Новая технология управления энергосистемой

1782
просмотров
13.01.2014 15:38

Сегодня редкая публикация, посвященная проблемам электроэнергетики, не касается понятия «SMART GRID», что дословно переводится как «умная сеть».

Это понятие предполагает новую технологию управления энергосистемой, начиная от производителя энергии и заканчивая ее конечными потребителями.

Поэтому первый термин понятия «SMART» рассматривают еще и как аббревиатуру от «Self Monitoring Analysis and Reporting Technology» — технология самодиагностики анализа и оповещения, вместо которой для краткости будем использовать термин «ТЕХНОЛОГИЯ». Задачи, решаемые «ТЕХНОЛОГИЕЙ» традиционны — экономия энергии и бесперебойность ее подачи. Такие задачи ставились и ранее, но возможности ее реализации с появлением такого средства коммуникации, как интернет стали поистине революционными.

В качестве примера сегодняшнего применения «ТЕХНОЛОГИИ» наиболее показательна Дания. В этой стране 20% электроэнергии вырабатывается ветрогенераторами. Но ветер субстанция непостоянная, и по мере его усиления пропорционально снижается нагрузка на тепловые электростанции, а при стихании ветра происходит обратный процесс. Эта регулировка и ее оптимизация, т.е. оптимальное управление энергосистемой производится с использованием системы дистанционной передачи данных. Другой пример базируется на различной стоимости энергии в течение суток. В странах «золотого миллиарда» это вызвало бум производства «SMART GRID» бытовой техники. Загрузив стиральную машину и нажав кнопку «ПУСК», вы видите на дисплее надпись: «Предлагаю начать работу в 2 часа утра — это будет вдвое дешевле». Двухтарифные счетчики (день-ночь) с выведением баланса на экран, баланс пользовательского счетчика на дисплее оператора энергоснабжающей компании и возможность одним нажатием клавиши реализовывать отключения за неуплату — из этой же серии.

Рис. 1. Принцип работы «SMART GRID»

Множество других примеров реализации «ТЕХНОЛОГИИ» можно найти в публикациях, посвященных этой теме, но давайте, кроме аспекта экономии энергии, рассмотрим и другую ее сторону — стремление к бесперебойному питанию потребителей. На рис.1 представлен пример городской кольцевой системы электроснабжения.

Рис. 2. Принцип работы «SMART GRID»

Все ТП (трансформаторные подстанции) запитаны слева и каждая «тройка» ячеек в них (две — подключения кольцевого кабеля и одна — трансформатора) снабжена автоматическими быстродействующими выключателями, управляемыми по команде системного компьютера. При возникновении аварийной ситуации в любом месте «кольца» компьютер собирает информацию от участников, которую на бытовом уровне можно представить в форме вопроса: «Пропускал ли ты ток короткого замыкания?». На том же рис. 1 представлены ответы участников процесса. Проанализировав ответы, компьютер дает команду выключателям переконфигурировать сеть, как это показано на рис.2.

Весь процесс занимает не более 0,1 сек., при этом никто из потребителей не только не теряет питания, но даже не чувствует аварии. Подстанции с перекрестным вводом, за которые ратует «ТАВРИДА ЭЛЕКТРИК», [1,2] решают проблему бесперебойного питания столь же эффективно, как и описанная выше система.

Очевидно следующее утверждение: кроме коммуникационных сетей, возможности которых огромны, без соответствующих коммутационных аппаратов «ТЕХНОЛОГИЯ» останется лишь в теории. Возникает закономерный вопрос: «А есть ли сегодня электрические аппараты для реализации «ТЕХНОЛОГИИ», быстродействующие, необслуживаемые, дистанционно управляемые?». В классе среднего напряжения ответ положителен. Такие аппараты существуют уже 20 лет и появились раньше , чем возникла идея «SMART GRID» — это вакуумные выключатели серии ВВ/ТЕЛ.

