Способ регулирования передаваемой мощности в распределительных сетях Российский патент 2023 года по МПК H02J3/06 H02J3/24 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования количества мощности в распределительной сети в условиях утяжеленного режима работы элементов системы передачи и распределения электроэнергии.

Известен способ управления автоматической частотной разгрузкой (АЧР) в силовой распределительной сети электроснабжения (патент RU №2665033, публ. 27.08.2018 МПК H02J13/00, H02J3/08), согласно которому в процессе АЧР и последующего частотного автоматического повторного включения (ЧАПВ) переводят коммутацию сетевых электроприемников с уровня 6-10 кВ на уровень 0,4 кВ с возможностью сохранения в работе наиболее приоритетных, команды от устройства АЧР на отключение и ЧАПВ электроприемников 0,4 кВ воспринимают счетчиками учета электроэнергии автоматизированных информационно-измерительных систем контроля и управления энергопотребления (АИИСКУЭ) и через их управляющие контакты коммутируют питающие цепи электроприемников 0,4 кВ, при этом команду на отключение электроприемников 0,4 кВ формируют с помощью передатчика микропроцессорного устройства релейной защиты и автоматики и передают в сеть в форме провала питающего напряжения заданной длительности путем отключения-включения фидера 6-10 кВ. Команду на ЧАПВ отключенных электроприемников 0,4 кВ формируют с помощью оборудования, размещенного в шкафу АИИСКУЭ общеподстанционного контроля, а также сервера базы данных, установленного на пункте управления участками электрической сети, и передают посредством группировки модемов по сети дистанционного сбора данных и управления счетчиками учета электроэнергии на все комплектные трансформаторные подстанции и главные распределительные щиты данного фидера.

Недостатком настоящего технического решения является избыточная разгрузка распределительной сети за счет отключения всех групп потребителей.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ регулирования передаваемой мощности в распределительных сетях, описанный в патенте на полезную модель №151734 «Устройство регулирования передаваемой мощности в распределительных сетях при дефиците мощности в энергосистеме» (публ. 10.04.2015, МПК H02J3/06), согласно которому контролируют свободную мощность на опорной подстанции энергосистемы, информацию о количестве свободной мощности передают на регулятор уставки, которым формируют значение тока уставки на отключение распределительной линии, при этом измеряют значение тока в токопроводящей части распределительной линии и сравнивают его со значением тока уставки (регулятора уставки), при этом в случае равенства значения тока в распределительной линии и тока уставки -подают сигнал на отключение необходимого количества очередей неприоритетной нагрузки, а при уменьшении значения тока в распределительной линии ниже тока уставки, осуществляют обратный процесс подключения неприоритетной нагрузки.

Недостатком настоящего технического решения является неэффективность данного способа регулирования нагрузки в условиях достаточного количества мощности в энергосистеме и перегрузки элементов.

Технической задачей предлагаемого изобретения является предотвращение принудительного отключения защитными аппаратами перегруженных элементов сети и части потребителей в условиях достаточного количества мощности в энергосистеме и возможной перегрузки элементов.

Технический результат заключается в повышении надежности электроснабжения конечных потребителей за счет оптимального регулирования нагрузки.

