Интелигентни трансформаторни подстанции

ЕлектроенергетикаТехнически статииСп. Енерджи ревю - брой 1, 2016

Динамиката на съвременния живот логично води до повишени очаквания по отношение на качеството на електрическата енергия. Увеличаващата се нужда от електричество, особено в развиващите се страни, и постоянните мерки по повод глобалното затопляне, са основните двигатели на развитието на възобновяемите източници на енергия в много държави. Едновременно с това се полагат големи усилия за намаляване на загубите на енергия, където това е възможно.

Увеличеният брой възобновяеми източници, присъединени в системата, на практика променят нейната структура. Изискванията към електроразпределението и следователно изискванията към мрежите средно и ниско напрежение нарастват постоянно.

Промяната на посоката на енергийните потоци, промяната на натоварването и колебанията на напрежението, които са резултат най-вече на бързо нарастващия брой непостоянни захранващи системи, като например фотоволтаични или биогазови инсталации и ветрогенераторни паркове, карат електропреносните мрежи да работят на пълен капацитет.

Увеличаващото се приложение на модерни енергоизточници, вариращите потоци на натоварване, дължащи се на децентрализираната електрозахранваща мрежа, която се поддържа от възобновяеми източници на енергия, и нарастващата нужда от информация поставят високи изисквания за откриване на повредите и за получаване на данни за работата на системата.

Нещо повече, дистанционното следене и управление могат значително да намалят времето, през което захранването е прекъснато, както и разходите, причинени от повредата в системата, като също така позволяват бързото й приспособяване в условията на постоянно променящо се натоварване.

Докато нарастващата нужда от увеличаване товаровите капацитети може да бъде покрита чрез разширяване на системата, ефектите, произлизащи от променливия характер на пренасяната енергия, колебанията на натоварването и ограниченият диапазон на напрежението, могат да бъдат разрешени само с т. нар. интелигентни решения.

Според специалисти, един от модулите на електропреносните мрежи на бъдещето е интелигентната трансформаторна подстанция, която позволява бърза автоматизирана реакция на повредите, като по този начин допринася за управлението на активните товари в електропреносните системи.

Осъществяването и експлоатацията на интелигентните електроснабдителни мрежи изискват използването на интелигентни компоненти на всяко ниво, които имат възможност да комуникират помежду си.

Разпределителна система с децентрализирано захранване

При системите средно напрежение най-често се използват кабелни системи с компактни трансформаторни подстанции ВН/НН. Към момента второстепенните трансформаторни подстанции не са включени в “автоматизираната система на подстанциите” и поради тази причина те не могат да бъдат наблюдавани и контролирани от разстояние.

Статистическите данни, предоставени от доставчиците на електрозахранване, отнасящи се до прекъсванията на захранването за крайния потребител показват, че в някои страни 80% от повредите са причинени от сривове в средноволтовата система. Индексът за средна продължителност на прекъсванията на мрежата (ИСППМ) описва общото времетраене на всички прекъсвания за крайния потребител, разделено на броя потребители. Според статистическите данни, типичното времетраене на прекъсванията в световен мащаб варират от 10 минути на година до часове, а дори и цели дни.

Тъй като второстепенните трансформаторни подстанции обикновено нямат оборудване за комуникация, което да ги свързва с контролните центрове, следенето за неизправности, както и дистанционното управление, на практика не са възможни. Това може да причини дълги прекъсвания на захранването и по този начин да ограничи до голяма степен надеждността и сигурността на захранващата мрежа.

Засичането на повредите се затруднява и от дългите разстояния до големите второстепенни трансформаторни подстанции. Процедурата по отстраняване на повредите изисква много време и многоброен персонал. Съвкупността от фактори носи големи финансови загуби на електродружеството, което обуславя сериозната нужда от интелигентни решения.

