Содержание к диссертации
Введение
1. Аналитический обзор литературы. задачи и методы исследования 13
1.1. Обзор литературы 14
1.2. Задачи и методы исследований 41
2. Анализ сельскохозшстбенных потребителей 42
2.1. Статистическая модель схемы электроснабжения .сельскохозяйственного района 42
2.2, Анализ технических ограничений взаиморезервирования сельских распределительных линий 57
2.2.1. Исследование систем электроснабжения сельскохозяйственных потребителей первой категории 65
2.4. Выводы. 83
3. Технико-экономическое обоснование построения сельских распределительных линий с сетевым автоматическим резервированием 85
3.1. Варианты схем сетевого автоматического резервирования 85
3.2. Критериальный анализ технико-экономической модели распределительной линии 93
3.3. Исследование устойчивости модели при изменении ее параметров 100
3.3.1. Экономическое обоснование построения распределительных сетей 10 кВ с устройством АВРЛ для подстанвдй 10/0,4 кВ 105
3.4. Выводы 120
4. Выбор варианта сетевого автоматического резервирования с учетом нормируемых отклонений напряжения у потребителей . 121
4.1. Изменения потери напряжения Б магистрали различных по типу взаиморезервируемых линий 122
4.2. Методика расчета допустимой мощности взаиморезервируемых линий 141
4.2.1. Расчет допустимой мощности взаиморезервируемых линий при встречном регулировании напряжения на шинах источников питания 141
4.2.2. Изменения допустимой мощности взаиморезервируемых линии при отсутствии автоматического регулирования напряжения на шинах источников питания 156
4.3. Выводы 168
5. Исследование режимов работы устройств автоматического вменения резервной линии (АВРЛ) 6-Ю кВ 169
5.1. Анализ принципиально-конструктивных особенностей выполнения установок АВРЛ 169
5.2. Факторы, влияющие на выбор уставок по току,напряжению и Бремени 178
5.2.1. Исследование на модели изменения тока нагрузки при мгновенном снижении напряжения 181
5.2.2. Изменение зон действия последовательно установленных в линии 10 кВ токовых защит 187
5.3. Предлагаемый принцип выбора уставок по времени и напряжению 196
5.4. Исследование функциональных схем АВРЛ и рекомендации по их практической реализации 202
5.5. Выводы 211
4. Общие выводы 212
Список источников информации 215
Приложения I.
- Статистическая модель схемы электроснабжения .сельскохозяйственного района
- Варианты схем сетевого автоматического резервирования
- Изменения потери напряжения Б магистрали различных по типу взаиморезервируемых линий
- Анализ принципиально-конструктивных особенностей выполнения установок АВРЛ
Введение к работе
Электрификация сельскохозяйственного производства и быта -одно из главных направлений в последовательной и целеустремленной деятельности КПСС и Советского правительства [1,2,3,4], Для успешного выполнения Продовольственной программы СССР [ з] и решений июньского (1983г.) Пленума ЦК КПСС предусматривается в XI и ХД пятилетках значительно укрепить материально-техническую базу сельского хозяйства. Увеличится потребление электроэнергии. В 1981 году потребление электроэнергии в сельском хозяйстве составило 118 миллиардов киловатт-часов, а к 1985 году оно будет доведено до 170...190 млрд. кВт.ч и до 210...235 млрд. кВт ч в 1990 году [2,22].
Для передачи и распределения электрической энергии сельским потребителям в одиннадцатой пятилетке [22] намечается построить и ввести в действие: воздушных линий (ВЯ) напряжением 35-110 кВ -88,6 тыс. км; трансформаторных подстанций ІІО-35/в-ІО кВ - на общую мощность 35 млн. кВА; распределительных сетей напряжением 0,38-20 кВ - более 650 тыс. км. Протяженность сельских электрических сетей в 1981 году достигла 3,8 млн. км, а число трансформаторных подстанций превысило 800 тыс. единиц. Увеличилось число подстанций ІІ0-35/І0 кВ с двумя трансформаторами, имеющих двухстороннее питание, и сократилась средняя протяженность линий 6-20 кВ. Возросло число линий резервного питания 22] . В некоторых хозяйствах Литвы, Подмосковья и ряда областей Украины снизилось число отключений сельских потребителей [3,4,92].
Однако, перерывы в электроснабжении, приводящие к нарушению технологических процессов, выходу из строя оборудования, потерям продукции, случаются довольно часто, а в ряде районов страны даже растут [3].
