УДК 339.54.012

Система автоматического восстановления электроснабжения (САВС) как интеллектуальное решение для распределительных сетей

Бархатова Ирина Николаевна – магистрант Иркутского национального исследовательского технического университета

Аннотация: В статье рассматривается система автоматического восстановления электроснабжения (САВС) как интеллектуальное решение для распределительных сетей. Возникновение проблем в распределительных сетях, таких как высокая плотность потребительских точек подключения, на определенных участках сети и использование радиальной схемы сетей, приводит к непредсказуемому отключению при возникновении короткого замыкания на ЛЭП. Для электросетевых компаний устранение аварий в распределительных сетях требует выезда специалистов, что приводит к прекращению электроснабжения потребителей до приезда и локализации аварии. Проблема становится особенно серьезной для длинных сетей, поскольку обнаружение аварийного участка становится первоочередной задачей. В связи с чем, одним из ключевых направлений в этом процессе становится внедрение систем автоматического восстановления электроснабжения сетей 6‑10 кВ.

Ключевые слова: распределительные сети; интеллектуальные сети, система автоматического восстановления электроснабжения, короткое замыкание.

Система автоматического восстановления электроснабжения (САВС) представляет собой программно-аппаратный комплекс для автоматизации диспетчерского управления распределительными сетями 6–10 кВ в нормальных и послеаварийных режимах, а также в режиме однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) в сетях с изолированной и компенсированной нейтралью. САВС обеспечивает определение аварийных участков, анализ топологии и выполнение процедуры автоматического восстановления питания потребителей [1].

САВС построена по трехуровневой схеме, уровни имеют следующее функциональное разделение:

Уровень I (нижний уровень) включает в себя первичные датчики, приборы и измерительные системы, контроллеры, размещаемые в ТП и РП, индикаторы коротких замыканий и другие приборы, регистрирующие аварийные параметры сети, и обеспечивает следующие функции:

• сбор дискретных телесигналов (ТС) состояния и режима работы оборудования;
• сбор аналоговых сигналов - телеизмерений (ТИ) режима работы сети электроснабжения;
• передача сигналов ТС, ТИ на верхний уровень;
• фиксация коротких замыканий (МФЗ);
• фиксация замыканий на землю (ОЗЗ);
• передача сигналов протекания МФЗ, ОЗЗ на средний уровень;
• прием и выполнение команд управления (ТУ) со среднего и верхнего уровня.

Уровень II (средний уровень) включает в себя контроллеры (основной и резервный), размещаемые в районных электрических сетях (РЭС), являющиеся коммуникационными серверами и осуществляющие следующие функции:

• сбор ТС, ТИ, сигналов МФЗ, ОЗЗ от контроллеров ТП и РП;
• обработка логики САВС;
• горячее резервирование между основным и резервным коммуникационным сервером.

В результате обработки логики, САВС отправляет управляющие воздействия на контроллеры ТП/РП, контроллеры реклоузеров, выключателей нагрузки и др. устройств управления коммутационными аппаратами в сети. Все информационные сигналы о текущем режиме САВС передаются на верхний уровень.

Уровень III (верхний уровень - серверный) выполняется на базе SCADA-системы и обеспечивает выполнение следующих функций:

• серверные функции – обмен данными с устройствами среднего и нижнего уровня, консолидация, хранение, обработка полученных данных, а также поддержка стандартных интерфейсов и протоколов связи;
• функции операторской станции – визуализация состояния контролируемых и рассчитываемых параметров, отображения сигналов срабатывания аварийной и предупредительной сигнализации, обеспечения работы с накопленными архивами и журналами, осуществления функции автоматизированного управления;
• функцию тренажера диспетчера САВС контролируемого участка сети.

САВС реализует различные сценарии восстановления электроснабжения:

• восстановления питания отключенной нагрузки к одному источнику;
• деление нагрузки между источниками питания;
• восстановление питания наиболее приоритетной нагрузки.

