KONCEPCJA ZAKRESU WYPOSAENIA SIECI ROZDZIELCZYCH SN w REKLOZERY

Transkrypt

1 KONCEPCJA ZAKRESU WYPOSAENIA SIECI ROZDZIELCZYCH SN w REKLOZERY Stanisław Kulas Politechnika Warszawska, Wydział Elektryczny Słowa kluczowe: reklozer, wyłcznik, sieci rozdzielcze Key words: automatic circuit recloser, circuit breakers Streszczenie: Przedmiotem referatu jest koncepcja zakresu wyposaenia sieci rozdzielczych SN w reklozery, z punktu widzenia cykli i zdolnoci łczeniowych, jak te sposobów sterowania i sygnalizacji. W obecnych rozwizaniach sieci terenowych redniego napicia zapewnione jest w miar selektywne wyłczanie w Głównym Punkcie Zasilajcym (GPZ) linii, w obrbie której nastpiło zwarcie, a nastpnie próba dwukrotnego samoczynnego ponownego załczania (SPZ). Brak informacji o miejscu trwałego zwarcia powoduje, e przez wiele godzin odbiorcy zasilani z danej linii pozbawieni s napicia. Nie znana pozostaje ani sekcja linii ani odgałzienie, w którym wystpiło zwarcie. Pierwszym krokiem w doskonaleniu sieci SN powinna by automatyzacja lokalizacji uszkodze z zastosowaniem reklozerów w zakresie sekcji linii głównej, przy czym reklozer spowoduje wówczas wyłczenie tylko czci linii z odgałzieniami, za nastpnym etapem byłaby automatyzacja wyłcze uszkodzonych odgałzie. Reklozery mog by ponadto wykorzystywane dla poprawy zabezpiecze w sieci, przy zwarciach bardzo odległych od GPZ. 1. WPROWADZENIE Wieloletnie badania eksploatacyjne prowadzone w kraju nad awaryjnoci sieci napowietrznych rednich napi wykazały, e ok. 75% zwar midzyfazowych stanowi zwarcia tzw. szybko przemijajce, które przemijaj w czasie przerwy beznapiciowej ok. 0.4 s, niezbdnej do dejonizacji przerwy łukowej. Około 15% zwar midzyfazowych przypada na zwarcia wolno przemijajce i zwarcia półtrwałe spowodowane np. przez palce si gałzie. Przemijaj one w czasie przerwy beznapiciowej wynoszcej ok. 15.s, niezbdnej do przygotowania napdu wyłcznika do nastpnego cyklu SPZ. Pozostałe 10% zwar midzyfazowych stanowi zwarcia bardzo wolno przemijajce oraz zwarcia trwałe [2,3]. Powysze dane wskazuj na celowo stosowania w sieciach napowietrznych rednich napi urzdze do dwukrotnego SPZ, którego współczynnik skutecznoci działania wynosiłby ok. 75% + 15% = 90%. Wad dwukrotnego SPZ jest szybsze zuycie wyłczników. Sieci rednich napi pracuj przewanie w układach otwartych, jako sieci promieniowe, przy czym okrelon niezawodno pracy tych sieci zapewnia si przez ich odpowiedni konfiguracj (np. rozcite piercienie) oraz przez zastosowanie SPZ [3]. Sieci te s zasilane najczciej z napowietrznych stacji transformatorowych o napiciu górnym 110 kv. Najczciej spotykana stacja ma dwa transformatory i od 5 do 10 pól liniowych na kady transformator, wyposaonych w wyłczniki, zasilajcych odrbne linie promieniowe (rys. 1).