Это достигается тем, что в известном способе регулирования передаваемой мощности в распределительных сетях, согласно которому контролируют свободную мощность на опорной подстанции энергосистемы и при наличии свободной мощности в энергосистеме разрешают работу распределительной воздушной линии в возможном утяжеленном режиме, осуществляют непрерывное измерение текущей токовой загрузки распределительной воздушной линии и формируют значение тока уставки на отключение распределительной воздушной линии, значение тока уставки на отключение распределительной воздушной линии формируют на основе значения текущей токовой загрузки распределительной воздушной линии, а также данных о ее материале, сечении провода, типе изоляции, остаточном сроке эксплуатации и наружной температуре воздуха по максимально допустимому значению тока в токопроводящей части линии, также осуществляют непрерывное измерение текущей токовой загрузки силового трансформатора и распределительной кабельной линии, при этом на первом уровне класса напряжения 10 кВ и выше измеряют значение тока в распределительной воздушной линии и, исходя из полученного значения тока, определяют предварительную токовую загрузку силового трансформатора, на основе предварительной токовой загрузки силового трансформатора и данных о его материале, сечении токопроводящей части выводов, типе изоляции, остаточном сроке эксплуатации и наружной температуре воздуха формируют уставку на отключение очереди неприоритетных нагрузок для разгрузки силового трансформатора по максимально допустимому значению тока на выводах силового трансформатора, далее на низкой стороне силового трансформатора измеряют значение тока на его выводах и, исходя из полученной в ходе измерения величины тока, определяют предварительную токовую загрузку распределительных кабельных линий, на основе значения тока на выводах силового трансформатора, предварительной токовой загрузки распределительных кабельных линий и данных об их материале, сечении провода, типе изоляции, остаточном сроке эксплуатации и наружной температуре воздуха формируют значение тока уставки на отключение очереди неприоритетных нагрузок для разгрузки кабельных линий по максимально допустимому значению тока в распределительной кабельной линии, при этом непрерывно измеряют значения токов в распределительной линии, на выводах силового трансформатора и в распределительной кабельной линии и сравнивают их с соответствующими сформированными уставками, и в случае равенства или превышения значения тока в распределительной воздушной линии, на выводах силового трансформатора или в распределительной кабельной линии выше значения их тока уставки, отключают очередь неприоритетной нагрузки соответствующего элемента сети, а при уменьшении значения тока в распределительной воздушной линии, на выводах силового трансформатора или в распределительной кабельной линии ниже значения их тока уставки, осуществляют обратное подключение неприоритетной нагрузки соответствующего элемента сети.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен комплекс устройств, реализующий предлагаемый способ регулирования передаваемой мощности в распределительных сетях, установленный в системе передачи и распределения электроэнергии 10/0,4 кВ, на фиг. 2 представлены каналы связи устройств указанного комплекса.

Комплекс устройств, реализующий способ регулирования передаваемой мощности в распределительных сетях, содержит устройство повышения пропускной способности воздушной линии (УППС) 1, установленное на распределительной воздушной линии 2, подключенной с одной стороны к опорной подстанции энергосистемы 3, содержащей блок контроля свободной мощности 4. К распределительной воздушной линии 2 с другой стороны подключен силовой трансформатор 5, на котором установлено устройство защиты силового трансформатора (УЗСТ) 6. К силовому трансформатору 5 подключена распределительная кабельная линия 7, на которой установлено устройство защиты кабельных линий (УЗКЛ) 8, выполненное с возможностью подключения приоритетной 9 и неприоритетной 10 нагрузки.

Каждое из устройств - УППС 1, УЗСТ 6 и УЗКЛ 8 содержит собственный блок учета параметров 11, каждый из которых соединен каналом связи 12 с блоком контроля свободной мощности 4 опорной подстанции энергосистемы 3.

УППС 1, УЗСТ 6 и УЗКЛ 8 соединены между собой каналами GSM-связи 13.

Блок учета параметров 11 УППС 1 выполнен с возможностью приема и записи вводимых оператором данных о материале и сечении провода, типе изоляции и остаточном сроке эксплуатации распределительной воздушной линии 2.

Также он выполнен с возможностью измерения текущей токовой загрузки распределительной воздушной линии 2 посредством датчика тока и получения информации о наружной температуре воздуха.

Блок учета параметров 11 УЗСТ 6 выполнен с возможностью приема и записи вводимых оператором данных о материале, сечении токопроводящих частей, типе изоляции и остаточном сроке эксплуатации вводов силового трансформатора 5.

Также он выполнен с возможностью измерения текущей токовой загрузки силового трансформатора 5 посредством датчика тока и получения информации о наружной температуре воздуха.

Блок учета параметров 11 УЗКЛ 8 выполнен с возможностью приема и записи вводимых оператором данных о материале и сечении провода, типе изоляции и остаточном сроке эксплуатации распределительной кабельной линии 7.

