Главная Публикации Реализация быстродействующего автоматического ввода резерва (БАВР) в комплектных распределительных устройствах 6(10)кВ серии «Вертикаль»

Реализация быстродействующего автоматического ввода резерва (БАВР) в комплектных распределительных устройствах 6(10)кВ серии «Вертикаль»

Добавлено: 16.02.12 | Авторство: Р.И. Мудрак, А.Н. Пасько, П.А. Байздренко | Просмотров: 11395

Реализация быстродействующего автоматического ввода резерва (БАВР) в комплектных распределительных устройствах 6(10)кВ серии «Вертикаль»

Одной из основных задач, решаемых при организации работы энергетической системы, является обеспечение качественного и бесперебойного электроснабжения потребителей. Провалы, прерывания и выбросы напряжения электрической сети являются наиболее распространёнными причинами сбоев в работе промышленных предприятий и повреждений бытового оборудования, нанося существенный экономический ущерб, как потребителям, так и поставщикам электроэнергии.

Согласно данным [1], одним из производителей электроэнергии в течение десяти месяцев проводились измерения перепадов напряжения на 12 участках мощностью от 5 до 30 MВ•A. За это время было зафиксировано 858 перепадов, 42 из которых привели к сбоям и финансовым потерям. Хотя на всех этих 12 участках потребителями были низкотехнологичные производства товаров с невысокой добавленной стоимостью, финансовые потери достигли 600 000 евро (в среднем 14 300 евро за один случай или 50 000 евро на участок), а самая большая цифра индивидуальных убытков равнялась 165 000 евро. Очевидно, что заводы, производящие продукцию с высокой добавленной стоимостью, для которых необходимы многоэтапные производственные процессы, столкнулись бы с более высокими потерями.

Это огромные затраты на, казалось бы, незначительное событие, продолжающееся менее секунды. Проблема состоит в том, что невозможно предсказать и контролировать поведение системы, отдельные компоненты которой, такие как оборудование для обработки данных или элементы электропривода, имеют неоднозначную реакцию на падение напряжения. Для непрерывных процессов, таких, например, как производство бумаги, последствия падения напряжения настолько сопоставимы с последствиями полного отключения, с теми же затратами на очистку, теми же потерями сырья и снижением объемов производства. При кратковременных пропаданиях питания компьютеризированных систем управления в случае отсутствия или отказа их блоков бесперебойного питания, время, необходимое для повторного запуска огромного количества рабочих станций, а также восстановления приостановленных транзакций и несохраненных документов, может измеряться часами [1], в течение которых управление может осуществляться не в полном объёме.

Как показывает статистика аварийных режимов работы нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятий [2], 40-70% отключений происходит по причине нарушений в работе системы внешнего электроснабжения. При этом срабатывание обычных устройств АВР, обеспечивающих переключение на резервный источник за время более 0,090 - 0,140 с, может привести к экономическому ущербу, связанному с нарушением непрерывности технологических процессов и возникновением гидравлических ударов, вызывающих повреждения трубопроводов и оборудования насосных станций. Проведенные энергетические обследования предприятий ОАО «Сибнефть-Ноябрьскнефтегаз» показали, что ущерб в 2005 - 2006 г.г. от нарушений в питающих сетях кустовых насосных станций превышает 44000 тонн нефти и 513 млн. руб. в год. Также в [2] особо отмечен тот факт, что совершенствование способов организации АВР, повышение надежности его работы и быстродействия до уровня, позволяющего сохранить динамическую устойчивость комплексной нагрузки, способно обеспечить непрерывность технологического процесса транспортировки нефти, снизить вероятность возникновения техногенных аварий (в частности, разливов нефти), повысить экономичность работы нефтедобывающего и нефтеперерабатывающего комплексов.

Традиционно задача обеспечения бесперебойного электроснабжения решается путем подключения оборудования, для которого прерывания напряжения являются критичными, к системам независимого питания, выполненным, как правило, на аккумуляторных батареях. Данное решение, несомненно, имеет право на жизнь, хотя и обладает рядом существенных недостатков, таких, как высокая стоимость, большие габаритные размеры, а также ограничения по сроку службы батарей и мощности подключаемой нагрузки. Между тем, при наличии двух линий 6 (10) кВ от разных источников, вероятность одновременного отсутствия напряжения на которых крайне низка, одним из экономически эффективных способов решения задачи бесперебойного электроснабжения может стать применение быстродействующего автоматического ввода резерва (БАВР). Идея заключается в том, что большинство потребителей безболезненно переносят кратковременные, длительностью до 50 мс, провалы напряжения. Следовательно, если переключение с одного источника питания на другой произойдет менее чем за 50 мс, вероятность отрицательных последствий от перепадов напряжения будет сведена к минимуму.