Рис. 3. Шкаф на три присоединения КРУ/TEL

Недаром их сравнивают с легендарными отечественными разработками, такими, как автомат Калашникова, недаром они столь стремительно завоевывают в своем сегменте рынок планеты. Сегодня аппарат ВВ/ТЕЛ вне конкуренции по критерию цена-качество, и Таврида Электрик занимает второе место в мире по количеству проданных вакуумных выключателей, уступая лишь концерну АВВ.

Евросоюз запланировал повсеместный переход на технологию « SMART GRID» в течение 30 лет, т.е. за это время будут заменено все оборудование, работающее сегодня по старой технологии. При создании новых энергосистем или расширении существующих оборудование, не соответствующее «ТЕХНОЛОГИИ», стараются не применять.

А что же у нас? Какие варианты для выбора оборудования имеются сегодня у проектировщика ТП? Есть ли у нас устройства, отвечающие требованиям завтрашнего дня? И здесь «ТАВРИДА ЭЛЕКТРИК» опередила время, создав 15 лет назад КРУ/ТЕЛ, которое полностью отвечает требованиям «ТЕХНОЛОГИИ». Изделие не стало массовым лишь потому, что немного существует заказчиков, желающих и способных сегодня оплачивать потребности будущего. В этом изделии установлены интеллектуальные выключатели ВВ/ТЕЛ, а нынешние потребности вполне удовлетворяются автогазовыми выключателями нагрузки.

Рис. 4. КСО-393

Рассмотрим, с точки зрения ТП, что сегодня применяется в проектах и что можно будет сделать, когда настанет время «Ч» — необходимость отвечать требованиям «ТЕХНОЛОГИИ».

1-й вариант, дешевый и широко распространенный — КСО-393 и его аналоги, такие как КСО-307, 366, 399, с автогазовыми выключателями нагрузки ВН-10 в ячейках кольцевого кабеля и таким же выключателем с последовательно подключенными предохранителями — в ячейке трансформатора. При наступлении времени «Ч» самый разумный вариант — полный демонтаж и замена на новое оборудование. Многие из этих КСО и сегодня выпускаются с ВВ/ТЕЛ, но их не применяют в ТП по указанным выше экономическим соображениям. Замена ВН-10 в установленной ячейке на ВВ/ТЕЛ проблематична, т.к. это влечет за собой установку разъединителя и организацию блокировок.

Рис. 5. КРУ RM-6

2-й вариант — элегазонаполненное КРУ RM-6. Киотским протоколом элегаз SF6 отнесен к числу нежелательных. В Европе в среднем классе напряжения его стараются не применять, поэтому производители стремятся найти другие рынки сбыта. Пальма первенства в этой экспансии принадлежит SCHNEIDER-ELECTRIC, создавшей совместное предприятие с Самарским заводом ЭЛЕКТРОЩИТ.

Однако, если RM-6 уже установлено или есть планы по его применению, необходимо понимать, что при наступлении времени «Ч» нет других вариантов, кроме полной замены оборудования с решением сопутствующей этому проблемы утилизации. Поскольку коммутационные аппараты изначально находятся в герметичных объемах, заполненных элегазом, адаптация этих КРУ под «ТЕХНОЛОГИЮ» принципиально невозможна.

Рис. б. SIEMENS 8DJH

Что касается изделия SIEMENS 8DJH, то все сказанное в адрес RM-6 здесь также справедливо. Действительно принципиальных отличий мало. Тот же элегаз, те же выключатели нагрузки в ячейках кольцевого кабеля, тот же полуавтоматический выключатель, правда вакуумный, но в элегазовой среде в трансформаторной ячейке, то же стремление найти новые рынки.

Иной пример — технические решения фирмы HOLEC (сегодня EATON). Эта марка всегда славилась оригинальными идеями. Вот и сейчас компания, в ответ на современны вызовы, разрабатывает малогабаритное КРУ «XIRIA» с вакуумными коммутационными аппаратами, помещенными в герметичный объем, наполненный не элегазом, а высушенным (обезвоженным) воздухом.

Рис. 7. КРУ «XIRIA»

В ячейках кольцевого кабеля установлены вакуумные выключатели нагрузки ручного управления, а в ячейке трансформатора — автоматический вакуумный выключатель. Разделение на ячейки условно, т.к. все аппараты расположены в одном, герметично запаянном боксе, что, впрочем, не способствует ремонтопригодности.

