6.2 Автоматичні пристрої нормального режиму
Автоматичні пристрої нормального режиму призначені для підтримки наперед заданих параметрів нормального режиму роботи (частоти, напруги) і для усунення їх небезпечних відхилень. До них відносяться пристрої автоматики регулювання напруги, автоматики розвантаження трансформаторів і т.п.
Автоматическое секционирование при помощи сетевых выключателей — эффективное средство повышения надежности сельских сетей. При аварии сетевой выключатель автоматически отъединяет поврежденный участок линии, и, таким образом, электроснабжение потребителей, присоединенных к остальной части линии, не нарушается. Дополнительный эффект достигается благодаря тому, что сетевые выключатели снабжаются устройствами АПВ. Поскольку 80...90% нарушений электрической изоляции неустойчивые, устройства АПВ резко снижают число аварийных отключений в сетях.
6.3 Автоматичні пристрої аварійного режиму
Автоматичні пристрої аварійного режиму забезпечують швидку ліквідацію аварії і припиняють її розповсюдження на інші ділянки і класифікуються на групи:
релейний захист (РЗ), автоматика включення (АПВ, АВР) і автомата розвантаження ліній;
автоматики ділення (АД) різного призначення;
пристрої автоматичного частотного розвантаження (АЧР) і розвантаження при зниженні напруги.
В отдельных случаях при недостаточной чувствительности релейной защиты на головном участке секционирование расширяет действие автоматической защиты и АПВ на удаленные участки линии. Секционирующие устройства также облегчают поиск и обнаружение мест повреждений.
Рассмотрим условия наиболее эффективного использования сетевых выключателей на сельских радиальных распределительных линиях. Нагрузку линии будем считать равномерно распределенной вдоль магистрали (рис. 6.1), а повреждение линии в любой точке равновероятным. Пусть общая длина линии L (км), удельная нагрузка Ро (кВт/км), частота отказов λ 1/(км-год)], а средняя длительность одного отключения τ (ч). Тогда недоотпуск электрической энергии за год для несекционированной линии (рис. 6.1 а) составит
Рисунок 6.1 – Cхемы линий с равномерно распределенной нагрузкой
(6.1)
При установке на линии одного секционирующего выключателя на расстояние l от конца линии (рис. 6.1, б) общий недоотпуск электроэнергии составит
(6.2)
Первый член в выражении (6.2) соответствует недоотпуску электроэнергии при повреждениях на головном участке линии, а второй член — при повреждениях за выключателем. При записи выражения (6.2), как и в дальнейшем, предполагается, что наличие сетевых выключателей не влияет на время поиска и устранения неисправностей.
Найдем расстояние /, при котором недоотпуск электроэнергии будет наименьшим. Для этого приравняем нулю производную
(6.3)
Так как вторая производная функции (6.2) положительна, условие (6.3) соответствует минимальному недоотпуску электроэнергии, который в данном случае составляет
(6.4)
Выполнив аналогичный анализ для случаев установки двух, трех и более секционирующих устройств, можно убедиться в том, что в этих случаях наиболее выгодно располагать секционирующие устройства вдоль линии на равных расстояниях друг от друга. При этом минимальный недоотпуск при двух секционирующих устройствах составит (рис. 6.1)
(6.5)
(6.6)
Если удельный ущерб принять равным уо [р/(кВт-ч)1, то годовой ущерб от перерывов в электроснабжении для несекционированной линии
(6.7)
Годовой ущерб при установке секционирующих устройств
(6.8)
Тогда снижение ущерба (р/год) при установке N устройств составит
(6.9)
Из выражения (6.9) следуют два важных вывода. Вопервых, эффективность секционирующих устройств пропорциональна У о, то есть тем выше,і чем больше первоначальный ущерб потребителей ОТ перерывов в электроснабжении. Во-вторых, наиболее значителен абсолютный эффект от установки «первых» секционирующих устройств, то есть при переходе от Дальнейшее увеличение N сравнительно мало снижает
ущерб от перерывов в электроснабжении.
Секционирующее устройство можно рассматривать как один из типов оборудования в общем выражении (7.10) для затрат на систему электроснабжения, что позволяет определить оптимальное число секционирующих устройств на одну линию. Эту задачу можно приближенно решить, не учитывая возможности повреждения самих секционирующих устройств и считая, что секционирующие устройства устанавливают независимо от характеристик повреждаемости остальных видов оборудования. Используя формулу (6.6) для недоотпуска электроэнергии, запишем выражение (7.8) для приведенных затрат на одну линию с учетом ущерба следующим образом
Из выражения (7.36) следует, что установка одного секционирующего устройства становится выгодной тогда, когда годовой ущерб от перерывов в электроснабжении не
менее чем в 8 раз превышает годовые отчисления от стои„мости секционирующего устройства.
Ежегодные издержки и отчисления от стоимости секционирующих устройств составляют примерно 400 р. Тогда при современном сравнительно низком уровне надежности оптимальное число секционирующих устройств на одну линию составляет от 1 до 3.
При определении ожидаемого аварийного недоотпуска электроэнергии распределение аварий по времени суток и года можно принимать равномерным. Тогда, например, средняя отключаемая мощность несекционированной линии
(6.10)
где Рmах — максимальная мощность на головном участке линии, кВт;
Т — число часов использования этой мощности.
Используя идеализированные схемы линий, можно определить минимальную длину ответвления от магистрали, на котором установка секционирующего устройства экономически целесообразна.
Пусть есть несекционированная линия с одним ответвлением, причем длина магистрали равна L, а длина ответвления l (рис. 6.1, г). Считая по-прежнему нагрузку потребителей равномерно распределенной вдоль магистрали и ответвления, получим, что годовой ущерб
(6.11)
При установке на ответвлении автоматического выключателя значение годовых приведенных затрат с учетом ущерба составит
Установка секционирующего устройства экономически целесообразна, если соблюдается следующее условие:
После несложных преобразований получим, что длина ответвления с секционирующим устройством должна удовлетворять условию
(6.12)
(6.13)
Из выражения (6.13) следует, что при одной и той же мощности Р с уменьшением Р0 уменьшается длина ответвления, при которой выгодно устанавливать секционирующее устройство. Это объясняется тем, что при малых нагрузках на ответвлении секционирующий аппарат, отключаясь даже при сравнительно редких авариях на ответвлении, повышает надежность электроснабжения основных потребителей на магистрали.
Выше мы рассматривали условия секционирования при идеализированных схемах линий. На практике задача выбора оптимального числа секционирующих устройств и их
местоположения значительно сложнее. По-прежнему основными условиями остаются экономическая целесообразность и максимальное снижение ущерба потребителей,
однако при этом необходимо учитывать взаимное расположение более мощных потребителей, степень их ответственности, наличие местного и сетевого резервирования. Следует также наилучшим образом согласовать действие секционирующих выключателей и других защитных аппаратов. Кроме того, секционирование линии можно осуществлять и при помощи разъединителей, установка которых сокращает недоотпуск электроэнергии при плановых отключениях. Наличие секционирующих устройств упрощает поиск и обнаружение повреждений на линии. На ответвлениях, кроме разъединителей, можно устанавливать и предохранители, а также автоматические отделители.
Учет всех этих факторов существенно усложняет задачу оптимального секционирования. В последнее время для ее решения разработаны соответствующие методы с применением электронных цифровых вычислительных машин.