Также он выполнен с возможностью измерения текущей токовой загрузки распределительной кабельной линии 7 посредством датчика тока и получения информации о наружной температуре воздуха.

Блоки учета параметров 11 устройств УППС 1, УЗСТ 6 и УЗКЛ 8 на основе вводимых оператором данных и полученных в текущий момент времени значений токовой загрузки и наружной температуры воздуха соответственно распределительной воздушной линии 2, силового трансформатора 5 и распределительной кабельной линии 7 выполнены с возможностью формирования значения тока уставки на отключение, соответственно, распределительной воздушной линии 2, силового трансформатора 5 и распределительной кабельной линии 7 по максимально допустимому значению тока в токопроводящей части соответствующих элементов сети.

УППС 1, УЗСТ 6 и УЗКЛ 8 содержат, в том числе, компараторы для сравнения текущего значения тока в распределительной воздушной линии 2, силовом трансформаторе 5, распределительной кабельной линии 7 и сформированного блоками учета параметров 11 указанных устройств 1, 6, 8 тока уставки.

Способ регулирования передаваемой мощности в распределительных сетях осуществляется следующим образом.

В блок учета параметров 11 УППС 1 на этапе установки эксплуатирующим персоналом задаются данные о материале и сечении провода, типе изоляции и остаточном сроке эксплуатации распределительной воздушной линии 2.

В блок учета параметров 11 УЗСТ 6 на этапе установки эксплуатирующим персоналом задаются данные о материале, сечении токопроводящих частей, типе изоляции и остаточном сроке эксплуатации вводов силового трансформатора 5.

В блок учета параметров 11 УЗКЛ 8 на этапе установки эксплуатирующим персоналом задаются данные о материале и сечении провода, типе изоляции и остаточном сроке эксплуатации распределительной кабельной линии 7.

Контролируют свободную мощность на опорной подстанции энергосистемы 3 путем подачи сигнала с блока контроля свободной мощности 4 по каналу связи 12 о наличии свободной мощности в энергосистеме 3 на блок учета параметров 11 УППС 1, тем самым разрешая работу распределительной воздушной линии 2 в возможном утяжеленном режиме.

УППС 1, УЗСТ 6, УЗКЛ 8 осуществляют непрерывное измерение датчиками тока значения текущей токовой загрузки распределительной воздушной линии 2, силового трансформатора 5 и распределительной кабельной линии 7, а также получают информацию о наружной температуре воздуха указанных элементов сети.

При помощи блока учета параметров 11 УППС 1, на основе его данных о материале, сечении провода, типе изоляции и остаточном сроке эксплуатации распределительной воздушной линии 2, а также о текущей токовой загрузке распределительной воздушной линии 2 с учетом наружной температуры воздуха, формируют значение уставки на отключение распределительной воздушной линии 2 по максимально допустимому значению тока в токопроводящей части линии. Максимально допустимое значение тока в токопроводящей части линии зависит от параметров распределительной воздушной линии (материал провода, тип изоляции, сечения токопроводящей части) и определяется путем корректировки стандартного значения допустимой токовой нагрузки из таблицы 1.3.3 ПУЭ с учетом текущей температуры окружающей среды по формуле

где W_л - коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием,

W_к - коэффициент теплоотдачи конвекцией,

R_t - сопротивление провода при текущей температуре, Ом/м;

Δt - разность температур (расчетной и текущей окружающей среды).

Максимально допустимое значение тока удовлетворяет условиям механической прочности линии, а именно - допустимой руководящими документами стреле провиса провода.