Изисквания към интелигентните трансформаторни подстанции

Освен възможността за постоянно наблюдение на състоянието на мрежата чрез използване на обособени за тази цел сензори, центровете в мрежата трябва да използват и задвижващи устройства, които да позволят изпълнението на алгоритми за автономен контрол на локално ниво. Същевременно, те трябва да управляват централно мрежата в зоната, която ще захранват с енергия. За мрежовите оператори това ще бъде възможност за по-бързо елиминиране на повредите в системата и за намаляване на времето, през което системата не работи.

Създадените вече модерни интелигентни трансформаторни станции позволяват рентабилното интегриране на интелигентни компоненти за подстанциите, както и технологии за измерване и телеуправление като например:

• регулируеми по напрежение разпределителни трансформатори;

• комутационни системи СН с модули за наблюдение и телеуправление;

• разпределителни системи ниско напрежение с модули за наблюдение и телеуправление;

• комуникационни интерфейси в подстанцията;

• връзка с контролния център на електрозахранващата мрежа чрез оптични кабели, интернет връзка по захранващата мрежа, GSM, универсална мобилна телекомуникационна система (3G) и др.

Интелигентни трансформаторни подстанции

Една интелигентна трансформаторна подстанция се разделя на 3 нива: Ниво 1 е наблюдението, което позволява по-висока разполагаемост на електрозахранването и по-бързо локализиране на повредите; на ниво 2 се намира дистанционното управление, което намалява времетраенето на повредите и позволява бързото им отстраняване; и ниво 3 представлява контрол на натоварването, който намалява загубите и позволява управление на децентрализирания запас от енергия.

Главните превключватели (ГП) са основата на една интелигентна трансформаторна подстанция. В зависимост от крайната цел се използват различни компоненти за наблюдение и контрол:

• Системата за следене на напрежението показва дали захранващите линии работят.

• Индикаторите за късо съединение/повреда при заземяването сигнализират за повреди в съответствие със зададения праг на задействане. В зависимост от структурата на мрежата и от потока на енергията може да се наложи използването на устройства, които засичат посоката на енергията, като те ще се нуждаят от адекватна допълнителна информация за напрежението.

• За защита на трансформаторите се използват защитни системи, които предпазват от свръхтокове.

• Достъпни са и допълнителни превключватели, например за индикация на позицията, блокировки, изтичане, налягане на газа.

• Налични са и резервирани механизми, работещи със соленоиди, които могат дистанционно да бъдат отваряни и затваряни.

• Сензорите за напрежение и ток предават сигнала на напрежение и ток с цел контрол на натоварването. Тези сигнали се получават чрез стандартни токови или напрежителни трансформатори или модерни сензори.

Устройството за дистанционно управление (УДУ) изпълнява две основни задачи: от една страна осигурява сигнали, измерени стойности и информация от трансформаторната подстанция с цел комуникация с центъра за дистанционно управление на мрежата. От друга страна, устройството за дистанционно управление предава нужните команди към задвижващите устройства и следи изпълнението им.

Изискванията за връзка чрез интерфейс с кабелна връзка между ГП и УДУ устройствата са важни поради няколко причини:

• Лесен монтаж на устройството за дистанционно управление в подстанциите.

• Използването на един и същ модул за нови и стари подстанции.

• Лесна смяна в случай на поява на нова усъвършенствана технология или повреда.

УДУ се проектира и произвежда от производителя на комутационната апаратура или от електроцентралата. Основните негови компоненти са:

• Основен модул на устройството за дистанционно управление с допълнителни модули за разширение при нужда.

• Модул за комуникация.

• Акумулатор или кондензатор за съхранение на енергия.

• Нисковолтово оборудване като прекъсвач и превключвател.

Модерните устройства за дистанционно управление могат да се разширяват чрез модули. Те притежават няколко интерфейса за комуникация и са проектирани и тествани за работа в тежките условия в една подстанция.

Компонентите на една интелигентна трансформаторна подстанция изискват надежден допълнителен източник на напрежение. Така ако тя спре да работи, компонентите на системата продължават да се захранват от резервен източник на енергия, като това може да продължи от няколко минути до два часа. Количеството на енергията зависи главно от това колко мощност е нужна за работата на устройството за дистанционно управление и на комуникационните модули. За резервни източници на енергия се използват най-често стандартни акумулатори или суперкондензатори.

