Automatyzacja pracy rozdzielni sieciowej 20 kv

Transkrypt

1 Automatyzacja pracy rozdzielni sieciowej 20 kv Sebastian Niżnik, Emil Tomczak W artykule przedstawiono wdrożone rozwiązanie automatyzacji pracy napowietrznej rozdzielni 20 kv Kotla. Dzięki zastosowaniu nowoczesnych, cyfrowych zabezpieczeń typu MiROD możliwe stało się automatyczne odstawienie uszkodzonej linii od sprawnej sieci, w trakcie cyklu automatyki SPZ. Elektroenergetyczna linia napowietrzna 20 kv, o numerze ruchowym L-897, należy do obszaru działania Oddziału Legnickiego Koncernu Energetycznego EnergiaPro. Zasila 43 stacje transformatorowe SN/nn, a jej łączna długość, wraz z odgałęzieniami liniowymi, przekracza 65 km. Trasa linii przebiega przez trudny teren, pokonując takie przeszkody jak rzeka Odra oraz przecinając liczne w tym rejonie tereny leśne. Szczególnie ten ostatni fakt jest przyczyną powstawania częstych zakłóceń, związanych z upadkiem drzew lub gałęzi na linię. Lokalizacja miejsca uszkodzenia przy wykorzystaniu ekip pogotowia energetycznego ze względu na trudny do pokonania (szczególnie w warunkach jesienno-zimowych) teren (linia z reguły poprowadzona jest w oddaleniu od dróg asfaltowych) zajmuje bardzo dużo czasu. Powoduje to, że przerwy w zasilaniu odbiorców są szczególnie dla nich dotkliwe, wpływa to również na wymagane przez Prawo energetyczne od dystrybutora energii parametry jakościowe, związane z częstością i długością trwania przerw w dostawie energii. Mgr inż. Sebastian Niżnik EnergiaPro Koncern Energetyczny SA, Oddział Legnica mgr inż. Emil Tomczak Instytut Energetyki, Warszawa W miejscowości Kotla zbudowano (jeszcze w okresie przedwojennym) wnętrzową rozdzielnię sieciową (o numerze ruchowym RS-897), służącą jako punkt węzłowy, w którym następował rozdział energii z linii zasilającej L-897 na linie L-803, L-805, L-898 (rys. 8a). W latach 80. zainstalowano tam rumuńskie wyłączniki typu IO-20, które wyposażono w wyzwalacze zwarciowe. Po wieloletniej eksploatacji zarówno budynek, jak i zamontowane wewnątrz urządzenia wymagały generalnego remontu i modernizacji. Przebudowa rozdzielni sieciowej Kotla W 2004 roku zadecydowano o przebudowie rozdzielni sieciowej z wnętrzowej na napowietrzną. Rozwiązanie takie miało na celu zmniejszenie kosztów eksploatacji oraz rezygnację z konieczności wykonania generalnego remontu budynku rozdzielni. W miejscu rozdzielni wnętrzowej (rys. 1) zaprojektowano oraz zbudowano w 2005 roku rozdzielnię napowietrzną na stanowiskach słupowych. Prace związane z przebudową prowadzono w I półroczu 2005 roku siłami Oddziału Legnickiego EnergiaPro. Obejmowały one budowę rozdzielni napowietrznej 20 kv, budowę stacji transformatorowej 20/0,4 kv, przebudowę linii średniego i niskiego napięcia oraz montaż i uruchomienie aparatury pierwotnej i wtórnej. Istotnym zagadnieniem był także montaż układu zdalnego sterowania i sygnalizacji pracy rozdzielni, z wykorzystaniem radiowego systemu łączności do Rejonowej Dyspozycji Ruchu w Głogowie. W rozdzielni sieciowej zainstalowano napowietrzne rozłączniki 20 kv typu THO-24 produkcji ZPUE Włoszczowa, w izolacji z sześciofluorku siarki, w specjalnym wykonaniu z tzw. napędem szybkim, umożliwiającym we współpracy ze specjalnym układem automatyki maksymalne skrócenie czasu otwarcia rozłącznika. Rys. 1. Przebudowa węzła sieciowego Kotla z lewej strony nowa rozdzielnia napowietrzna, z prawej budynek starej rozdzielni wnętrzowej Rok LXXIV 2006 nr 5 41