Животноводческие комплексы и фермы - потребители первой и второй категорий по надежности электроснабжения [64] строились и реконструируются с учетом экономических, природных и ряда других условий, как правило, независимо от системы электроснабжения [24, 120], Несмотря на это система сельскохозяйственного электроснабжения, при дальнейшем ее развитии, должна обеспечить надежное питание электроэнергией потребителей всех категорий [64], подключенных к любой точке распределительных линий.
Надежность электроснабжения - это способность электрической системы снабжать присоединенных к ней потребителей электрической энергией заданного качества без перерывов [ill].
Повышение надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей в [22, 59] предусматривается проводить при проектировании и реконструкции сельских электрических сетей 110-10 кВ в направлении: использования радиально-петлевого принципа построения электрических сетей 10 кВ, - обеспечения резервным питанием сельскохозяйственных потребителей первой и второй категорий, регулирования напряжения под нагрузкой на силовых трансформаторах II0-35/I0-6 кВ, комплексной автоматизацией сетей и ряда других мероприятий.
Ряд авторов в своих работах [25, 29, 49, 70, 72, 73, 75, 77, 79, 126, 128, 134] считают, что сетевое резервирование (СР) является одним из основных способов повышения надежности сельскохозяйственного электроснабжения.
Сетевое резервирование - это резервное питание всех или части потребительских подстанций 10/0,4 кВ, присоединенных к распределительным линиям [38].
Сетевое резервирование выполняется на базе двух или нескольких радиальных распределительных линий, получающих питание от одной или нескольких подстанций 110-35ДО кВ (источников питания).
Соединяются между собой радиальные распределительные линии перемычкой связи (линией связи) через коммутационный аппарат, чаще всего (в настоящее время) линейный разъединитель, Б нормальном режиме работы эии линии разомкнуты. В случае, когда одна из радиальных линий или ее часть не имеет питания, она присоединяется коммутационным аппаратом к соседней линии. Эти линии называются условно-замкнутыми [50, 126]. По результатам исследования [92] 50 ... 80$ распределительных линий 10 кВ страны являются условно-замкнутыми.
Проведенные нами исследования [50] показали, что условно-замкнутые распределительные линии 10 кВ большинства областей Украины имели одну точку резерва - 31,4$, две точки - 34,5$, три-27,2$, четыре и более точек сетевого резерва - 6,9$. При этом две и более точек сетевого резерва имеют те линии, от которых получают электроэнергию фермы и комплексы, отнесенные по надежности к потребителям первой - второй категорий [64, 133].
Таким образом, существующие сельские распределительные линии образуют сложную условно-многокольцевую сеть, которая состоит из двух и более условно-замкнутых распределительных линий, подключаемых в послеаварийном режиме к одному и более источникам питания. Во многих случаях потребители всех трех категорий присоединены к этим линиям. Однако сетевой резерв в существующих условно-замкнутых линиях не всегда можно эффективно использовать. Это объясняется тем, что включение его чаще всего производится вручную и применяется, в основном, при плановых отключениях линии или ее участков [92J, • увеличение потери напряжения приводит к значительному снижению уровней напряжения у потребителей [60,97,123,124] , снижается чувствительность токовой защиты от междуфазных коротких замыканий ввиду увеличения рабочих токов ввода условно-замкнутой линии и снижения токов короткого замыкания в конце ее [40, 131, 150].
Таким образом, под эффективным использованием сетевого резерва понимается такой режим работы взаиморезервируемых линий, когда при минимуме приведенных затрат обеспечиваются требования надежности электроснабжения, отклонения напряжения у потребителей не превышают норму, а чувствительность защиты от междуфазных замыканий не становится ниже допустимой.
Этот режим работы взаиморезервируемых линий, в основном, может быть достигнут за счет автоматического подключения резервируемой линии (ее участка) к одному из источников питания (подстанции II0-35/I0 кВ); перераспределения нагрузки между сложными условно-замкнутыми линиями; регулирования напряжения на шинах районных трансформаторных подстанций 110-35ДО кВ, в условно-замкнутых линиях или непосредственно на подстанциях 10/0,4 кВ; применения современных полупроводниковых защит и других способов.
При делении магистрали взаиморезервируемых линий на участки путем установки секционирующих пунктов и устанавливаемого на стыке этих линий пункта автоматического включения резерва (АВР), количество отключений потребителей значительно уменьшается [72,75, 92,93,152].