Комуникация на ниво управление

Комуникацията между УДУ/трансформаторната подстанция и контролния център може да се осъществи по няколко начина - чрез мрежови кабели (например Ethernet TCP/IP), оптични кабели или чрез безжична връзка (например GSM/GPRS). В контролния център информацията се обработва и ако е нужно, се изпращат команди обратно към устройството за дистанционно управление.

Планирането, проектирането и поддръжката на интелигентна електроснабдителна мрежа са трудни задачи пред електроразпределителните компании. Способността безпроблемно да бъдат интегрирани сензори, задвижващи устройства, комуникационни системи и такива за обмяна на информация във вече съществуващата инфраструктура значително намалява тези предизвикателства.

Интелигентните трансформаторни подстанции, оборудвани с комутационна апаратура, трансформатори, устройства за защита и за дистанционно управление, както и автоматизирани решения, повишават надеждността на захранващите устройства.

Интелигентни трансформаторни подстанции в модерната електропреносна мрежа

В бъдеще трансформаторните подстанции ще се превърнат в ключова част от електропреносната мрежа. Те позволяват:

• Управление на захранващата мрежа ниско напрежение чрез работа с метрични данни, компенсация на реактивната мощност и на хармониците, регулиране на разпределителния трансформатор, както и координацията на захранването и товара.

• Следене и контрол на трансформаторната подстанция в средноволтовия обхват за откриване на повреди и автоматично възстановяване на електрозахранването.

• Осигуряване и предаване на измерените стойности и показанията от системите средно и ниско напрежение.

Главните предпоставки за работата на интелигентните захранващи мрежи са наблюдението и контролът на възможно най-много елементи от мрежата. Основата за това е една надеждна телекомуникационна инфраструктура. Тази телекомуникационна инфраструктура при мрежите средно и ниско напрежение обикновено е многофазна.

Най-подходящите технологии за реализацията й се определят от структурата на района (голям град, селски район, отдалеченост), крайните изисквания на регулатора (предавана мощност, наличност на честотни ленти и свързани лицензи), както и приложенията, за които ще се използва. Затова те трябва индивидуално да бъдат фиксирани според нуждите на всеки клиент и за всички възможни приложения.

В повечето случаи могат да бъдат използвани следните телекомуникационни технологии:

• оптични или медни кабели;

• широколентови/високоскоростни системи за връзка по електрическите кабели;

• частни безжични мрежи (например WiMAX);

• обществени безжични мрежи.

Основните предпоставки за успешната работа са осигурен договор за стабилна комуникационна връзка, дори и в случай на повреди и липса на електрозахранване, и ниски разходи за прехвърляне на данни в междумашинни връзки (М2М).

Нарастващата нужда от надеждна електрическа енергия и постигането на целите за опазване на климата насърчават използването на възобновяеми източници на енергия в системите средно и ниско напрежение. Поддържането на необходимото качество на енергията и на стабилността на захранващата мрежа изискват активна електропреносна система, оборудвана с интелигентни трансформаторни подстанции.

Възможните мерки, които се предприемат, за да се удовлетворят тези изисквания, варират от просто следене на състоянието на мрежата до дистанционно управление на натоварването. Те са различни в отделните държави и за различните компании. Съществуват разнообразни варианти - от “нулев контрол” до пълно дистанционно управление на трансформаторните подстанции. Основните двигатели са стимулиращи системи за намаляване на времето, през което е прекъснато електрозахранването, както и необходими мерки за осигуряване на качествено напрежение.

В момента методът на засичане на повреди чрез следене и дистанционно управление, реализирано посредством изместване на отворената изолационна точка с помощта на разединител, набира популярност. Използването на инвертори за подобряване на качеството на електроенергията при възобновяемите източници като ветропаркове и фотоволтаични системи ще нараства в бъдеще. Нещо повече, експертите прогнозират използването на разпределителни трансформатори със стъпални регулатори в критичните точки на системата за електроразпределение.


Top