество отключений выключателя 4 в нормальном режиме под нагрузкой, а количество отключений коротких замыканий.
При реализации команды от передающего устройства 5 на отключение также создается кратковременный перерыв и в электроснабжении ответственных потребителей 12 электроэнергии, питающихся по данной линии. Но, учитывая кратковременность перерыва в электроснабжении (нескольких десятков миллисекунд), такие отключения для большинства потребителей можно считать допустимыми. Согласно ГОСТ 13109-97 «Требования к качеству электрической энергии в электрических сетях общего назначения» предельно допустимое значение длительности провала напряжения в электрических сетях напряжением до 20 кВ включительно составляет 30 с.
При наличии значительной синхронной нагрузки напряжение на силовой распределенной линии будет снижаться постепенно и приемные устройства 9 могут не сработать. В этих случаях необходимо предусмотреть дополнительный пуск приемных устройств 9 на стороне потребителя электроэнергии 11 напряжением 0,4 кВ по схеме «ИЛИ» от встроенного в приемное устройство 9 реле частоты по факту снижения частоты ниже 46 Гц. Приемное устройство 9 также производит отключение при аварийном снижении напряжения.
Таким образом, предложенный способ позволяет без дополнительных каналов связи аварийно ограничивать нагрузку в силовой распределительной сети за счет селективного отключения рассредоточенного множества неответственных потребителей электроэнергии. При этом надежно сохраняется электроснабжение ответственных потребителей электроэнергии.