Перерывы в электроснабжении потребителей возможны и при наличии сетевого автоматического резервирования. Причинами их могут быть одновременное отключение источников питания или распределительных линий, отказ устройства АВР, устойчивые короткие замыкания в зоне действия устройства АВР, стихийные бедствия и прочие причины. Однако эти перерывы составляют не более Ъ% от общего числа отключений линий [144] и во многих случаях сельского электроснабжения ими можно пренебречь.
Несмотря на то, что надежность электроснабжения с сетевым автоматическим резервированием повышается, все же распределительные линии оснащены устройствами АВР на 2...5$ [92 из-за недостаточно - 9 -го выпуска их промышленностью.
Процесс развития электрификации непрерывен и исследования в области сельского электроснабжения проводятся систематически [26, 60,61,95,111,129,149 и др.]. Анализ выполненных исследований показал, что схемы распределительных сетей, питающих потребителей первой и других категорий по требованиям к надежности электроснабжения и методы расчета режимов работы взаиморезервируемых линий, разработаны недостаточно. Целесообразно также уточнить некоторые вопросы, связанные с решением задач устойчивости функционирования и простоты выполнения отдельных видов устройств, автоматического регулирования напряжения в линиях с изменяющимся направлением потока мощности и автоматического включения резервной линии напряжением выше 1000 В для потребителей первой категории.
Таким образом, исходя из вышерассмотренного определилась цель настоящей работы - повышение эффективности сетевого автоматического резервирования на основе совершенствования методов расчета режимов работы сельских условно-замкнутых линий с учетом факторов, влияющих на надежность электроснабжения и совершенствование устройств, обеспечивающих экономически целесообразное сетевое автоматическое резервирование. При решении вопроса оптимального построения распределительных сетей в сельскохозяйственном районе (зоне) используют также методы [25,61,80] статистической обработки проектов и отчетных данных эксплуатационных организаций, анализа условно принятой идеализированной схемы-модели электроснабжения некоторой территории сельскохозяйственного района, представляющего геометрическую фигуру в виде квадрата [25,80]. Однако такой путь для достижения вышепоставленной цели, не учитывает особенностей конфигурации сети при наличии сетевого резервирования. В настоящей работе использована известная методика исследования [25,61,80], но схема-модель строится на базе статистической обработки конфигурации распределительной сети конкретных адми - 10 нистративных сельских районов. Этот прием повышает точность и конкретность полученных результатов, но сужает применяемость модели условиями зоны. Целесообразно провести исследования систем электроснабжения сельских районов, в которых сетевым резервированием охвачено значительное число распределительных линий. Это сети Украинской, Белорусской ССР, Центральной Черноземной зоны РШСР [59, 82,III,114]и ряда других регионов СССР. Примером таких сетей могут быть сети производственного энергетического объединения (ПЭО) Ха-рькоЕзнерго (Харьковская, Полтавская и Сумская области), на базе которых апробированы основные разработки. Задачи исследования:
- анализ статистических данных и построение схемы-модели системы электроснабжения сельскохозяйственного района с учетом сетевого резервирования распределительных линий;
- сравнение эффективности построения схем сетевого автоматического резервирования сельских распределительных линий;
- разработка методов расчета сети для выбора оптимального варианта схемы электроснабжения с сетевым резервом с учетом нормируемых отклонений напряжения у потребителей;
- уточнение программы функционирования устройства автоматического включения резервной линии 10 кБ для питания потребительских подстанций;
- совершенствование устройства автоматического регулирования напряжения в сетях с изменяющимся направлением потока мощности.
Научная новизна. На основании проведенных исследований научную новизну представляют:
I. Экономико-математическая модель приведенных затрат в критериальной форме для сельской распределительной линии. Модель построена с учетом сетевого автоматического резервирования линий.
- II 2. Методика выбора рационального варианта взаиморезервирования линий, имеющих более одной точки сетевого резерва. Критерием для выбора варианта является величина допустимой мощности, при передаче которой по магистральной линии отклонения напряжения у потребителей не превышают норму.
3. Методика выбора оптимальной точки разреза условно-замкнутых линий по минимуму издержек на потери электрической энергии в магистралях линий и издержек на ущерб от перерывов в электроснабжении с учетом качества электроэнергии (отклонений напряжения) у потребителей.
4. Уточненный метод расчета токов короткого замыкания с учетом влияния на их величину токов нагрузки, протекающих в магистрали распределительной линии. Предложены коэффициенты, учитывающие это влияние для соответствующих ВИДОЕ короткого замыкания и величины тока нагрузки.
5. Токовый пусковой орган для устройства автоматического включения резервной линии 6-Ю кВ, защищенный авторским свидетельством.