2 Na rysunku 2 przedstawiono nową rozdzielnię napowietrzną, a na rysunku 3 wnętrze szafki układu sterowania rozłącznikiem. Automatyzacja pracy rozdzielni sieciowej Kotla Drugi etap przebudowy rozdzielni sieciowej polegał na implementacji nowatorskiego układu automatyzacji pracy sieci średniego napięcia. Z inicjatywy Oddziału Legnickiego EnergiaPro, przy współpracy partnerów (firm: EPRO Poznań, Mikronika Poznań oraz Instytutu Energetyki z Warszawy) zaprojektowano i wdrożono system zdalnego sterowania pracą rozdzielni oraz układ automatyki sieciowej. Rozwiązanie to oparte na zabezpieczeniach wykonanych w technologii cyfrowej jest jednym z pierwszych tego typu systemów wdrożonych w Polsce. Zastosowanie technologii cyfrowej i programowalnych mikroprocesorów pozwoliło na opracowanie skomplikowanych algorytmów pomiarowych i kontrolnych, niemożliwych do uzyskania w technologii analogowej. Każdy z czterech zainstalowanych w węźle rozłączników 20 kv wyposażono w nowo opracowany przez Instytut Energetyki Warszawa układ automatyzacji pracy punktu rozłącznikowego, oparty na cyfrowym zabezpieczeniu o nazwie MiROD. Układ ten jest odpowiedzialny za analizę rozpływu prądów na danej linii oraz wykrywanie zadziałań automatyki samoczynnego ponownego załączenia (SPZ), zainstalowanej w głównej stacji zasilającej 110/20 kv Brzostów. Zabezpieczenie MiROD realizuje także w ramach jednego układu mikroprocesorowego funkcje zabezpieczenia nadprądowego ziemnozwarciowego, nadprądowego przeciążeniowego, nadprądowego zwarciowego, układu blokady nadprądowej i układu kontroli symetrii obciążenia, rejestruje i zapisuje wszystkie najważniejsze zdarzenia. Rejestrator zdarzeń dokumentuje zmiany nastawień, ważniejsze stany i błędy w pracy rozłącznika lub urządzenia MiROD-1. Podstawowe ekrany z programu do obsługi urządzenia MiROD-1 przedstawiono na rysunkach 5 7. Rys. 2. Przebudowa węzła sieciowego Kotla kształt ostateczny Rys. 3. Skrzynka montażowa układu sterowania Rejestrator zakłóceń zapisuje wartości prądów, pobudzenia i zadziałania zabezpieczeń w czasie 2 sekund. Rejestrowany jest maksymalny prąd z trzech faz, prąd I 0 oraz kolejno pobudzenie i działanie zabezpieczenia nadmiarowo-prądowego czasowego od zwarć doziemnych, pobudzenie i działanie zabezpieczenia nadmiarowo-prądowego czasowego od zwarć międzyfazowych, pobudzenie i działanie zabezpieczenia nadmiarowo-prądowego bezzwłocznego od zwarć międzyfazowych i wystąpienie uformowania impulsu otwierającego rozłącznik. Automatyka SPZ jest od dawna stosowana na liniach napowietrznych średnich i wysokich napięć. Jej zadanie polega na automatycznym, próbnym załączeniu pod napięcie linii wyłączonej uprzednio przez zabezpieczenie chroniące ją od zwarć lub przeciążeń. Ma to na celu uniknięcie dłuższej przerwy w dostawie energii, w sytuacji gdy przyczyna