Система позволяет учитывать различные критерии выбора оптимального сценария:

• пропускную способность линии,
• ограничение мощности питающих центров,
• количество необходимых переключений,
• уменьшение потерь электроэнергии в режиме восстановления,
• категорию надежности электроснабжения потребителя.

Пример работы САВС в сети с разветвленной топологией приведен на рисунке 1.

Рисунок 1. Однолинейная схема электрических соединений сети: а) в нормальном режиме; б) в режиме КЗ; в)  после работы САВС.

Действием релейной защиты произведено отключение на РП питающей линии при коротком замыкании (КЗ) на одной из линий. В результате работы САВС обнаружен и с помощью управляемого выключателя нагрузки локализован поврежденный участок линии, что позволило АВР восстановить питание неповрежденных секций распределительного устройства (РУ) [2].

При возникновении КЗ на одном из контролируемых присоединений устройства уровня передачи и обработки данных ЭНЛЗ фиксируют сигналы срабатывания ИТКЗ. События с присвоенной меткой времени передаются от ЭНЛЗ в устройство сбора данных ЭНКМ 3 и далее по протоколу МЭК 60870‑5-104 – на сервер сбора данных SCADA, установленный в диспетчерском пункте распределительных сетей [3].

Программный комплекс «ES-Граф» производит анализ состояния всех ИТКЗ на момент возникновения аварийной сигнализации в контролируемой сети методом перебора всех связанных пар датчиков начала и конца линии. Линия, на которой только в начале зафиксировано срабатывание ИТКЗ, выявляется как поврежденная с указанием поврежденных фаз (А, В, С). Аналогично путем анализа состояний ИТКЗ, установленных на всех отходящих от шин линиях, выявляются междуфазные КЗ на шинах РП и ТП.

Все работающие в системе устройства ЭНЛЗ непрерывно производят измерения токов нулевой последовательности (3I₀) в векторном виде (амплитуда и фазовый угол). Измерение производится посредством ДТНП. Измерение фазовых углов векторов токов 3I₀ производится с точностью 100 мкс относительно «базового» вектора, который имеет постоянную частоту 50 Гц и нулевой сдвиг фазы относительно начала астрономической секунды. Полученные таким образом измерения передаются двумя значениями (амплитуда и фазовый угол) в виде телеизмерений (ТИ) с присвоенной меткой времени на УСД ЭНКМ‑3. Далее УСД ЭНКМ‑3 передает полученные данные на сервер сбора данных SCADA (ОИК) по протоколу МЭК 60870-5-104.

Для функционирования системы определения аварийного участка се­ти при ОЗЗ дополнительно необходимо производить измерение напряжения 3U₀ в векторном виде аналогично токам 3I₀. Количество измерений напряжения 3U₀ равняется количеству секций шин всех центров питания распределительной сети. Измерение 3U₀ можно производить как на ПС, так и на РП, оборудованных измерительными трансформаторами напряжения (ИТН) с обмоткой 3U₀ (ра­зомкнутый треугольник).

Вся собираемая на объектах информация передается на сервер сбора данных диспетчерского пункта центра управления сетями (ЦУС), включая данные по учету электроэнергии (АИИС КУЭ) и параметры качества электроэнергии. Собранная с объектов информация подлежит хранению и предоставляется для текущего просмотра и ретроспективного анализа [4].

С 2016 г. на объектах пилотных участков сети внедряется система автоматического восстановления сети. САВС входит в состав комплексной системы Smart Grid («Умные сети») и предназначен для автоматизации и диспетчерского управления РС в нормальных и аварийных режимах. Система определяет поврежденный участок схемы, изолирует его и восстанавливает электроснабжение потребителей в течение одной минуты. В состав системы вошли контроллеры сбора информации на уровне присоединений РП/ТП, контроллеры обработки и передачи информации, а также оборудование для сбора, хранения и управления уровнем присоединения.