6. Устройства для автоматического регулирования напряжения в линиях электропередачи с изменяющимся направлением тока мощности, защищенные авторскими свидетельствами.
Практическая ценность работы заключается в повышении эффективности сетевого автоматического резервирования, получаемого за счет оптимального построения сети и применения предложенных устройств. При проектировании и эксплуатации сельских распределительных сетей будут полезны следующие разработки:
I. Методика построения статистической схемы-модели системы электроснабжения сельскохозяйственного административного района на примере Унраинской ССР, на базе которой могут решаться вопросы перспективного построения систем, в частности, оптимального размещения подстанций II0-35/I0 кВ и построения сетей с сетевым автоматическим
- 12 -резервированием. Вероятностно-статистические показатели надежности и качества напряжения на шинах источников питания у потребителей, рассматриваемой системы электроснабжения.
2. Программа и методика расчета на ЭВМ электрических параметров распределительных линий 10 кВ при выборе варианта сетевого резервирования.
3. Программа функционирования устройства автоматического включения резервной линии 10 кВ для питания сельских потребительских подстанций 10/0,4 кВ. Устройства автоматического включения резервной линии 10 кВ.
4. Устройства автоматического регулирования напряжения в линиях с изменяющимся направлением потока мощности.
Внедре ние результатов работы:
- в распределительных сетях 10 кВ Николаевской области внедрены установки и устройства секционирования, автоматического включения резервной линии и автоматического регулирования напряжения (установка вольтодобавочного трансформатора);
- в Украинском отделении ВШИ и БЙИ "Сельэнергопроект" внедрена методика расчета токов короткого замыкания с учетом токов нагрузки для анализа работы устройств релейной защиты и автоматики сельских распределительных сетей 10 кВ;
- в ПЭ0 "Харьковэнерго" использованы рекомендации построения схем сетей и разработанные методы расчета режимов работы линий при подготовке их к автоматическому взаиморезервированию с учетом требований к надежности электроснабжения и качеству напряжения у потребителей.
На защиту выносятся следующие наиболее существенные научные результаты:
I. Метод комплексного решения вопросов повышения надежности и качества напряжения сельских потребителей на базе статистической схемы-модели электроснабжения административных районов ( на примере Украинской ССР).
- ІЗ 2. Экономико-математическая модель приведенных затрат в критериальной форме для сельской распределительной линии.
3. Методика выбора оптимальной точки разреза условно-замкнутой линии с учетом затрат на потери электрической энергии, ущербов от перерывов в электроснабжении и качества напряжения у потребителей.
4. Методика расчета допустимых мощностей взаиморезервируемых линий, имеющих более одной точки сетевого резерва, при передаче которых отклонения напряжения у потребителей не выходят за нормируемые пределы.
5. Устройства автоматического регулирования напряжения в линиях электропередачи с изменяющимся направлением потока мощности и устройства автоматического включения резервной линии.
Статистическая модель схемы электроснабжения .сельскохозяйственного района
Наметившиеся в последнее время тенденции к централизованному регулированию напряжения на шинах источников питания, сокращению длины распределительных линий, увеличении числа точек сетевого резерва создали предпосылки к осуществлению резервирования линий без дополнительных устройств регулирования напряжения. Таким образом, ориентироваться на величину критической резервируемой мощности 50...60 % от максимальной расчетной мощности питаемой линии, при передаче которых все же допускается использование линейных регуляторов напряжения, не всегда оправдано. Поэтому, допустимой (критической)мощностью будем считать мощность, при передаче которой по взаиморезервируемым линиям у потребителей, отклонения напряжения не превышают норму, например, минус 12,5 %,
В этой связи для решения эксплуатационных и проектных задач применяются критерии приближенной оценки. Так, у потребителей первой категории, питающихся в нормальном и после аварийном режимах по отдельным линиям, отклонения напряжения не выйдут за норму, если длина линий (основной и резервной) не превышает допустимую [19]. При этом считается, что уровни напряжения на шинах 10 кВ подстанций II0-35/I0 кВ равны. Однако питание сельских потребителей первой категории по отдельным линиям является частным случаем, (мощность нагрузки потребителя превышает 600...800 кВт) [199] . Поэтому, в проектной и эксплуатационной практике целесообразно иметь критерии (допустимая мощность, допустимая длина) линий, к которым присоединены ТП потребителей всех трех категорий, а уровни напряжения на шинах 10 кВ подстанций II0-35/I0 кВ различны по величине.
