СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО ОГРАНИЧЕНИЯ СНИЖЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ
SYSTEM FOR AUTOMATIC VOLTAGE REDUCTION LIMITATION (AVRL)

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть применено в противоаварийной автоматике электрических сетей 35-220 кВ для предотвращения недопустимого по условиям устойчивости снижения напряжения на шинах подстанций в послеаварийных режимах.
Известна автоматика ограничения снижения напряжения на шинах подстанции, выполненная на базе микропроцессорных терминалов релейной защиты в виде блоков автоматики отключения потребителей, блоков разрешения автоматического повторного включения фидеров, коммутатора связи между блоками [1].
Прототип обеспечивает повышение надежности и возможность оперативного изменения конфигурации. Однако прототип не предлагает комплексного подхода к организации автоматического ограничения снижения напряжения (АОСН), не определяет необходимость и места установки устройств АОСН на подстанциях, не рассматривает вопрос надежности электроснабжения с точки зрения социальной значимости потребителей. В итоге повышение надежности в рамках каждой отдельной подстанции не приводит к оптимальному АОСН в рамках энергорайона.
Технический результат предлагаемого технического решения состоит в повышении эффективности работы системы автоматического ограничения снижения напряжения.
Указанный технический результат достигается тем, что в систему автоматического ограничения снижения напряжения в электрических сетях 35-220 кВ, содержащую устройство(а) АОСН, включающее блок сравнения с напряжением отключения, блок выдержки времени на отключение, блок последовательного отключения групп присоединений, блок сравнения с напряжением включения, блок выдержки времени на включение, блок последовательного включения отдельных присоединений, на вход системы введены последовательно соединенные блок определения режимов электрической сети, блок анализа, блок определения присоединений, подключаемых под действие АОСН, блок задания уставок устройств АОСН, причем блок определения режимов электрической сети выполнен с возможностью определения напряжения на шинах подстанций энергорайона в нормальном, ремонтных и послеаварийных режимах; блок анализа выполнен с возможностью определения подстанций, на которых необходимо установить устройства АОСН, если напряжение на шинах не превышает 0,77 номинального напряжения; блок определения присоединений, подключаемых под действие АОСН, выполнен с возможностью установления приоритетности присоединений в зависимости от социальной значимости потребителей электрической энергии и наличия автоматического ввода резерва (АВР) на шинах 6, 10, 20 кВ подстанций; блок задания уставок устройств АОСН выполнен с возможностью задания уставок по напряжению и времени отключения и включения с учетом групп присоединений.
Введение указанных дополнительных блоков и последовательности их соединения позволяет повысить эффективность работы системы автоматического ограничения снижения напряжения, а именно оптимизации противоаварийной автоматики электрических сетей 35-220 кВ в части минимизации числа устройств АОСН на подстанциях и повышения надежности электроснабжения путем минимизации числа отключаемых потребителей электрической энергии, необходимого для поддержания допустимого уровня напряжения на шинах подстанции.
Сущность заявляемого технического решения поясняется функциональной схемой системы. На фиг. 1 представлена схема связи между блоками предлагаемой системы, где показаны последовательно соединенные блок 1 определения режимов электрической сети, блок 2 анализа, блок 3 определения присоединений, подключаемых под действие АОСН, блок 4 задания уставок устройств АОСН, устройство АОСН включающее блок 5 сравнения с напряжением отключения и блок 8 сравнения с напряжением включения присоединений, блоки 6 и 9 выдержек времени на отключение и включение присоединений, блок 7 последовательного отключения групп присоединений и блок 10 последовательного включения отдельных присоединений.
Система разработана на базе микропроцессорной аппаратуры и работает следующим образом.
В блоке 1 определения режимов электрической сети производится определение нормальных, ремонтных и послеаварийных режимов района электрической сети подстанций, находящихся в одном транзите, и определение значений напряжения в узлах (на шинах подстанций) рассматриваемого участка сети с использованием средств вычислительной техники и специализированного программного обеспечения.
