Реклоузер - Recloser

Часть серии по
Энергетика
Преобразование электроэнергии
Электроэнергетическая инфраструктура
Компоненты электроэнергетических систем
Четыре реклоузера на правой стороне подстанции

В распределения электроэнергии , автоматические выключатели повторного включения ( ACRS ) представляют собой класс распределительного устройства , которое предназначено для использования на воздушных распределительных электрических сетей для обнаружения и прерывания кратковременных неисправностей . Также известные как устройства повторного включения или автоматические повторные включения , ACR представляют собой автоматические выключатели с высоким номинальным напряжением со встроенными датчиками тока и напряжения и реле защиты., оптимизированный для использования в качестве средства защиты распределения воздушных сетей. Коммерческие ACR регулируются стандартами ANSI / IEEE C37.60, IEC 62271-111 и IEC 62271-200. Три основных класса рабочего напряжения: 15,5 кВ, 27 кВ и 38 кВ.

Для воздушных распределительных сетей большинство неисправностей являются кратковременными, такими как удары молнии , скачки напряжения или попадание посторонних предметов на открытые распределительные линии. По этой логике 80% сбоев могут быть устранены простой операцией закрытия. Реклоузеры предназначены для обработки короткого рабочего цикла «закрыто-открыто», когда инженеры-электрики могут дополнительно настроить количество попыток закрытия до перехода к стадии блокировки.

Реклоузеры были изобретены в середине 1900-х годов в США. Некоторые из первых реклоузеров были представлены Kyle Corporation в начале 1940-х годов. Реклоузеры изначально представляли собой маслонаполненные гидравлические устройства с элементарной механической защитой. Современные автоматические реклоузеры значительно более продвинуты, чем оригинальные гидравлические агрегаты. Появление в 1980-х годах электронных реле защиты на основе полупроводников привело к увеличению сложности, что позволило по-разному реагировать на различные случаи ненормальной работы или неисправности в распределительных сетях. Изоляция высокого напряжения и устройство прерывания в современных устройствах повторного включения обычно состоит из твердой диэлектрической изоляции с вакуумными прерывателями для прерывания тока и гашения дуги.

Реклоузеры часто используются в качестве ключевого компонента в интеллектуальной сети , поскольку они фактически представляют собой распределительное устройство с компьютерным управлением, которым можно дистанционно управлять и опрашивать с помощью SCADA или других средств связи . Эта возможность позволяет коммунальным предприятиям агрегировать данные о производительности своей сети и разрабатывать схемы автоматизации для восстановления питания. Эта автоматизация может быть распределенной (выполняется на уровне удаленного реклоузера) или централизованной (команды на закрытие и открытие, выдаваемые центральной диспетчерской, которые должны выполняться удаленно управляемыми ACR).

Описание

Реклоузер, установленный на сельском фидере

Чтобы предотвратить повреждение, каждая станция в сети защищена автоматическими выключателями или предохранителями, которые отключат питание в случае короткого замыкания . Это представляет собой серьезную проблему при работе с переходными событиями. Например, ветка дерева, оторвавшаяся от дерева во время урагана, попавшего на линию электропередачи, может вызвать короткое замыкание, которое может вызвать повреждение. Однако неисправность может быстро исчезнуть, когда конечность упадет на землю. Если единственная система защиты обеспечивается выключателями на распределительных подстанциях, большие участки распределительной сети могут быть отключены, пока ремонтные бригады сбрасывают выключатели. Реклоузеры запрограммированы на автоматизацию процесса сброса и позволяют применять более детальный подход к восстановлению услуг. В результате повышается доступность предложения.

Реклоузеры решают эту проблему путем дальнейшего разделения сети на более мелкие участки. Например, приведенный выше пример городской сети может быть оборудован реклоузерами в каждой точке разветвления сети. Реклоузеры, из-за их положения в сети выше по потоку, потребляют гораздо меньшую мощность, чем выключатели на фидерных станциях, и поэтому могут быть настроены на отключение на гораздо более низких уровнях мощности. Это означает, что единичное событие в сети отключит только секцию, обрабатываемую одним устройством повторного включения, задолго до того, как подающая станция заметит проблему.

Современные установки реклоузеров часто оснащены средствами связи SCADA, что позволяет удаленно управлять большинством реклоузеров персоналом в диспетчерской . Это позволяет повторно переключать сеть, поскольку операторы могут использовать информацию, предоставленную устройствами повторного включения в полевых условиях, для перенастройки распределительной сети, если в поле обнаружена неисправность, или для устранения проблем с потоком нагрузки . Дистанционное управление реклоузерами также экономит значительные эксплуатационные расходы , так как может снизить необходимость выезда полевых бригад на объект для сброса устройств, которые перешли в режим блокировки.

Autoreclosers выполнены в однофазных и трехфазных версий, а также использовать либо масло, вакуум , или SF 6 прерыватели. Элементы управления реклоузерами варьируются от оригинальных электромеханических систем до цифровой электроники с функциями измерения и SCADA . Номинальные характеристики устройств повторного включения находятся в диапазоне 2,4–38 кВ для токов нагрузки от 10 до 1200 А и токов короткого замыкания от 1 до 16 кА.

В трехфазной цепи устройство повторного включения более выгодно, чем три отдельных предохранителя . Например, при преобразовании звезды в треугольник, если на стороне звезды используются вырезы, и только 1 из 3 предохранителей размыкается, у некоторых потребителей на стороне треугольника будет состояние низкого напряжения из-за передачи напряжения через трансформатор. обмотки . Низкое напряжение может вызвать серьезное повреждение электронного оборудования. Но если был использован реклоузер, все три фазы откроются, устраняя проблему.

Принципы повторного закрытия

В то время как оригинальные конструкции гидравлических устройств повторного включения имели элементарные возможности защиты, современные устройства с полупроводниковым управлением обладают сложными системами управления, которые позволяют настраивать различные реакции на различные классы неисправностей в распределительной сети. Количество попыток повторного включения ограничено стандартами до четырех. Основная философия повторного включения состоит в том, чтобы активно рассматривать случаи неисправности и обеспечивать эффективное реагирование на основе типа неисправности, это делается на основе вероятностной методологии в сочетании с обнаружением типа неисправности.

Самый распространенный тип неисправности в воздушной распределительной сети - это удар молнии. Скачки молнии вызывают повышение напряжения, что может вызвать локальный пробой изоляции, привести к возникновению дуги на изоляторах. Реклоузеры могут обнаружить это как перегрузку по току или замыкание на землю (в зависимости от асимметрии замыкания). Грозовые перенапряжения проходят очень быстро (уменьшаются за 50 мс), поэтому первая операция повторного включения устройства повторного включения может быть настроена как на быстрое отключение, так и на быстрое повторное включение. Это первое повторное включение позволяет прервать дугу, вызванную молнией, но быстро восстанавливает питание.

Если АПВ замыкается на неисправность, вполне вероятно, что неисправность относится к вторичному классу неисправности, контакту с растительностью или отказу оборудования. Перегрузка по току будет указывать на замыкание между линиями класса, что может быть подтверждено максимальной токовой защитой обратной последовательности, в то время как замыкание на землю может указывать на замыкание линии на землю или двойной линии на землю. Реклоузеры могут затем применить политику сжигания предохранителей, при которой они остаются закрытыми в течение короткого периода, чтобы позволить предохранителям на боковых линиях сгореть, изолируя неисправность. Если неисправность не устранена, АПВ снова отключается. Эту же политику можно использовать для подачи энергии на места повреждения, чтобы устранить повреждение на линии. Это может быть ответвление, пересекающее несколько линий, или фауна (птицы, змеи и т. Д.), Соприкасающаяся с проводниками.

Чувствительная защита от замыканий на землю в устройствах повторного включения обычно устанавливается на немедленную блокировку. Такое обнаружение малых токов утечки (менее 1 ампера) в линии среднего напряжения может указывать на отказ изолятора, обрыв кабелей или соприкосновение линий с деревьями. Нет смысла применять повторное включение в этом сценарии, и передовой отраслевой практикой является не повторное включение при чувствительном замыкании на землю. Реклоузеры с чувствительной защитой от замыканий на землю, способные обнаруживать ток 500 мА и ниже, используются в качестве метода смягчения пожаров, поскольку они обеспечивают снижение риска возникновения пожара на 80%, однако они никогда не должны использоваться в качестве реклоузеров в этом приложении, только как распределенные одиночные импульсы. автоматические выключатели, которые позволяют с помощью чувствительности проверить наличие этих неисправностей.

Приложения

Традиционные устройства повторного включения были разработаны просто для автоматизации действий линейной бригады, посещающей удаленный распределительный узел, чтобы замкнуть сработавший автоматический выключатель и попытаться восстановить питание. Благодаря расширенным функциям защиты современных реклоузеров эти устройства используются во множестве дополнительных приложений.

заявка Методология Требования
Защита середины подачи Развертывание обычного реклоузера Обычный реклоузер
Снижение риска пожара Никакого повторного включения. Срабатывание защиты от Чувствительного замыкания на землю (Северная Америка) или Чувствительного замыкания на землю при токе 500 мА устраняет 80% риска возникновения пожара. Реклоузер с возможностью SGF / SEF при 500 мА
Автоматизация распределительной сети Smart Grid Централизованный или распределенный Централизованная автоматизация требует удаленной связи через SCADA или иным образом. Распределенную автоматизацию можно настроить на контроллере реклоузера.
Возобновляемое подключение Современные контроллеры реклоузеров используют синхронизатор ANSI 25, смещение нейтрального напряжения 59N, синхрофазоры, автосинхронизатор ANSI 25A и другие средства защиты по напряжению. Измерение напряжения на обеих сторонах реклоузера
Автоматические выключатели для подстанций Использование реклоузеров, установленных на подстанции, где пиковые токи короткого замыкания не превышают максимальной номинальной отключающей способности, обычно только на сельских подстанциях. Обычно максимальные токи замыкания на шину ниже 16 кА.
Защита однопроводной заземляющей сети Можно развернуть однофазный реклоузер. Топология проектирования сети SWER не приветствуется в современной электротехнике по соображениям безопасности, но из-за экономии средств она иногда используется. Однофазные реклоузеры могут использоваться для повышения безопасности на этих линиях. Однофазный реклоузер
Однофазные боковые стороны Однофазные отводы, выполненные в стиле североамериканской сети, используют сверхток в качестве основного элемента защиты. 3 однофазных блока могут быть объединены в «однофазную» схему, в которой однофазное повторное включение может использоваться для повышения надежности исправных фаз. Постоянные неисправности, как правило, представляют собой блокировку трех фаз, несмотря на возможность блокировки отдельных фаз, поскольку высок риск циркулирующих токов. Одиночный тройной реклоузер или однофазная система реклоузера
Защита мобильного горного оборудования Реклоузеры могут использоваться для защиты трехфазного горнодобывающего оборудования. Эти устройства иногда устанавливаются в передвижных киосках, которые можно перемещать по мере перемещения оборудования по горной площадке. Сложность конструкции защитного оборудования в этих приложениях снижается, поскольку устройства повторного включения включают в себя все средства защиты и управления, необходимые для выполнения данного приложения. Это снижает затраты на испытания и ввод оборудования в эксплуатацию. Реклоузер в формате установки киоска.

Автопереключатели в действии

Жилые потребители в районах, питаемых поврежденными воздушными линиями электропередач, иногда могут наблюдать действие автоматического повторного включения. Если неисправность затрагивает собственную распределительную цепь потребителя, они могут увидеть одно или несколько кратких, полных отключений, за которыми следует либо нормальная работа (поскольку автоматическое повторное включение успешно восстанавливает питание после устранения переходной неисправности), либо полное отключение обслуживания (как автоматическое повторное включение). исчерпывает свои попытки). Если неисправность связана с соседней цепью, заказчик может увидеть несколько кратких «провалов» (провалов) напряжения, поскольку сильный ток короткого замыкания протекает в соседнюю цепь и прерывается один или несколько раз. Типичным проявлением этого может быть провал или периодическое отключение домашнего освещения во время грозы. Действие автоматического повторного включения может привести к потере электронных устройств настроек времени, потере данных в энергозависимой памяти, остановке, перезапуску или повреждению из-за прерывания питания. Владельцам такого оборудования может потребоваться защита электронных устройств от последствий перебоев в подаче электроэнергии, а также скачков напряжения.

Секционализаторы

Реклоузеры могут взаимодействовать с последующими защитными устройствами, называемыми секционаторами, обычно с разъединителями или выключателями, оснащенными механизмом отключения, запускаемым счетчиком или таймером. Секционирующий преобразователь обычно не рассчитан на прерывание тока короткого замыкания, однако он часто имеет больший базовый уровень изоляции, что позволяет использовать некоторые секционирующие преобразователи в качестве точки изоляции. Каждый секционный выключатель обнаруживает и считает прерывания тока короткого замыкания устройством повторного включения (или автоматическим выключателем). После заранее определенного количества прерываний секционный выключатель откроется, тем самым изолируя неисправную секцию цепи, позволяя реклоузеру восстановить подачу питания на другие исправные секции. Некоторые современные контроллеры реклоузеров могут быть сконфигурированы так, чтобы реклоузеры работали в режиме секционирования. Это используется в приложениях, где пределы классификации защиты слишком малы, чтобы обеспечить эффективную координацию защиты между электрическими активами.