В зависимости от величины передаваемой по основной и резервной линиям мощности (в после аварийном режиме их работы) отклонения на - 32 пряжения выходят не для всех потребителей [60,97]. Поэтому одним из способов улучшения качества напряжения в послеаварийном режиме работы линий можно считать и автоматическое перераспределение нагрузок [50,66 . При решении задач качества напряжения у потребителей уточняется схемное построение сети с автоматическим сетевым резервом. Таким образом, предшествующему определению дополнительных затрат служат расчеты режимов работы взаиморезервируемых линий. При расчете режимов работы взаиморезервируемых линий особое внимание уделяется: - качеству напряжения, основным критерием оценки которого являются отклонения напряжения согласно ГОСТ 13109-67 [7,97,117,119] - минимуму потерь электрической энергии, который обеспечивается при оптимальной точке разреза взаиморезервируемых линий [61, 114,148]; - обеспечению нормируемых требований ПУЭ (селективность, быстродействие, чувствительность) при работе релейной защиты линий с устройствами секционирования и АВР [107,156,160,167]. Поскольку комплексный расчет определения вышеназванных условий является достаточно громоздким, то в проектной практике помимо точных методов используются приближенные. Приближенные методы позволяют определить некоторую результирующую,,: величину с заданной точностью без определения промежуточных ее значений [148]. Корректировка ЕЄЛИЧШШ, вычисленной приближенным методом, осуществляется при помощи точных методов, как правило, выполняемых на ЭВМ. Расчет в "два этапа" дает возможность сократить объем вычислительных работ даже при наяичии ЭВМ [148]. Следует отметить, что наиболее трудоемкой частью вычислительных работ является подготовка исходной информации: вычерчивание схем линий по вариантам их взаиморезервирования; кодирование подстанций, узлов нагрузок, последо - од вательность соединения участков между собой и т.д. \В8], В основном рабочее расчетное время затрачивается не на расчет, а на подготовку исходной информации [53]. Значительная часть известных алгоритмов и программ [36,88,96, 102,106,151] предназначена для определения одного, двух параметров, что явно недостаточно для характеристики режимов работы вза-Еморезервируемых линий. По программе [юз] можно рассчитать величины сети 6-20 кВ: потери напряжения, отклонения напряжения на шинах 0,4 кВ ТП, потери мощности и энергии в сети, токи короткого замыкания. Однако для расчета двух условно-замкнутых распределительных линий (например 1-го типа, см. рис. 2.9) необходимо ВЕЄ-сти в машину по нашим подсчетам около 520 сгруппированных исходных данных. Это ограничивает практическое использование ЭВМ. Таким образом,в ЭВМ целесообразно ввести исходные данные уже выбранного по некоторым критериям варианта сетевого резерва, для чего следует разработать рациональную запись сельских распределительных линий с таким расчетом, чтобы было минимальное количество ЕВОДИМЫХ исходных данных при максимально-возможном количестве вычисленных величин, характеризующих нормальные и послеаварийные режимы работы взаиморезервируемых линий. Система записи должна быть универсальной, позволяющей производить расчеты взаиморезервируемых линий любой сложности. Эффективность работы системы электроснабжения с сетевым автоматическим резервом во многом зависит от нормального функционирования релейной защиты и противоаварийной автоматики (ЯВ, ABB), обеспечивая автоматическое отключение поврежденного участка линии с сохранением напряжения на ЕСЄХ остальных [74]. Например, работа устройства местного АВРЛ обеспечивается при выполнении им заданной программы действия [23,82,98,131,132]. Применительно к сельским сетям некоторые условия, программы дей - 34 ствия местного АВРЛ являются дискуссионными и требуют дополнительных исследований, анализа. Так, возврат к нормальной схеме может быть автоматическим и ручным. Эту функцию в работе АВРЛ связывают с работой релейной зашиты ОСНОЕНОЙ линии с длительностью циклов ІШВ до 20 с и более [іЗІ, I50]. Чтобы уменьшить перерыв в электроснабжении и обеспечить нормальные условия самозапуска асинхронных электродвигателей, АВРЛ должно придти в действие не дожидаясь работы АПВ. При восстановлении напряжения на основной линии устройство АВРЛ осуществляет автоматический возврат к нормальной схеме. В остальных случаях АВРЛ рекомендуется выполнять без автоматического возврата. Однако автоматический возврат устройства АВРЛ к нормальной схеме следует рассматривать не только из условия работы релейной защиты:
Варианты схем сетевого автоматического резервирования