Для решения задач по надежности энергоснабжения, расширения сложных РС, увеличения нагрузок в перспективе, используется программный комплекс PSS®SINCAL (ПК). ПК является современным средством для решения ключевых вопросов надежности энергосистем, включающий комплексный анализ последствий аварийных нарушений, расчет каскадных аварий, расчеты вероятностных показателей надежности и пропускной способности, анализ устойчивости по напряжению, необходимые ресурсы реактивной мощности, а также оценку воздействия на энергосистему, анализ предельных ситуаций.

Практика внедрения автоматизации на объектах РС в Республике Татарстан показала, что благодаря внедрению Smart Grid наблюдается улучшение показателей надежности SAIFI и SAIDI. В таблице 1 представлены результаты расчета показателей надежности одного из филиалов АО «Сетевая компания» по состоянию на 2020 г.

Исходя из проведенного анализа показателей надежности, наибольший индекс SAIDI выявлен в РЭС-5 и составляет 430,1 мин/год. Минимальное значение индекса SAIDI по анализируемой сети 6-10 кВ составляет 127,6 мин/год и приходится на РЭС-2.

Таблица 1. Результаты расчета показателей надежности 2020 года.

Наименование РЭС		SAIFI, откл./год	SAIDI, мин\год
	РЭС-1	2,0	386,7
	РЭС-2	1,3	127,6
	РЭС-3	1,4	352,3
	РЭС-4	2,2	298,3
	РЭС-5	3,2	430,1
	Среднее значение	2,0	319,0

Наибольшее значение индекса SAIFI, равное 3,2 откл./год, наблюдается в РЭС-5. Среднее значение индекса SAIFI по анализируемой сети 6–10 кВ составляет 2,0 откл./год, SAIDI – 319,0 мин/год.

Благодаря внедрению «умных сетей» в распределительной сети филиала АО «Сетевая компания» в 2021 г., в сравнении с 2020 г., наблюдается улучшение показателей надежности SAIFI на 9 %, (SAIFI – 2,2 откл/год) и SAIDI на 5,8 % (SAIDI – 338,7 мин/год).

Для реализации программы по внедрению технологии САВС на объектах электрической сети в 2020 г. были произведены работы на 146 электросетевых объектах: реконструкция распределительных пунктов (РП) – 4 шт., реконструкция трансформаторных подстанций (ТП) – 103 шт. и строительство 39 участков кабельных линий электропередачи (КЛ) 6/10 кВ общей протяженностью 18 км.

Практика внедрения интеллектуальных электрических сетей доказала актуальность и необходимость применения технологий Smart Grid, где необходимость создания математической модели электрической сети играет основополагающую роль в осуществлении перехода к «умным сетям». Такой подход к развитию распределительных сетей соответствует требованиям национальной политики в сфере цифровизации энергетической отрасли Российской Федерации [5].

Таким образом, внедрение САВС в Республике Татарстан успешно реализуется и показывает отличные результаты по увеличению надежности работы электрических сетей.

Список литературы

1. Кузьмин, И. Самовосстановление в кабельных электрических сетях 6-10 кВ. / И. Кузьмин, Н. Магдеев, Г. Евдокунин, А. Брилинский, О. Грунина // Электроэнергия. Передача и распределение. - 2019. - Вып. S2(13). - С. 8-19.
2. Инженерный центр «Энергосервис» [Электронный ресурс]: http://enip2.ru/production/izmereniya/enip-2/.
3. Петров К.В., Попов А.И., Горячевский И.А., Пискунов С.А., Ульянов Д.Н., Юдин И.Н. Автоматизация распределительной сети с целью повышения надёжности электроснабжения потребителей // 92-е заседание семинара «Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики». Казань. Сент. 2020.
4. Мокеев А.В., Пискунов С.А., Ульянов Д.Н., Хромцов Е.И. Повышение эффективности и надежности систем управления, релейной защиты и автоматики цифровых понизительных подстанций и цифровых РЭС // 92-е заседание семинара «Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики». Казань. Сент. 2020.
5. Приказ Минэнерго России от 13 января 2003 г. №6 «Об утверждении Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей».