Надежность оборудования.
Средства улучшения качества обслуживания (в смысле поставки электроэнергии) можно сгруппировать, учитывая их назначение:
сделать аварии более редкими; при этом речь идет, с одной стороны, об улучшении конструкции оборудования и его профилактическом ремонте, с другой стороны, о предохранении оборудования от последствий аварий;
ограничить во времени и в пространстве перерывы в электроснабжении (минимизировать общую стоимость отключенных киловатт-часов).
Чтобы число аварий было меньше, оборудование должно «бесконечно» выдерживать (т. е. без предварительного старения) нормальные условия работы и выдерживать отклонения от нормальных условий, например при:
коротких перенапряжениях, вызываемых ударами молнии или переключениями, осуществляемыми выключателями (откуда следует необходимость проведения диэлектрических испытаний и испытаний под «импульсным напряжением»);
сверхтоках, вызываемых аварийными токами (отсюда следует важность опытов короткого замыкания для трансформаторов и испытание на сверхтоки различных электротехнических аппаратов).
Но необходимо также систематическое техническое обслуживание оборудования. Для элементов системы, которые находятся под напряжением, работы по обслуживанию осуществляются только:
или при отключении элемента от сети, что вызывает в радиальных сетях перерывы в электроснабжении;
или специальными методами, обеспечивающими проведение работ под напряжением.
Чтобы предохранить оборудование, не затронутое аварией, необходимо изолировать от остальной сети поврежденный аппарат, участок линии или кабеля, отключив выключатель. Необходимо разделить сеть на секции не слишком маленькие (чтобы ограничить расходы), но и не слишком большие (чтобы обеспечить достаточную селективность). Эта задача наиболее трудно решается для радиальных сетей, где отключение выключателя вызывает перерыв питания у некоторых потребителей. Отсюда следует вывод о необходимости установки не только выключателей на линиях, отходящих от подстанций и питающих сеть СН, но и разъединителей (выключателей) в сети, например в начале линии, пересекающей трудную зону (лес, зону, подверженную грозам, и т. д.), таким образом, чтобы в случае необходимости локализовать эту зону.
Выключатели необходимо отключать как можно быстрее, чтобы ограничить нагрев аппаратов, по которым протекает ток к.з. Поэтому уже давно отключение производится автоматически, причем быстродействие непрерывно увеличивается.
Быстродействие, однако, может быть и неудобством. Например, аварию можно отключить так быстро, что невозможно будет обнаружить ее следы. В частности, в кабельных сетях для «освобождения» от аварий и локализации их иногда приходится проводить повторные включения на короткое замыкание.
В распределительных сетях используется большая гамма предохранителей для локализации пораженного участка сети. Некоторые страны, например США и Великобритания, продолжают использовать цепи со значительным числом последовательно включенных предохранителей, что создает трудности в их координации. Во Франции существует тенденция к отказу от предохранителей, поскольку их трудно регулировать, а замена требует много времени. В сетях СН предохранители оставляют только для того, чтобы обеспечить отключение трансформаторов СН/НН большой мощности, если возникнет авария внутри них. В сетях НН, где предохранители дешевле, они продолжают использоваться на линиях, отходящих от подстанций, расположенных в сельских зонах.
Ограничение протяженности перерывов питания.
Всякое отключение выключателя приводит радиальные сети к потере некоторого числа потребителей, а замкнутые сети — к их ослаблению и большой уязвимости при повторной аварии.
Аварии становятся наиболее серьезными при повреждениях:
оборудования на подстанции (трансформатора, сборных шин, выключателя), поскольку при этом отключается источник питания;
на установках в сети (их повторное включение требует перед подачей напряжения, которое было снято, длительной проверки).
Этим ограничивается протяженность отключаемой сети.
Выбирать структуру сети следует так, чтобы можно было легко возобновить питание от другого источника (кольцевые сети с плотной нагрузкой типа городских сетей СН и НН).
Выбор схем подстанций передающих и распределительных сетей и типов используемых систем сборных шин обусловлен требованиями обеспечения набросов потребительской нагрузки. При этом применяются следующие системы сборных шин (рис. 5.6):
сложная система сборных шин (тройные) предусматривает, что каждая из линий присоединяется к подстанции с помощью выключателя, за которым следуют три параллельно соединенных секционных разъединителя (так называемых «разделительных разъединителей»), позволяющих подключать линию на одну из систем сборных шин.
Каждая система шин питается от своего трансформатора. Распределение нагрузок между трансформаторами как в нормальном, так и в аварийном режимах оказывается весьма гибким в этой системе, но она стоит дорого;
Рис. 5.6. Различные типовые схемы питающих подстанций сетей:
а — участок тройной системы шин: 1 — трансформаторы; 2 — масляные выключатели;. 3 — отделители; 4 — отходящие линии; 6 — система замкнутых сборных шин (сеть 60 кВ г. Чикаго); в — простая система шин с выкатными выключателями
кольцевая система сборных шин: в ней выключатели размещены последовательно в замкнутом кольце сети, каждая из линий которой присоединяется к определенному ее участку с помощью разъединителя.
При аварии на линии два выключателя, расположенных по обеим сторонам соответствующего участка системы сборных шин, отключаются; при этом другие линии обеспечивают питание потребителя. Часто на таких сборных шинах меняют местами участки, присоединенные к линии, и участки, соединенные с трансформатором;
секционируемая простая система шин питается от двух трансформаторов, каждый из которых работает на свою половину системы сборных шин.
В случае аварии на одном из них всю нагрузку берет на себя другой после замыкания шинного разъединителя. Эта система — наиболее простая. Ее предпочитают главным образом на подстанциях ВН/СН Э де Ф, оборудованных выкатными ячейками, которые создают надежность и простоту переключений, необходимых для компенсации чрезвычайной простоты принятой схемы.
Подстанции позволяют осуществлять схемы сетей, обеспечивающих лучшую надежность. Ответственность за обеспечение этой надежности несет диспетчерский пункт, который должен:
следить за тем, чтобы в любой момент времени был возможен перевод нагрузки с какой-либо линии на соседние с ней линии, поскольку это осуществляется автоматически при появлении аварии;
предусматривать, если это станет необходимым, какие из нагрузок должны быть отключены и каким образом сеть должна быть разделена на несколько частей так, чтобы каждая из них оставалась стабильной; это разделение на части может осуществляться вручную или автоматически;
дать команду персоналу о переключениях в случае аварии, которые должен осуществить персонал подстанций с целью ограничения последствий аварии и восстановления параллельной работы при распаде системы.
Уменьшение продолжительности отключений.
Для управления включением и отключением выключателей используются автоматические защитные устройства, называемые реле защиты или, короче, защитой. Реле защиты состоит из нескольких органов:
измерительного органа, измеряющего характеристическую величину и сравнивающего ее с величиной некоторого порога; характеристической величиной часто являются ток или комбинация величин активной мощности, реактивной мощности, фазы тока или напряжения, кажущегося полного сопротивления (индуктивности или активного сопротивления);
органа выдержки времени, позволяющего или достичь самоустранения аварии, или координировать работу многих защитных устройств, которые должны срабатывать последовательно одно за другим;
управляющего органа, осуществляющего автоматическое управление выключателями.
Во всех сетях получило распространение автоматическое повторное включение (АПВ), так как оно позволяет возобновлять снабжение электроэнергией каждый раз, когда короткое замыкание самоликвидируется (т. е. около 8 раз из 10). АПВ может быть:
однофазным, проходящим незамеченным для большинства потребителей;
трехфазным, при этом система автоматики более проста, поскольку не надо автоматически выявлять аварийную фазу;
мгновенным (длительность менее 0,3 с), обеспечивающим возможно быстрое восстановление нормальной работы;
медленным (от 2 до 20 с), дающим возможность закончиться авариям, самоликвидация которых требует промежутка времени в несколько секунд.
При построении автоматических устройств существенное значение имеют связи между нейтралью сети и землей (как говорят, положение нейтрали по отношению к земле):
заземление нейтрали непосредственно или через активное сопротивление облегчает селективность и чувствительность при обнаружении повреждения, но при этом ток однофазного короткого замыкания, который часто трудно обнаружить, увеличивается;
изоляция нейтрали от земли или заземление ее через дугогасящую катушку сводит практически ток аварии к нулю, если ток является однофазным (дугогасящая катушка рассчитывается так, чтобы точно компенсировать реактивную составляющую тока, потребляемого сетью; она удерживает нейтраль в центре треугольника напряжений).
В сетях сверхвысокого напряжения нейтраль заземлена, но необходимо ограничивать число заземлений (с тем чтобы ограничить токи в линиях министерства связи).
Автоматические устройства, используемые для обеспечения защиты сетей, получили свое развитие с давних времен. Они продолжают постоянно обновляться, а число их в сетях продолжает увеличиваться.