2 Rys. 1. Schemat fragmentu sieci rozdzielczej promieniowej redniego napicia, zasilanej z sieci rozdzielczej 110 kv [3] Kada z tych linii składa si z magistrali, której długo stanowi ok. 30 % sumarycznej długoci wszystkich odcinków sieciowych, oraz z odgałzie o łcznej długoci ok. 70% długoci wszystkich odcinków. Odgałzienia s doprowadzone do transformatorów zasilajcych sieci rozdzielcze niskiego napicia. Odległo maksymalna midzy stacj zasilajc, a najdalej połoonym punktem transformacji na niskie napicie waha si w granicach km, przy czym rednia warto tej maksymalnej odległoci wynosi ok. 30 km. Podstawowym zabezpieczeniem napowietrznej linii promieniowej redniego napicia jest zabezpieczenie nadprdowe zwłoczne niezalene, ewentualnie uzupełnione członem nadprdowym bezzwłocznym, sterujce wyłcznikiem zainstalowanym w polu liniowym stacji 110/15 kv lub 110/20 kv. Zabezpieczenie to jest zazwyczaj równie uzupełnione urzdzeniem dwukrotnego SPZ. W punktach odgałzie s stosowane odłczniki, reklozery lub rzadziej wyłczniki, majce oddzieli uszkodzone odgałzienie od magistrali w celu zapewnienia dostawy energii do pozostałych odgałzie. Z uwagi na stosunkowo małe długoci magistrali, stosuje si tam pojedyncze reklozery, dzielce magistrale na sekcje. Miar skutecznoci działania urzdze SPZ jest współczynnik skutecznoci ich działania, równy stosunkowi liczby zadziała udanych, tj. zadziała przywracajcych normaln prac linii, do ogólnej liczby zakłóce (np. liczby zwar), przy którym powinno działa SPZ, zarejestrowanych w tym czasie, np. w cigu roku. Dowiadczenia eksploatacyjne wskazuj na to, e współczynnik skutecznoci działania urzdze SPZ waha si w granicach 50 90%, przy czym wiksze liczby odnosz si do linii napowietrznych, a mniejsze - do linii napowietrzno-kablowych. W sieciach promieniowych współczynnik ten zaley od stosunku długoci magistrali do łcznej długoci odgałzie, od rodzaju aparatów elektrycznych zainstalowanych na pocztku odgałzie, od liczby cykli urzdzenia SPZ oraz od sposobu współpracy tego urzdzenia z aparatami zainstalowanymi na pocztkach odgałzie. W sieciach elektroenergetycznych, zwłaszcza za granic, reklozery (łczniki do wielokrotnego SPZ) s powszechnie stosowane od wielu lat [1], przy czym w celu dalszego skrócenia przerw awaryjnych i poprawy warunków ruchowych, wprowadza si zdalne sterowanie łcznikami z sygnalizacj połoenia styków, za pomoc fal radiowych [4]. W sieci rozdzielczej SN reklozer moe pełni nastpujce funkcje: - łcznika wykorzystywanego do lokalnej i zdalnej rekonfiguracji sieci;

3 - wyłcznika samoczynnie wyłczajcego uszkodzony odcinek linii; - łcznika samoczynnie wydzielajcego uszkodzony wycinek sieci; - układu automatyki realizujcego cykl samoczynnego ponownego załczania; - układu automatyki samoczynnie przywracajcego zasilanie na nieuszkodzonych odcinkach sieci; - układu samoczynnej rejestracji zdarze i przebiegów zakłóce w sieci. Zastosowanie reklozerów zapewnia: - zwikszenie niezawodnoci zasilania odbiorców w energi elektryczn; - skrócenie czasu trwania wyłcze linii elektroenergetycznych; - ograniczenie iloci awaryjnych wyłcze; - zmniejszenie kosztów zwizanych z obsług sieci; - wyszy poziom techniczny eksploatowanej sieci; - wprowadzenie nowoczesnych metod automatyzacji i sterowania w sieciach rozdzielczych. Jak wynika z analizy konstrukcji reklozerów firm wiatowych, wikszo rozwiza wyłczników ma nastpujce wspólne cechy: - izolacj główn łcznika stanowi SF6, - do gaszenia łuku elektrycznego powszechnie stosowane s komory próniowe, - zestaw 3-biegunowy komór gaszeniowych umieszczony jest w stalowej kadzi, - izolatory przepustowe z tworzywa sztucznego wyposaone s w przekładniki, - jako napd wyłcznika stosowany jest układ elektrodynamiczny zasilany z baterii litowej lub kondensatorowej, - do sterowania i kontroli pracy wyłcznika słuy układ mikroprocesorowy. 2. KONCEPCJA STOSOWANIA REKLOZERÓW W SIECIACH TERENOWYCH Miejsce usytuowania reklozerów w linii SN jak i zainstalowana w linii aparatura łczeniowa wywieraj istotny wpływ na wyposaenie reklozerów z punktu widzenia cyklów i zdolnoci łczeniowych jak te sposobów sterowania i sygnalizacji. Poniej przedstawiono trzy charakterystyczne warianty wyposaenia sieci redniego napicia w aparatur rozdzielcz. 2.1 Linie główne (magistrale) sekcjonowane reklozerami z automatyk zabezpieczeniow, odłczniki bez automatyki w odgałzieniach. Przykładowy schemat ideowy takiej linii jest przedstawiony na rys. 2, natomiast wyposaenie linii w aparatur jest nastpujce: - GPZ : wyłcznik W, komplet zabezpiecze, 2-krotny SPZ; - Punkty sekcjonowania A, B: reklozery z automatyk zabezpieczeniow; zabezpieczenia nadprdowe zwłoczne, ziemnozwarciowe, 2-krotny SPZ, sterowanie i sygnalizacja zdalna; - Odgałzienia: odłczniki (rozłczniki) bez automatyki zabezpieczeniowej, z ewentualnym sterowaniem drog radiow.