КРУ «XIRIA» — наиболее удачное зарубежное решение для ТП, отвечающее требованиям сегодняшнего дня. Но для реализации «ТЕХНОЛОГИИ» не годится и оно, поскольку в базовой комплектации не обеспечивает возможность отключения аварийного режима транзитной линии. При наступлении времени «Ч» изделие также придется демонтировать и заменять на другое.

Итак, мы подошли к проблеме выбора оборудования для трансформаторных подстанций, стоящей сегодня перед проектировщиком. Эта проблема такова: устанавливать сегодня оборудование, соответствующее завтрашней «ТЕХНОЛОГИИ» невыгодно, так как дорого. Устанавливать оборудование, которое с приходом «ТЕХНОЛОГИИ» придется демонтировать и заменять — бесперспективно.

Однако данное противоречие разрешимо.

Основой его может служить применение КРУ серии «ВЕРТИКАЛЬ». Многим это изделие известно, оно неоднократно представлялось на семинарах и выставках. Для тех, кто слышит о нем впервые — краткое описание шкафа отходящей линии (рис. 8).

Рис. 8. КРУ «ВЕРТИКАЛЬ» отходящая линия

Основные элементы: коммутационный аппарат 1, соединенный через гибкие токосъемы 3 с траверсой розеточных контактов 2. Перемещение траверсы производится по вертикали. Траверса в верхнем положении (рис. 8, рабочее положение) соединяет сборные шины через выключатель 1 и разъединитель 2 с кабельными приемниками, проходя сквозь опорные изоляторы 5. Последние могут содержать внутри проходные трансформаторы тока. При перемещении траверсы 2 вниз проходные изоляторы сборных шин закрываются защитной шторкой 4 с закрепленными на ней терминалами заземления (рис. 8, контрольное положение). При перемещении траверсы 2 вверх механизм заземлителя переводит устройство в заземленное состояние (рис. 8, заземленное положение). Механизмы разъединителя и заземлителя управляются различными рукоятками. Включив выключатель, мы заземляем кабели.

Вводной шкаф (рис.9) отличается от шкафа отходящей линии зеркальным поворотом сверху вниз траверсы 2 и защитной шторки 4. Траверса 2 также размыкает главную цепь, но в заземленном положении заземляет не кабель, а сборные шины.

Рис. 9. КРУ «ВЕРТИКАЛЬ» вводной шкаф

Несомненным достоинством серии является возможность визуального наблюдения состояния главной цепи. Сквозь окно на лицевой панели можно видеть, в каком из трех положений находится траверса — в «Рабочем», «Контрольном» или «Заземленном».

В данной работе предлагается такая модификация базового КРУ «ВЕРТИКАЛЬ», которая впервые позволяет реализовать концепцию поэтапной модернизации.

Концепция поэтапной модернизации.

Смысл ее заключается в том, чтобы сделать изделие, отвечающее требованиям сегодняшнего дня, но которое, при небольшой модернизации, превращается в изделие будущего.

Для реализации идеи предлагается вакуумный выключатель нагрузки ВВН «ВЕРТИКАЛЬ». Это аппарат ручного управления, не требующий устройств вторичной коммутации и источников питания. С функциональной точки зрения это аналог автогазового выключателя ВН-10, который может устанавливаться в ячейках подключения кольцевого кабеля, и который полностью удовлетворяет потребностям сегодняшнего дня. Но, и это не самое главное, он может быть легко заменен на полновесный коммутационный аппарат ВВ/ТЕЛ. Подключив необходимые коммуникации, можно будет удовлетворить требованиям будущей «ТЕХНОЛОГИИ», не заменяя шкаф.