Пожарная безопасность и лесные пожары

Риск пожара - это врожденный риск воздушной распределительной сети. Независимо от выбора распределительного устройства защиты, риск возгорания при использовании воздушных проводов всегда выше, чем при использовании подземных сетей.

Королевская комиссия Виктории в связи с лесными пожарами 2009 года указала, что повторное включение должно быть отключено в дни с высоким риском лесных пожаров, однако в дни с низким уровнем риска его следует применять для надежности снабжения.

Неправильно настроенные устройства повторного включения или устройства повторного включения старой модели были причастны к возникновению или распространению лесных пожаров. Исследование лесных пожаров в «Черную субботу» в Австралии в 2009 году показало, что устройства повторного включения, работающие как однозарядные выключатели с чувствительной защитой от замыканий на землю, настроенной на ток 500 мА, снизят риск возникновения пожара на 80%. Любая форма повторного включения должна быть исключена в дни с высоким риском пожара, и повторное включение в целом не должно применяться к обнаруженным повреждениям чувствительного замыкания на землю.

Коммунальные предприятия викторианской эпохи отреагировали на Королевскую комиссию, преобразовав часть своей воздушной сети в зонах повышенного риска в подземный кабель, заменив открытые воздушные проводники изолированными кабелями и заменив старые устройства повторного включения на современные ACR с удаленной связью, чтобы гарантировать, что настройки могут быть отрегулированы в условиях сильного лесного пожара. дни риска.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ BM Weedy (1972), Электроэнергетические системы (изд.), London: John Wiley и Sons, стр. 26 , ISBN 978-0-471-92445-6
  2. ^ Томпсон, Стэн. «Авто-реклоузер - безопасность и минимизация простоев» . Передача и распределение, выпуск 1 2018 . Проверено 2 июля 2018 .
  3. ^ http://www.cooperindustries.com/content/public/en/power_systems/about_us/our_history.html
  4. ^ Ричард С. Дорф, изд. (1993), Справочник по электротехнике , Бока-Ратон: CRC Press, стр. 1319, ISBN 978-0-8493-0185-8
  5. ^ Эдвин Бернард Курц, изд. (1997), Справочник обходчика и кабеля (9-е изд.), Нью-Йорк: McGraw Hill, стр. 18–8–18–15, ISBN 978-0-07-036011-2
  6. ^ Уиллис, Х. Ли (2004). Справочник по планированию распределения электроэнергии . Marcel Dekker Inc. стр. 526 . ISBN 978-0824748753.
  7. ^ a b c d Марксен, доктор Тони (15 июля 2015 г.). «Испытания на проводимость растительности при возгорании» (PDF) . www.energy.vic.gov.au . Проверено 3 июля 2018 .
  8. ^ a b «Викторианская королевская комиссия по борьбе с лесными пожарами в Черную субботу в Австралии» (PDF) . royalcommission.vic.gov.au . Проверено 3 июля 2018 .
  9. ^ Исследование влияния работы защитных устройств на провал напряжения из-за неисправностей в распределительной сети | Мостафа Алинежад, Иман Сепехри, Сейед Эсмаил Нагиби и Мехрдад Ахмади Камарпошти | Международный журнал физических наук, том. 5 (17), стр. 2590-2597, 18 декабря 2010 г.
  10. ^ Курц, путевой обходчик и Справочник по кабельный монтер стр. 18-12.
  11. ^ Abiri-Jahromi, Амир; Фотухи-Фирузабад, Махмуд; Парвания, Масуд; Мослех, Мохсен (1 января 2012 г.). «Оптимизированная секционная стратегия размещения коммутаторов в распределительных системах». IEEE Transactions on Power Delivery . 27 (1): 362–370. DOI : 10.1109 / TPWRD.2011.2171060 . S2CID  47091809 .
  12. ^ «План смягчения лесных пожаров AusNet Services для распределительной сети электроэнергии» . www.ausnetservices.com.au .