4 Rys. 2. Linie bez automatyki w odgałzieniach Ogólna charakterystyka sieci z punktu widzenia lokalizacji uszkodze: - istnieje identyfikacja sekcji, w której obrbie wystpiło zwarcie i jej automatyczne odłczenie od ródła zasilania; sekcja 3 magistrali jest wyłczana selektywnie, sekcja 2 wraz z sekcj 3, a sekcja 1 wraz z sekcjami 2 i 3, - moliwe jest trwałe zasilanie sekcji magistrali nieuszkodzonych, gdy reklozer w magistrali moe słuy do identyfikacji uszkodzonego odgałzienia, - liczba wyłczanych zwar przez wyłcznik linii zostaje znacznie ograniczona (3 wyłczenia przy zwarciu w sekcji 1; w innych przypadkach zwarcia s wyłczane przez reklozery). 2.2 Linie główne (magistrale) sekcjonowane reklozerami z automatyk zabezpieczeniow, odgałzienia wyposaone s w odłczniki z automatyk Przykładowy schemat ideowy takiej linii jest przedstawiony na rys. 3, natomiast wyposaenie linii w aparatur jest nastpujce: - GPZ : wyłcznik W, komplet zabezpiecze, 2(3)-krotny SPZ; - Punkty sekcjonowania A, B: reklozery z automatyk zabezpieczeniow; zabezpieczenia nadprdowe zwłoczne, ziemnozwarciowe, 2(3)-krotny SPZ, sterowanie i sygnalizacja zdalna, np. drog radiow; - Odgałzienia: odłczniki z automatyk zabezpieczeniow, automatyka otwierania odłcznika w czasie drugiej lub trzeciej przerwy bezprdowej, z ewentualnym sterowaniem drog radiowa. Rys. 3. Linie z automatyk w odgałzieniach

5 Ogólna charakterystyka sieci z punktu widzenia lokalizacji uszkodze: - lokalizacja miejsca zwarcia we wszystkich odgałzieniach jest automatyczna, a ich wyłczanie jest selektywne; zwarcia w poszczególnych sekcjach magistrali s wyłczane selektywnie, - moliwe jest trwałe zasilanie nieuszkodzonych sekcji magistrali oraz odgałzie, - liczba wyłczanych zwar przez wyłcznik linii zostaje znacznie ograniczona (3 wyłczenia przy zwarciu w sekcji 1; inne zwarcia s wyłczane przez reklozery). 2.3 Linie główne (magistrale) sekcjonowane reklozerami z automatyk zabezpieczeniow, odgałzienia wyposaone s w reklozery z automatyk. Przykładowy schemat ideowy takiej linii jest przedstawiony na rys. 4, natomiast wyposaenie linii w aparatur jest nastpujce: - GPZ : wyłcznik W, komplet zabezpiecze, 2-krotny SPZ; - Punkty sekcjonowania A, B: reklozery z automatyk zabezpieczeniow; zabezpieczenia nadprdowe zwłoczne, ziemnozwarciowe, 2-krotny SPZ, sterowanie i sygnalizacja zdalna, np. drog radiow; - Odgałzienia: reklozery z automatyk zabezpieczeniow jak w punktach sekcjonowania, z ewentualnym sterowaniem drog radiow. Rys. 4. Linie z automatyk w odgałzieniach Ogólna charakterystyka sieci z punktu widzenia lokalizacji uszkodze: - lokalizacja miejsca zwarcia we wszystkich odgałzieniach jest automatyczna, a ich wyłczanie jest selektywne; zwarcia w poszczególnych sekcjach magistrali s wyłczane selektywnie, - moliwe jest trwałe zasilanie nieuszkodzonych sekcji magistrali oraz odgałzie, - liczba wyłczanych zwar przez wyłcznik linii zostaje znacznie ograniczona (3 wyłczenia przy zwarciu w sekcji 1; inne zwarcia s wyłczane przez reklozery).