На основании анализа системы электроснабжения сельских административных районов (на примере Украинской ССР) сделаем следующие выводы: 1. За статистическую модель конфигурации электрифицируемого сельскохозяйственного района может быть принята трапеция площадью 1200 квадратных километров, геометрический центр тяжести которой совпадает с административным и базовой подстанцией 110-35/10 кВ. Математическое ожидание количества районных подстанций с установленной мощностью силового трансформатора 3000 кВА и загрузкой его на 67%, равно пяти. 18 отходящих распределительных линий взаиморезервируются внутри района, 10 - за его пределами и 8 - имеют кольцевание. Схема-модель может быть использована для решения задач оптимизации систем сельского электроснабжения с учетом роста наррузок и требований к надежности. 2. Потребитель первой категории по надежности электроснабжения может быть подключен к любой точке магистрали распределительной линии (математическое ожидание длины линии от основного источника питания равно 10,5 км, резервного - 18 км). При построении схем распределительных сетей целесообразно места установки пунктов АВР и секционирования выбирать с учетом присоединнния к магистрали потребительских подстанций, питающих потребителя первой категории. В тех линиях, которые секционировать нецелесообразно, рекомендуем использовать для потребителя первой категории разработанные нами установки автоматического включения резервной линии (АВРЛ). Установка для них устройства АВРЛ эффективнее по сравнению с применением опорных трансформаторных подстанций 10/0,4 кВ с АВРЛ линий 3. Величина уровней напряжения на шинах 10 кВ районных подстанций без автоматического регулирования напряжения в значительной мере влияет на выбор оптимального варианта взаиморезервирова-ния линий, имеющих более одной точки сетевого резерва. Математическое ожидание разности уровней напряжения между верхним и нижним значением, вызванным изменением нагрузки, раЕно 6%. Неравенство уровней напряжения на шинах 10 кВ районных подстанций приводит к тому, что сетевой резерв может быть осуществлен при помощи автоматического перераспределения нагрузок между линиями, оставшимися в работе или с применением устройств автоматического регулирования напряжения, например, трансформаторов типа ПН, разработанных нами вольтодобавочных трансформаторов двустороннего действия. 4. Среднее количество аварийных и плановых отключений сельскохозяйственных предприятий (колхозов, совхозов), питающихся от системы электроснабжения без автоматического сетевого резервирования линий 10 кВ, соответственно равно 2,26 и 1,55 раза в год при продолжительности перерыва 4,27 и 2,1 часа. Средняя величина ущерба от перерывов в электроснабжении с.-х. предприятия при аварийных и плановых отключениях, равно 1,8...2,6 тыс.руб. в год. Таким образом, использование предложенного метода анализа системы электроснабжения путем построения статистической схемы-модели электроснабжения сельскохозяйственного административного района дало возможность учесть особенности конфигурации взаиморе-зервируемых линий и конкретизировать дальнейшие исследования в области повышения эффективности сетевого автоматического резервирования. Количество вариантов сетевого резерва (СР) зависит от числа точек непосредственного соединения (через коммутационный аппарат) распределительной линии с другими линиями. При наличии одной точки сетевого резерва выбор оптимального варианта взаиморезервирования тривиален. Технико-экономические условия режимов работы взаи-морезервкруемых/линий, имеющих одну точку сетевого резерва, достаточно хорошо исследованы [25,60,61,72,75,111,114,115,1261]. По практическому выполнению сетевого автоматического резерва данного типа линий разработаны технического требования и значительное количество различных видов устройств. Однако для линий с несколькими точками сетевого резерва в послеаварийном режиме одного из источников не используются дополнительные связи. Недоиспользуются ранее вложенные капитальные затраты в строительство дополнительных перемычек связи (Пс). Предполагается дополнительные связи использовать при управлении режимами работы сельской системы электроснабжения и, в частности, для автоматического перераспределения нагрузок в послеаварийном режиме работы линий. Перераспределение нагрузок позволит значительно уменьшить потери напряжения в магистрали и улучшить качество напряжения у потребителей [50,124].
Анализ систем электроснабжения сельскохозяйственных районов (см. главу 2), литературных источников [60,61,67,95,124] позволил обобщить характерные варианты выполнения сетевого автоматического резерва распределительных линий различной конфигурации, которые предлагаются к рассмотрению и приведены на рис. 3.1, а- д.