Исходные данные:
- результаты контрольных измерений потокораспределения, нагрузок и уровней напряжения (далее - контрольные измерения), производимых в электрических сетях согласно «Правилам технической эксплуатации электроустановок потребителей» [2] дважды в год, каждую третью среду июня и декабря (щитовые ведомости, АСКУЭ);
- параметры электрической сети для составления расчетной модели рассматриваемого района энергосистемы (активное, реактивное сопротивления и емкостная проводимость линий электропередачи; активное, реактивное сопротивления, емкостная проводимость и коэффициенты трансформации трансформаторов и автотрансформаторов; значения вырабатываемой установленными в сети генераторами активной и реактивной мощностей; значения вырабатываемой установленными в сети синхронными компенсаторами реактивной мощности; значения проводимостей реакторов и батарей статических конденсаторов установленных в сети);
- информация о наличии у рассматриваемых присоединений автоматического ввода резерва (АВР) по распределительной сети 6 кВ, 10 кВ и 20 кВ и места его установки.
В блоке 2 анализа осуществляется анализ полученных значений напряжения и принимается решение о необходимости и местах установки устройств АОСН. В случае снижения уровней напряжения на шинах высокого напряжения подстанций в ремонтных и послеаварийных режимах до значения 0,77×Uном и ниже (согласно «Методическим указаниям по устойчивости энергосистем» [3]), требуется установка устройств АОСН на этих подстанциях.
В блоке 3 определяются присоединения выбранных подстанций, подключаемые под действие АОСН, с учетом нагрузки и социальной значимости потребителей, питающихся от этих присоединений. Присоединения делятся на четыре группы в зависимости от социальной значимости потребителей (электроприемников):
- первая группа присоединений - присоединения, осуществляющие питание наименее ответственных потребителей, временное обесточение которых не приведет к порче оборудования, угрозе жизни и здоровью людей, остановке технологического процесса на предприятии (быт, садовые товарищества, дачи и т.д.);
- вторая группа присоединений - присоединения, осуществляющие питание более ответственных по сравнению с первой группой потребителей, обесточение которых не приведет порче оборудования, угрозе жизни и здоровью людей, остановке технологического процесса на предприятии (промышленность, спортивные площадки, школы, детские сады и т.д.);
- третья группа присоединений - присоединения, осуществляющие питание более ответственных по сравнению со второй группой потребителей, перерыв электроснабжения которых приводит к нарушению нормальной деятельности значительного количества жителей (администрации городов, научные центры и т.д.);
- четвертая группа присоединений - присоединения, осуществляющие питание наиболее ответственных потребителей, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, нарушение функционирования особо важных элементов городского хозяйства, порче оборудования (заводы, больницы, поликлиники, котельные и т.д.).
Подключение присоединений под действие устройств АОСН необходимо выполнять, руководствуясь следующим правилом: в случае если контролируемые шины подстанции осуществляют питание от двух независимых друг от друга источников питания, то под действие устройств АОСН следует подключать присоединения только той секции шин низкого напряжения (среднего напряжения) подстанции, которая в нормальном режиме работы имеет связь через цепи силового трансформатора (автотрансформатора) с шиной стороны высокого напряжения, уровень напряжения на которой снизился до недопустимых по условиям устойчивости значений, как показано на фиг. 2.
Доля нагрузки, подключенной под действие АОСН, устанавливается нормативными документами (типовое значение - 60%). Объем нагрузки каждой из четырех групп подключаемых присоединений должен равняться 25% от суммарного значения подключенной под действие устройств АОСН нагрузки.