На первом уровне класса напряжения 10 кВ и выше измеряют посредством датчика тока значение тока в распределительной воздушной линии 2 и определяют предварительную загрузку силового трансформатора 5, сигнал о значении которой передают посредством канала GSM-связи 13 на блок учета параметров 11 УЗСТ 6, в котором на основе значения тока в распределительной воздушной линии 2, предварительной загрузки и данных о материале, сечении токопроводящих частей, типе изоляции, остаточном сроке эксплуатации с учетом наружной температуры воздуха силового трансформатора 5 формируют уставку на отключение очереди неприоритетных нагрузок для разгрузки силового трансформатора 5 по максимально допустимому значению тока на выводах силового трансформатора. Максимально допустимое значение тока на выводах силового трансформатора 5 зависит от параметров силового трансформатора 5 (сечения и материала токопроводящей части выводов, типа изоляции и охлаждения трансформатора, типа и количества обмоток) и определяется из графиков нагрузочной способности трансформаторов, задаваемых таблично или графически. Коэффициент перегрузки задается в зависимости от среднегодовой температуры воздуха, вида охлаждения и мощности трансформаторов, коэффициента начальной нагрузки и продолжительности двухчасового эквивалентного максимума нагрузки.

Далее на низкой стороне силового трансформатора 5 измеряют посредством датчика тока значение тока на его выводах и определяют предварительную загрузку распределительной кабельной линии 7, сигнал о значении которой передают посредством канала GSM-связи 13 на блок учета параметров 11 УЗКЛ 8, в котором на основе значения тока на выводах силового трансформатора 5, предварительной загрузки и данных о материале, сечении токопроводящих частей, типе изоляции, остаточном сроке эксплуатации с учетом наружной температуры воздуха распределительной кабельной линии 7 формируют значение тока уставки на отключение очереди неприоритетных нагрузок для разгрузки распределительной кабельной линии 7 по максимально допустимому значению тока в распределительной кабельной линии 7.

Максимально допустимое значение тока в распределительной кабельной линии 7 зависит от параметров кабельной линии (сечение токопроводящей части, материал жилы, тип изоляции) и определяется путем корректировки стандартного значения допустимой токовой нагрузки из таблицы 1.3.4-1.3.11 ПУЭ с учетом изменений условий прокладки кабельной линии (температуры окружающей среды, число проложенных в траншее рабочих кабелей, сечение кабеля и его месторасположение при прокладке в блоке) по следующей формуле:

I_д=К_пI_нд

где I_нд - допустимая длительная токовая нагрузка на провод, кабель или шину при нормальных условиях прокладки, А;

К_п - поправочный коэффициент, учитывающий изменения условий прокладки проводов и кабелей и равный произведению отдельных поправочных коэффициентов.

При этом непрерывно измеряют значения токов в распределительной воздушной линии 2, на выводах силового трансформатора 5 и в распределительной кабельной линии 7 и сравнивают с помощью компаратора данные значения с соответствующими сформированными блоками учета параметров 11 уставками.

В случае равенства или превышения значения тока в распределительной воздушной линии 2, на выводах силового трансформатора 5 или в распределительной кабельной линии 7 выше значения их тока уставки, отключают очередь неприоритетной нагрузки 10 соответствующего элемента сети.

При уменьшении значения тока в распределительной воздушной линии 2, на выводах силового трансформатора 5 или в распределительной кабельной линии 7 ниже значения их тока уставки, осуществляют обратное подключение неприоритетной нагрузки 10 соответствующего элемента сети.

Предлагаемый способ регулирования передаваемой мощности в распределительных сетях позволяет избежать перегрузки электросетевого оборудования на более низких классах напряжения в случае достаточной пропускной способности элементов сети более высоких классов напряжения за счет регулирования в реальном времени значения их уставок с учетом их предварительной токовой загрузки и параметров проводников (материала, сечения токопроводящих частей, типа изоляции, остаточного срока эксплуатации), а также температуры окружающей среды, что позволяет выявить очередь на отключение неприоритетной нагрузки.