6 Rys. 5. Zastosowanie dwukrotnego SPZ do linii wyposaonej na odgałzieniach w odłczniki z automatyk [3] a) schemat linii, b) przebiegi prdów w przypadku rónego rodzaju zwar O chwila otwarcia si odłcznika Rys. 6. Zastosowanie dwukrotnego SPZ do linii wyposaonej na odgałzieniach w reklozery [3]; a) schemat linii, b) przebiegi prdów w przypadku rónego rodzaju zwar

7 3. ANALIZA I WNIOSKI Układ sieci przedstawiony na rys. 2 jest układem najprostszym i najtaszym. Dziki jednak zainstalowaniu w magistrali reklozerów wyposaonych w dwukrotny SPZ, niezawodno zasilania odbiorów w całej sieci redniego napicia jest wysza. Doskonalszym technicznie sposobem zwikszenia niezawodnoci pracy napowietrznych sieci redniego napicia jest wyposaenie odgałzie w odłczniki z automatyk, zwane odcinaczami [3] (rys. 5), które maj si otwiera samoczynnie pod wpływem zaniku prdu zwarciowego, po odliczeniu w okrelonym czasie, np. 30 s, dwóch lub trzech cigłych impulsów tego prdu, oddzielonych od siebie czasem przerwy bezprdowej. Jeeli w cigu 30 s nie pojawi si drugi lub trzeci impuls, to licznik impulsów prdu zwarciowego powraca do stanu pocztkowego. Jak wynika z przebiegów prdowych podanych na rys. 5, wystarczy w tym przypadku wyposay reklozer (wyłcznik) zainstalowany w magistrali w zabezpieczenie nadprdowe bezzwłoczne, które po nieudanej próbie dwukrotnego SPZ powoduje definitywne wyłczenie odcinka magistrali lub całej sieci. W ten sposób bd eliminowane w sposób udany zwarcia szybko przemijajce w odgałzieniach oraz zwarcia szybko i wolno przemijajce w magistrali, a wypadkowy współczynnik skutecznoci działania urzdzenia dwukrotnego SPZ wyniesie ok. 80%. Zwarcia wolno przemijajce w odgałzieniach mona by eliminowa w omówiony sposób przy zastosowaniu trzykrotnego SPZ. Wypadkowy współczynnik skutecznoci wzrósłby do 90%. Byłoby to jednak zwizane ze znacznym zuyciem styków reklozera bd wyłcznika. Zwarcia szybko i wolno przemijajce w magistrali oraz w odgałzieniach mona eliminowa w sposób udany przy zastosowaniu dwukrotnego SPZ, instalujc na pocztku odgałzie reklozery sterowane zabezpieczeniem nadprdowym bezzwłocznym po odliczeniu dwóch impulsów wielookresowych prdu zwarciowego, oddzielonych od siebie czasem przerwy bezprdowej (rys. 6). Reklozery w magistrali oraz wyłcznik centralny naley w tym przypadku wyposay w zabezpieczenie nadprdowe zwłoczne oraz w człon bezzwłoczny, powodujcy otwarcie danego łcznika po wystpieniu zwarcia oraz po pierwszej nieudanej próbie SPZ. Wypadkowy współczynnik działania urzdze dwukrotnego SPZ wyniesie w tym przypadku 90%. Wad opisanego rozwizania jest do znaczny koszt wyposaenia sieci w reklozery na pocztkach wszystkich odgałzie. LITERATURA 1. ANSI/IEEE C IEEE Standard Requirements for Overhead, Pad Mounted, Dry Vault and Submersible Automatic Curcuit Reclosers and Fault Interrupters for AC Systems. 2. Winkler W., Wiszniewski A.: Automatyka zabezpieczeniowa w systemach elektroenergetycznych, WNT, Warszawa ydanowicz J.: Elektroenergetyczna automatyka zabezpieczeniowa, WNT Warszawa Katalogi firm zagranicznych. CONCEPTION RANGE EQUIPMENT OF DISTRIBUTION NETWORK MEDIUM VOLTAGE IN RECLOSERS Summary This paper describes a conception range equipment of distribution network medium voltage in reclosers from the point of you cycle and breaking capacity and the way of control and signalling of breakers. Automation of localization failure of the distribution network with the use of reclosers is presented.