wyłączenia linii (np. chwilowe zwarcie spowodowane upadkiem gałęzi lub zwarcie spowodowane przez ptaka) przeminęła. Dane statystyczne wykazują dużą celowość stosowania automatyki SPZ analiza wykonana w Oddziale Legnickim EnergiaPro (na etapie przygotowawczym inwestycji) wykazała 64-procentową skuteczność (w okresie 8 lat) automatyki SPZ na linii L-897. Automatyka SPZ stosowana w sieci koncernu EnergiaPro jest pobudzana przez zabezpieczenie ziemnozwarciowe linii oraz podejmuje automatyczną próbę dwukrotnego załączenia linii pod napięcie. Zastosowane w rozdzielni Kotla układy mikroprocesorowe sterujące rozłącznikami 20 kv wykorzystują schemat działania automatyki SPZ w stacji zasilającej do wyodrębnienia uszkodzonej linii i odstawienia jej od sprawnej sieci. Zastosowany w nich algorytm działania wpasowuje się w algorytm automatyki SPZ linii zasilającej (rys. 4): Zabezpieczenie w nowej napowietrznej rozdzielni Kotla wykrywa już po 0,4 s przepływ prądu zwarciowego przez rozłącznik jednej z trzech linii 20 kv odejściowych (L-803, L-805 lub L-898), wykorzystując do tego celu pomiar prądu z przekładników prądowych zainstalowanych na izolatorach przepustowych rozłączników THO-24. Zabezpieczenie w rozdzielni Kotla wykrywa wystąpienie opisanej wyżej pierwszej przerwy beznapięciowej automatyki SPZ. 42 Rok LXXIV 2006 nr 5

3 Rys. 4. Sposób pracy układu automatyki sieciowej w rozdzielni sieciowej Kotla Instytut Energetyki Laboratorium Automatyki i Zabezpieczeń tel , fax Rys. 5. Ekran nastawień Rys. 6. Panel pomiarów Rys. 7. Ekran rejestratora kryterialnego Rok LXXIV 2006 nr 5 43

4 Po ponownym załączeniu linii pod napięcie przez automatykę SPZ, zabezpieczenie w rozdzielni Kotla ponownie wykrywa przepływ prądu zwarciowego dla zabezpieczenia stanowi to potwierdzenie dalszego istnienia zwarcia (jeśli przepływ prądu zwarciowego nie nastąpi, oznacza to, że przyczyna zakłócenia przeminęła i zabezpieczenie wraca do stanu gotowości). Zabezpieczenie w rozdzielni Kotla wykrywa wystąpienie drugiej przerwy beznapięciowej automatyki SPZ. Rys. 8. Alternatywne układy pracy rozdzielni sieciowej Kotla W trakcie trwania drugiej przerwy beznapięciowej automatyki SPZ zabezpieczenie w rozdzielni Kotla: potwierdza (dzięki pomiarom prądu i istnieniu blokady nadprądowej) brak obciążenia linii i brak przepływu prądu zwarciowego, otwiera w stanie beznapięciowym rozłącznik na uszkodzonej linii (L-803, L-805, L-898), odłączając uszkodzoną linię od sieci, przesyła potwierdzenie wykonanych czynności do nadrzędnego systemu dyspozytorskiego. Automatyka SPZ w stacji zasilającej ponownie podejmuje próbę załączenia całej linii pod napięcie dzięki odstawieniu od sieci w poprzednim kroku linii uszkodzonej próba ta kończy się powodzeniem i zasileniem 75% odbiorców. Opisana powyżej procedura przebiega automatycznie bez nadzoru człowieka i trwa ok. 14 sekund. Po jej zakończeniu jak wspomniano powyżej ok. 75% odbiorców jest w dalszym ciągu zasilanych, odstawiona uszkodzona linia wymaga dalszego lokalizowania uszkodzenia za pomocą oględzin wykonywanych w terenie przez pracowników koncernu EnergiaPro. 44 Rok LXXIV 2006 nr 5