Первыми под действие устройств АОСН подключаются присоединения с наличием АВР по следующим правилам:
- присоединения с наличием АВР необходимо подключать в первые группы уставок устройств АОСН;
- приоритет при выборе подключаемых под действие устройств АОСН присоединений с наличием АВР необходимо отдавать присоединениям, нагрузка которых под действием АВР переходит на присоединения, нагрузка которых не влияет на уровень напряжения рассматриваемого участка энергосистемы;
- в пределах одной подстанции присоединение, нагрузка которого, в случае его отключения, действием АВР переходит на присоединение с нагрузкой, оказывающей влияние на уровень напряжения рассматриваемого узла энергосистемы, должно быть подключено под действие устройств АОСН только совместно (в одной соответствующей группе) с резервирующим его присоединением;
- действие АВР не должно приводить к перегрузке сетевого электротехнического оборудования.
Под действие устройств АОСН запрещается подключать трансформаторы собственных нужд подстанции ввиду того, что через эти трансформаторы осуществляется питание устройств релейной защиты и ряд собственных нужд подстанции.
При наличии устройства автоматического повторного включения (АПВ) на присоединениях, подключенных к устройству АОСН, необходимо выполнять блокировку АПВ этих присоединений при срабатывании устройств АОСН для исключения повторного включения присоединений.
Для устройств АОСН характерен следующий принцип работы. При снижении уровня напряжения на контролируемой системе шин высокого напряжения подстанции ниже допустимого уровня U1 (блок 5) с выдержкой времени t1 (блок 6) формируется команда на отключение присоединений, подключенных под действие устройства АОСН (блок 7). При отключении присоединений подстанции уровень напряжения возвращается в допустимую область. При восстановлении уровня напряжения выше значения уставки U2 (блок 8) с выдержкой времени t2 (блок 9) нагрузка, отключенная действием устройства АОСН, вновь включается под напряжение (блок 10). Включение присоединений выполняется поочередно обратно отключению.
В блоке 4 для каждого из устройств АОСН подстанций 35 кВ, 110 кВ и 220 кВ задается набор уставок по напряжению и времени в зависимости от группы присоединений (см. таблицы 2 и 3).
Обратное включение присоединений действием устройств АОСН осуществляется следующим образом:
- для сети 110 кВ при достижении значения уровня напряжения на контролируемой шине подстанции, равного 104,5 кВ и выше (для сети 35 кВ - 33,3 кВ, для сети 220 кВ - 209 кВ), через 16 секунд происходит включение одного присоединения из IV группы;
- затем, если напряжение на контролируемой шине не снизилось ниже 104,5 кВ, через 4 секунды происходит включение второго присоединения из IV группы;
- далее, с интервалом в 4 секунды обратно включаются все оставшиеся присоединения сначала IV группы, затем III, II и I групп;
- каждое последующее включение присоединения происходит с контролем значения уровня напряжения на шине подстанции;
- если в процессе включения присоединений напряжение на контролируемой шине снизилось ниже 104,5 кВ - включение оставшихся присоединений не осуществляется.
Поочередное включение присоединений выполняется для более равномерного подключения нагрузки с целью недопущения повторного снижения уровня напряжения на контролируемой шине ниже допустимых значений. Также поочередное включение присоединений осуществляется ввиду технической невозможности аккумуляторных батарей, установленных на подстанции, осуществить включение нескольких присоединений одновременно. Это вызвано большим суммарным падением уровня напряжения аккумуляторной батареи на приводах выключателей присоединений 6-10-20 кВ и в кабелях, соединяющих аккумуляторную батарею с приводом выключателей.
Таким образом, заявляемая система автоматического ограничения снижения напряжения позволяет повысить эффективность ее работы: минимизировать число необходимых к установке устройств АОСН на подстанциях, а также повысить надежность электроснабжения путем минимизации числа отключаемых потребителей электрической энергии.
ЛИТЕРАТУРА
1. Автоматика ограничения снижения напряжения на шинах подстанции. Патент на полезную модель РФ №67302, МПК G05F 1/30, 28.04.2007 г., опубл. 10.10.2007 г.
2. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. - М.: ГУП НТЦ «Промышленная безопасность», 2008. - 356 с.
3. «Методические указания по устойчивости энергосистем», СО 153-34.20.576-2003, утв. приказом Минэнерго России от 30.06.2003 №277.