Изменения потери напряжения Б магистрали различных по типу взаиморезервируемых линий
Исследования, проведенные критериальным методом, экономико математической модели сельской распределительной линии, построен ной с учетом надежности, дали возможность получить обоснованное соотношение между составляющими модели затрат: величина дополните льных затрат на повышение надежности электроснабжения не должна превышать 30,4 % приведенных затрат на линию, выполненную в опти мальном варианте без учета надежности;величина ущерба от перерывов в электроснабжении меньше 14 %% а затраты на потери электрической энергии в сетилменьше 12,8 %, При изменении напряжения в линии на +20 % Х/н затраты в сети увеличиваются на 3 ... 5 %, то есть дополнительные затраты в линию должны быть полностью направлены на повышение надежности. 2. Для создания равноэкономичных режимов работы взаиморе зервируемых распределительных линий, при раздельном их питании (нормальный режим), предлагается метод выбора оптимальной точки разреза условно-замкнутой линии. Критерием выбора оптимальной точки разреза является минимум суммы издержек на потери электриче ской энергии в магистралях и издержек на ущерб от перерывов в элек троснабжении обеих линий с учетом нормируемых отклонений напряже ния у потребителей. Этот метод позволяет конкретизировать расче ты с учетом неоднородности сечений проводов магистрали, питания линий от источников с неравными по величине уровнями напряжения, надежности электроснабжения, а также позволяет определить увели чение издержек при смешении места установки устройства автомати ческого включения резервной линии (АБРЛ) от оптимальной точки. При выборе варианта сетевого автоматического резервирования распределительных линий, имеющих более одной точки сетевого резерва, поиск оптимального решения требует проведения значительного объеме вычислительных работ. Установлено (глава 3), что величина дополнительных затрат для повышения надежности электроснабжения не должна превышать 30,4$ стоимости линии, выполненной в оптимальном варианте (без ее автоматического резервирования). При изменении напряжения в линии в пределах + 20% % , что возможно в пос-леаварийном режиме работы взаиморезервируемых линий [60,79,124], доля затрат на регулирование напряжения составляет 3...5% из выделяемых на надежность 30,4%. Поэтому, следует стремиться взаиморезервирование линий осуществлять бэз установки в них дополнительных устройств регулирования напряжения. Однако, чтобы определить отклонения напряжения у потребителей, присоединенных к взаиморезер-вируемым распределительным линиям, имеющим m-точек сетевого резерва, необходимо выполнить К-е. число расчетов, определяемых по предлагаемой ниже формуле; где При - количество расчетов, равное число взаиморезервируемых линий, для которых определяются отклонения напряжения у потребителей; /7? - число точек сетевого резерва; д - количество расчетов, необходимое для определения отклонений напряжения у потребителей в послеаварий-ном режиме работы линий. Например, для распределительной линии, имеющей три точки сетевого резерва, необходимо провести минимум девять циклических расчетов, отличающихся исходными данными. Такое же количество расчетов выполняется для определения рабочих токов и токов короткого замыкания, протекающих по магистралям взаиморезервируемых линий. С целью уменьшения количества вычислений предлагается использовать приближенные методы.
Суть предлагаемого в работе метода выбора рационального варианта сетевого автоматического резервирования заключается в том, чтобы по известным параметрам(мощности нагрузки на головном участке линий, уровням напряжения на шинах источников питания, длине, сечению проводов и числу участков магистрали линий, потери напря- , жения в потребительских трансформаторах и их надбавке, получаемой за счет регулировочного ответвления, потери напряжения в сети 0,38 кВ) определяется допустимая мощность нагрузки, при передаче которой по распределительным линиям, отклонения напряжения у потребителей не превысят норму.
За основу разрабатываемого метода выбора варианта сетевого автоматического резервирования с учетом нормируемых отклонений напряжения у потребителей принят способ [124] изменения величины потери напряжения за счет уменьшения передаваемой по магистрали мощности. С целью получения аналитических выражений допустимых мощностей считаем целесообразным продолжить исследования [124] изменения потери напряжения в магистрали различных по типу взаиморезервируемых линий.
На рис. 4.1 показаны характерные варианты схем сетевого резерва с распределенной и сосредоточенной нагрузкой. Проанализируем количественное изменение потери напряжения при сетевом резервировании.
Анализ принципиально-конструктивных особенностей выполнения установок АВРЛ
Сетевой автоматический резерв в сельских распределительных линиях 10 кВ рекомендуется выполнять при помощи двух видов установок АВР - местных и сетевых [37, 38, 89, 131, 133, 150] . Сетевая установка АВР содержит один ксммутащонный аппарат (выключатель), включаемый на стыке двух взанморезервируемых линий. Установка местного АВР, предназначенная для потребительских подстанций 10/0,4 кВ, содержит два коммутационных аппарата (выключателя), установленных в основной (рабочей) и резервной линиях. В дальнейшем местные АВР будем называть установками автоматического включения резервной линии (УАВРЛ), а устройства, при помощи которых осуществляется автоматическое включение резервной линии -устройствами АВРЛ [46].