Ключевым компонентом БАВР, без которого реализация системы невозможна, является быстродействующий выключатель, обеспечивающий коммутацию нагрузки. В системе быстрого АВР на базе КРУ серии «Вертикаль» в данном качестве используется передовая разработка компании «Таврида Электрик» — сверхбыстродействующий вакуумный выключатель BB/TEL-10-31,5/2000_Q. Собственное время включения этого аппарата составляет не более 20 мс, а собственное время отключения - не более 8 мс. При этом он является самым малогабаритным выключателем в своем классе, что позволило создать коммутационные шкафы КРУ серии «Вертикаль» на токи до 2000А включительно с габаритными размерами, не превышающими 1900x600x885 мм [3]. Кроме того, отсутствие необходимости периодического обслуживания BB/TEL-10-31,5/2000_Q, дает возможность существенно сократить текущие расходы на содержание оборудования, поставляемого компанией «Таврида Электрик».

Следующим элементом, необходимым для реализации БАВР, является блок управления СМ_1501_01(4), который входит в состав нового поколения блоков управления вакуумными выключателями, обеспечивающих высокое быстродействие выполнения операций включения и отключения выключателя, а также высокий уровень устойчивости к воздействию внешних электромагнитных помех. Основное отличие этого блока от блоков FCM/TEL-01-00 [4], установленных в типовых шкафах КРУ «Вертикаль», состоит в том, что время распознавания им команды управления составляет всего 4 мс. Более подробные технические характеристики блока управления CM_1501_01 (4) указаны в таблице 1.

Наименование параметра Значение параметра
Оперативное питание
Номинальное напряжение оперативного питания, В =110/220; ~100/127/220
Диапазон напряжений оперативного питания (~/=), В 85-265
Время подготовки к включению, с, не более
— после подачи оперативного питания
— после предыдущей операции включения
15
10
Максимальная потребляемая мощность, ВА, не более
— в режиме заряда емкостей
— в установившемся режиме
25
8
Продолжительность работы после пропадания оперативного питания, с, не менее 601
Параметры цикла ВО
Выполняемый цикл АПВ О-0,1с-ВО-10с-ВО-10с-ВО…2
Мин. цикл В-О главных контактов ВВ, мс, не более 65
Максимальное количество циклов В-О в час, не более 100
Выходы сигнализации
Номинальное напряжение переключения, В 240
Номинальный ток (~), А 16
Мощность переключения (~), ВА 4000
Входы управления
Время распознавания сигнала3, мс, не более 4
Напряжение/ток при замыкании контактов, В/А, не менее 30/0,1
Ток при замкнутых контактах, мА, не менее 5
Масса и габаритные размеры
Габаритные размеры, мм 190х165х45
Масса, кг, не более 1,5

1 При разомкнутых «сухих» контактах (СК) «CLOSE» (ВКЛ.) и «TRIP» (ОТКЛ.).
2 Допустимое количество циклов В-О с интервалом 10 с не может превышать десяти подряд. Среднее количество циклов не должно превышать 100 в час. Повторная серия десяти циклов В-О с интервалом 10 с может быть проведена только через 260 с.
3 Для управления по СК рекомендуется использовать электронные реле (например, электронные реле с IGBT-ключами), у которых отсутствует дребезг при переключении. Тип используемого электронного реле требует согласования со специалистами компании «Таврида Электрик».

Пример схемы главных цепей РУ 6(10) кВ, выполненной на базе КРУ серии «Вертикаль», показан на рисунке. Основной особенностью схемы, обеспечивающей наиболее эффективную реализацию БАВР, является секционирование вводными выключателями (т.е. используется схема с «перекрёстным вводом») [3].