Использование изобретения позволяет повысить надежность электроснабжения конечных потребителей вследствие оптимального регулирования нагрузки за счет оставления в работе перегруженных элементов сети и части потребителей в условиях достаточного количества мощности в энергосистеме и возможной перегрузки элементов исходя из максимально допустимого значения тока в токопроводящей части элементов сети.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в повышении надежности электроснабжения конечных потребителей. В способе регулирования передаваемой мощности в распределительных сетях, значение тока уставки на отключение распределительной воздушной линии (ВЛ) формируют на основе значения текущей токовой загрузки ВЛ, а также данных по максимально допустимому значению тока в токопроводящей части линии, также осуществляют непрерывное измерение текущей токовой загрузки силового трансформатора и распределительной кабельной линии (КЛ), при этом на первом уровне класса напряжения 10 кВ и выше измеряют значение тока в ВЛ и, исходя из полученного значения тока, определяют предварительную токовую загрузку силового трансформатора, на основе предварительной токовой загрузки силового трансформатора и данных по максимально допустимому значению тока на его выводах формируют уставку на отключение очереди неприоритетных нагрузок для разгрузки силового трансформатора, далее на низкой стороне силового трансформатора измеряют значение тока на его выводах и, исходя из полученной в ходе измерения величины тока, определяют предварительную токовую загрузку КЛ, на основе значения тока на выводах силового трансформатора, предварительной токовой загрузки КЛ и данных об максимально допустимом значении тока в КЛ формируют значение тока уставки на отключение очереди неприоритетных нагрузок для разгрузки КЛ, при этом непрерывно измеряют значения токов в ВЛ, на выводах силового трансформатора и в КЛ и сравнивают их с соответствующими сформированными уставками, и в случае равенства или превышения значения тока в ВЛ, на выводах силового трансформатора или в КЛ выше значения их тока уставки, отключают очередь неприоритетной нагрузки соответствующего элемента сети, а при уменьшении значения тока в ВЛ, на выводах силового трансформатора или в КЛ ниже значения их тока уставки, осуществляют обратное подключение неприоритетной нагрузки соответствующего элемента сети. 2 ил.

Способ регулирования передаваемой мощности в распределительных сетях, согласно которому контролируют свободную мощность на опорной подстанции энергосистемы и при наличии свободной мощности в энергосистеме разрешают работу распределительной воздушной линии в возможном утяжеленном режиме, осуществляют непрерывное измерение текущей токовой загрузки распределительной воздушной линии и формируют значение тока уставки на отключение распределительной воздушной линии, отличающийся тем, что значение тока уставки на отключение распределительной воздушной линии формируют на основе значения текущей токовой загрузки распределительной воздушной линии, а также данных о ее материале, сечении провода, типе изоляции, остаточном сроке эксплуатации и наружной температуре воздуха по максимально допустимому значению тока в токопроводящей части линии, также осуществляют непрерывное измерение текущей токовой загрузки силового трансформатора и распределительной кабельной линии, при этом на первом уровне класса напряжения 10 кВ и выше измеряют значение тока в распределительной воздушной линии и, исходя из полученного значения тока, определяют предварительную токовую загрузку силового трансформатора, на основе предварительной токовой загрузки силового трансформатора и данных о его материале, сечении токопроводящей части выводов, типе изоляции, остаточном сроке эксплуатации и наружной температуре воздуха формируют уставку на отключение очереди неприоритетных нагрузок для разгрузки силового трансформатора по максимально допустимому значению тока на выводах силового трансформатора, далее на низкой стороне силового трансформатора измеряют значение тока на его выводах и, исходя из полученной в ходе измерения величины тока, определяют предварительную токовую загрузку распределительных кабельных линий, на основе значения тока на выводах силового трансформатора, предварительной токовой загрузки распределительных кабельных линий и данных об их материале, сечении провода, типе изоляции, остаточном сроке эксплуатации и наружной температуре воздуха формируют значение тока уставки на отключение очереди неприоритетных нагрузок для разгрузки кабельных линий по максимально допустимому значению тока в распределительной кабельной линии, при этом непрерывно измеряют значения токов в распределительной линии, на выводах силового трансформатора и в распределительной кабельной линии и сравнивают их с соответствующими сформированными уставками, и в случае равенства или превышения значения тока в распределительной воздушной линии, на выводах силового трансформатора или в распределительной кабельной линии выше значения их тока уставки, отключают очередь неприоритетной нагрузки соответствующего элемента сети, а при уменьшении значения тока в распределительной воздушной линии, на выводах силового трансформатора или в распределительной кабельной линии ниже значения их тока уставки, осуществляют обратное подключение неприоритетной нагрузки соответствующего элемента сети.