5 Zastosowany w rozdzielni Kotla system zdalnego sterowania, w powiązaniu z układem automatycznej lokalizacji umożliwia ponadto: zdalne sterowanie i sygnalizację stanu położenia łączników 20 kv, nadzór nad parametrami napięcia zasilającego wszystkie urządzenia, przesyłanie informacji do rejonowej dyspozycji ruchu o zadziałaniu układu automatyki, wykryciu przepływu prądu zwarciowego na danej linii, przesyłanie informacji o awarii zabezpieczenia lub awarii (rozszczelnieniu) rozłącznika 20 kv (ważne dla ochrony środowiska, ze względu na zastosowanie sześciofluorku siarki jako czynnika izolacyjnego), zdalne zablokowanie lub odblokowanie każdego z czterech zabezpieczeń MiROD, przełączenie każdego z zabezpieczeń MiROD w tryb sygnalizatora zwarcia (w trybie tym MiROD nie realizuje odłączenia linii, lecz przesyła jedynie informacje do systemu dyspozytorskiego o wykryciu przepływu prądu zwarciowego). Często zdarza się, że zachodzi konieczność odstawienia z ruchu linii zasilającej podstawowej L-897, wówczas węzeł Kotla jest zasilany linią rezerwową z innej stacji 110/20 kv (w tym przypadku ze stacji 110/20 kv Brzegowa, poprzez linię L-802 i zdalnie sterowany rozłącznik słupowy RP rys. 8b). Aby w pełni wykorzystać możliwości układu automatyki sieciowej także przy zmienionej konfiguracji linii zasilających każde z zabezpieczeń jest wyposażone w 2 banki nastaw. W zależności od tego, czy linią zasilającą rozdzielnię sieciową Kotla jest linia podstawowa L-897, czy też linia rezerwowa L-802, zmieniają się rzeczywiste parametry zwarciowe potrzebne do prawidłowego działania zabezpieczeń zaimplementowanych w MiROD-zie. Parametry te obliczono dla dwóch układów pracy rozdzielni i zapisano w wewnętrznej pamięci mikroprocesorów. Za pomocą układu telesterowania pracą rozdzielni możliwa jest zdalna zmiana banków nastaw używanych w danej chwili przez zabezpieczenia. Pozwala to na elastyczne dostosowanie do aktualnej konfiguracji sieci 20 kv, przy zachowaniu funkcjonalności i zapewnieniu prawidłowego działania układu automatyki sieciowej. Przeprowadzone po zakończeniu prac inwestycyjnych próby zwarciowe potwierdziły prawidłowe funkcjonowanie całego systemu zabezpieczeń. Także podczas rzeczywistych zwarć zarejestrowanych od uruchomienia węzła Kotla (tj. od czerwca 2005 roku) do chwili obecnej cały system funkcjonował prawidłowo. Podsumowanie Zastosowanie nowoczesnych rozwiązań, takich jak opisany układ automatyki sieciowej, znacząco poprawia warunki pracy sieci dystrybucyjnej 20 kv, zwiększając zarówno jej funkcjonalność i elastyczność (zdalne sterowanie pracą), jak i przyśpieszając lokalizację uszkodzeń. Przekłada się to bezpośrednio na korzyści zarówno dla klientów, jak i dla dystrybutora energii. Klienci dzięki szybszej lokalizacji uszkodzeń krócej i rzadziej pozbawieni są zasilania, zaś dystrybutor energii poza wymiernymi finansowo efektami, związanymi z możliwością niezakłóconej sprzedaży energii klientom uzyskuje także poprawę parametrów jakościowych, związanych z częstością i długością trwania przerw w dostawie energii, z których jest rozliczany zgodnie z Prawem energetycznym. Rok LXXIV 2006 nr 5 45