Как отмечалось ранее, установки АВРЛ предназначены для приема, распределения электрической энергии и автоматического включения резервной линии. Установка АВРЛ состоит из основной и резервной линий 6 или 10 кВ, в рассечку которых включены коммутационные аппараты (выключатели или отделители), выходы из которых соединены шинами. К шинам присоединяются линии (шины), питающие силовые трансформаторы 6-10/0,4 кВ. Управление коммутационными аппаратами осуществляется устройством автоматического включения резерва или оперативно, вручную. Устройство АВРЛ содержит основные органы (блоки): пусковой (ПО), орган выдержки времени (0В), орган контроля напряжения (0КН) на рабочем (основном) источнике питания [82, 98, 132].
Установки АВРЛ следует разделить по конструктивным особенностям на виды: - совмещенные с подстанцией, например, установки подстанций закрытого типа В-4-42-400мЗ [138]; - автономные, то есть, устанавливаемые на значительном расстоянии от подстанций 6-10/0,4 кВ. Применение автономных установок АВРЛ имеет следующие преимущества: - можно не изменять выполненную ранее на территории комплекса схему электроснабжения; - заводы изготовители могут выпускать унифицированные шкафы для пунктов секционирования сетевых АВР и установок АВРЛ, так как первичная схема соединения выполняется из однотипной электрической аппаратуры; - сметная стоимость автономных установок АВРЛ на 7,5...8 тыс. рублей ниже по сравнению с подстанцией закрытого типа В-4-42-400 [86] или В-42-400мЗ [138](см. раздел 2.2.1). Таким образом, диапазон использования автономных устройств АВРЛ значительно шире совмещенных. Как известно, работа устройства АВРЛ зависит от заданной для него программы [98] . В зависимости от принятой программы действия определяются основные и вспомогательные блоки ( органы ) устройства и всей установки. Однако, применительно к сельским сетям, некоторые условия программы следует уточнить. Так, например, возврат к нормальной схеме электроснабжения может быть как автоматическим, так и не автоматическим. Автоматический возврат АВРЛ определяется в зависимости от действий релейной защиты с двукратным АПВ [131, 150] . В этом случае перерыв в электроснабжении, может доходить до 20 и более секунд. Поэтому, с целью уменьшения бестоковой паузы для потребителей предусматривается действие АВРЛ после срабатывания релейной защиты основной линии, а при восстановлении напряжения - автоматический возврат в исходное состояние [l50]. Однако условий работы релейной защиты, для определения действия АВРЛ с автоматическим возвратом, оказывается недостаточно по следующим причинам: - эксплуатация подстанций 10/0,4 кВ ведется без дежурного персонала. При питании потребителя от резервного источника и исчезновении напряжения на нем, устройство АВРЛ не в состоянии автоматически возвратиться к исходному состоянию. Прерывается электроснабжение потребителя; - при питании потребителя первой категории от резервного источника (резервной линии) возрастают потери электрической энергии в магистрали резервной линии, не предусмотренные экономическим режимом ее работы; - как показали исследования (см. разделы 2.2, 4.2.2), между уровнями напряжения на шинах источников питания может быть значительная разность. В этом случае у потребителей отклонения напряжения выходят за допустимые пределы. Таким образом, считаем, что питание потребителя первой категории от резервного источника являетя кратковременным режимом его работы, а поэтому устройство АВРЛ должно выполнять функцию автоматического возврата в исходное состояние. В результате анализа устройств АВР [37,39,82,98,127,131J установлено, что в зависимости от точки присоединения органа контроля напряжения (ОКН) изменяется его принцип действия. Контроль напряжения может осуществляться на следующих элементах установки АВРЛ: - на шинах 0,4 кБ силового трансформатора совмещенных установек, для которого предназначено устройство .АВРЛ [37,ІЗі], причем сило-ЕОЙ трансформатор служит источником питания устройства в нормальном режиме, а при питании потребителя от резервной линии - существует дополнительный источник, например, конденсаторные батареи; - на шинах установки АВРЛ (после выключателя по ходу питания) основного и резервного источников питания [37,I3l]; - на шинах установки АВРЛ и резервной линии до ее выключателя [39,98]. Блок контроля напряжения, присоединенный к резервной линии, одновременно служит (при исчезновении напряжения на основной линии) и блоком питания устройства АВР.