Пример схемы главных цепей РУ 6(10) кВ, выполненной на базе КРУ серии «Вертикаль»

Условные обозначения:

ШИТН – шкаф измерительных трансформаторов напряжения;
ШКОЛ – шкаф коммутационный отходящей линии;
ШККВ – шкаф коммутационный кабельного ввода;
ШП – шкаф переходный;
ШТ – шкаф трансформаторный.

Контроль наличия напряжения на секциях шин осуществляется измерительными трансформаторами, установленными в ШИТН. Напряжение на кабельных вводах контролируется измерительными трансформаторами, расположенными в ШТ, который подключен к кабельному вводу через переходный шкаф. Благодаря применению схемы «перекрестного ввода», отпадает необходимость в установке измерительных трансформаторов на каждом вводе, достаточно одного комплекта ТН на каждую пару вводов. Измерение уровня напряжения и выдача команд включения и отключения выключателей вводных присоединений, а по сути, управление БАВР, выполняется микропроцессорным реле, например, SCM21-X производства компании Microelettrica Scientifica (Италия) [5], которое входит в линейку микропроцессорных реле, ставших типовыми защитами КРУ «Вертикаль» [3, 4].

Уникальные компоненты, перечисленные выше, позволили создать систему БАВР с полным временем переключения на резервный источник питания до 50 мс. Более подробные технические характеристики устройств, входящих в состав системы БАВР КРУ серии «Вертикаль» приведены в таблице 2.

Наименование параметра Значение параметра
Номинальное напряжение распределительного устройства, кВ 6(10)
Номинальный ток вакуумных выключателей BB/TEL-10-31,5/2000_Q, А 2000
Номинальный ток отключения вводных вакуумных выключателей BB/TEL-10-31,5/2000_Q, кА 31,5
Коммутационный ресурс вакуумных выключателей BB/TEL-10-31,5/2000_Q, циклов ВО 30 000
Время включения вакуумного выключателя BB/TEL-10-31,5/2000_Q, мс 20
ремя отключения вакуумного выключателя BB/TEL-10-31,5/2000_Q, мс 8
Время распознавания команды блоком управления СМ_1501_01(4), мс 4
Время срабатывания реле управления БАВР SCM21-X, мс 25
Полное время переключения с основного ввода на резервный, мс, не более 50

Заключение

Применение системы БАВР с КРУ серии «Вертикаль» позволяет произвести переключение потребителей на резервный источник электроэнергии за минимальное время, которое находится в зоне нечувствительности оборудования, установленного у большинства потребителей. К такому оборудованию, в частности, относятся все устройства, соответствующие [6] начиная со второй степени жесткости испытаний, а именно промышленные источники вторичного питания контрольной и измерительной аппаратуры. Внедрение комплектных распределительных устройств серии «Вертикаль», оснащённых БАВР, обеспечит непрерывность сложных технологических процессов, что особенно важно при производстве кабельной и полупроводниковой продукции, на предприятиях нефтедобычи и нефтепереработки, предприятиях водоснабжения и водоотведения, в металлургической промышленности и на объектах первой категории.

Литература

  1. Д. Чэпмэн, Ассоциация развития меди (Великобритания) и Европейский институт меди. Цена низкого качества электроэнергии // Энергосбережение. – 2004. – №1. – с. 66-69.
  2. Д.Т. Гумиров Оценка влияния кратковременных нарушений электроснабжения на работу потребителей нефтедобывающих предприятий и разработка устройства АВР для надежного их электропитания. / Материалы диссертации к.т.н. // - М.: МЭИ, 2010.
  3. П.А. Байздренко, Комплектное распределительное устройство серии «Вертикаль». Текущие изменения и дополнения. //Электрические сети и системы. – 2010. - № 1. – с. 67-73.
  4. В.В. Волкоморов, Релейная защита и автоматика КРУ «Вертикаль». //Электрические сети и системы. – 2009. - № 6. – с. 51-53.
  5. Р.И. Мудрак, А.Н. Пасько, П.Б. Кирнычук, Выбор микропроцессорных устройств защиты для комплектных распределительных устройств 6(10)кВ. //Электрические сети и системы. – 2006. - № 4.
  6. ГОСТ Р 51317.4.11-99 (МЭК 61000-4-11-94). Устойчивость к динамическим изменениям напряжения электропитания. Требования и методы испытаний.

Опубликовано: «Электрические сети и системы» № 2, 2011 г.