Исторически сложилось, что выключатель нагрузки это аппарат, создающий видимый разрыв. У автогазовых выключателей, где ход контакта десятки сантиметров, это действительно так. Отдельный разъединитель в ячейках не нужен, поскольку сами выключатели выполняют его функцию. В нашем же случае разъединитель нужен, но он в КРУ «ВЕРТИКАЛЬ» имеется всегда, что устраняет значительное число проблем и обеспечивает дополнительную безопасность. Параметры выключателя нагрузки определяются применяемыми в нем вакуумными дугогасительными камерами (ВДК). Значения 10кВ (номинальное напряжение), 1000А (номинальный ток), 20кА (номинальный ток отключения) достигаются применением камер «Таврида Электрик». На более низкие параметры можно применить иные ВДК с торцевой контактной системой.

Этот же аппарат можно применять в ячейке подключения трансформатора, но не с последовательно включенными предохранителями, как обычно, а добавив функцию автоматического отключения. Подобная добавка производится легко. Поскольку пружины привода (включения и отключения) взводятся одновременно и механизм свободного расцепления в приводе присутствует, необходимо реализовать автоматическую подачу команды отключения. Приемником такой команды служит небольшой соленоид, управляемый энергией трансформаторов тока при возникновении аварийного режима. Такой аппарат нельзя назвать выключателем нагрузки, так как он способен автоматически отключать аварийные режимы, поэтому для него применима аббревиатура ВВП «ВЕРТИКАЛЬ», т.е. вакуумный выключатель, выполняющий функции предохранителя. Параметры определяются типом применяемой ВДК. Разумеется, его тоже легко заменить на ВВ/ТЕЛ при необходимости реализации полного цикла автоматизации и более сложного защитного алгоритма.

Рис. 10. Варианты модификации отходящей линии КРУ «ВЕРТИКАЛЬ»

Предлагаемая сегодня программа поставки всего спектра шкафов КРУ «ВЕРТИКАЛЬ» представлена на рис. 10 и рис. 11.

На рис. 10 показаны варианты реализации шкафа отходящей линии. В центральной части — неизменная часть шкафа, состоящая из несущего каркаса, оболочки, выдерживающей внутреннюю дугу 20кА, разъединителя и заземлителя со шторкой, закрывающей доступ к проходным изоляторам. Эти элементы конструкции присутствуют независимо от специфики заказа. Слева — весь спектр проходных изоляторов из отсека выключателя в кабельный отсек, начиная от «пустышки» — проходного изолятора и заканчивая наиболее мощным, установленным внутри него тороидальным трансформатором тока с первичным током 1000А. Справа — возможные типы монтируемых сопрягающих устройств, начиная от простой медной шины для шкафа секционного разъединителя, и заканчивая коммутационным модулем ВВ/ТЕЛ для самых сложных применений, включая потребности «ТЕХНОЛОГИИ».

Рис. 11. Варианты модификации шкафа ввода КРУ «ВЕРТИКАЛЬ»

Если учесть, что серия «ВЕРТИКАЛЬ» включает в себя шкафы ввода с трансформированной идеологией главной цепи (см. рис. 11), где после ее отключения и разъединения заземляются сборные шины, то для проектировщика подстанции действительно предоставляются невиданные ранее возможности.

Если сравнивать предложенный вариант с зарубежными КРУ на три присоединения, то «ВЕРТИКАЛЬ» незначительно уступает конкурентам по фронтальному габариту. Это, однако, с лихвой компенсируется гибкостью проектирования, когда из отдельных шкафов можно собирать подстанцию любой сложности, включая пригодную для технологии будущего.

И это, действительно, тот случай, когда отечественная разработка превосходит все существующие на сегодня аналоги и решения.

«Таврида Электрик Днепр»:

ул.Калиновая 51 А, тел. (056) 370-45-06
www.teu.tavrida.com

Dnepr.info

 

Читайте также

18.10.2017 17:17

Компания «Таврида Электрик» - это чуть ли не единственное предприятие…

06.09.2017 15:24

Развитие коммутационной аппаратуры является следствием возрастающей популярности использования вакуумной среды,…

16.05.2016 16:53

Модернизации комплектных распределительных устройств

20.07.2015 17:54

В последнее время значительно участились случаи хищения коммутационного оборудования нашего…

Комментарии

Добавить комментарий

Наверх