Интеллектуальные распределительные устройства АББ для подстанций первичного и вторичного распределения

Аннотация
 
Повышение уровня автоматизации и связи на подстанциях дают операторам центральной диспетчерской возможность повысить надежность первичного и вторичного распределения электроэнергии.
Организация
 
 
(Швейцария-Швеция)
Авторы
 
ВИНЧЕНЦО БАЛЬЗАНО (VINCENZO BALZANO), инженер АББ МАРТИН СЕЛКО (MARTIN CELKO), менеджер по продукту АББ
 

До недавнего времени распределительные системы среднего напряжения выполняли функции переключения и защиты в процессе распределения электроэнергии поступающей из региональных сетей. С появлением нового поколения источников энергии, таких как ветровые и солнечные электростанции, распределение энергопотоков значительно усложнилось. Кроме того, повысились требования системных операторов и потребителей к качеству и надежности энергоснабжения. Это увеличивает ответственность энергетических компаний за свои сети, многие из которых уже относятся к категории «стареющих». Современные сети становятся безопаснее, умнее, эффективнее и надежнее. У них минимизировано негативное влияние на окружающую среду. Кроме того, эти сети проще проектировать, монтировать и эксплуатировать. Распределительные сети среднего напряжения стремительно «умнеют». Развивая тренд стремительного распространения интеллектуальных распределительных устройств, компания АББ разработала концепцию UniGear Digital для подстанций первичного распределения электроэнергии (РИС.1), а также продукты SafeRing, SafePlus и UniSec для подстанций вторичного распределения электроэнергии.

РИС.1 Комплектное распределительное устройство UniGear Digital

В глобальной энергетике сегодня происходят важные изменения. Помимо ключевых показателей для электросетей индекса средней длительности прерываний энергоснабжения (SAIDI) и индекса средней частоты прерываний энергоснабжения (SAIFI), многие страны вводят свои нормы эффективности работы энергосистем. Кроме того, среда генерации и потребителей становится все более смешанной и сложной. Источники солнечной и ветровой энергии, или генераторы периодического действия, претендуют на доступ к общей энергосистеме. Борьба за новых крупных потребителей, таких как, центры хранения и обработки данных, предъявляет жесткие требования к поставщикам электроэнергии.

Эти структурные изменения происходят в инфраструктуре, которая незначительно изменилась с момента своего появления в начале двадцатого века. Такой расклад стал причиной возникновения так называемых интеллектуальных энергосистем. На уровне распределения электроэнергии интеллектуальная система предлагает «умный» подход к решению проблем эффективности и надежности. Интеллектуальная энергосистема становится базисом для автоматизации, дистанционного мониторинга и управления коммутацией. Но для интеллектуального распределения электроэнергии нужны интеллектуальные продукты, как на уровне первичного, так и на уровне вторичного распределения.

«Умная» система предлагает интеллектуальный подход к решению проблем эффективности и надежности энергосистемы, и является прочным фундаментом для автоматизации, дистанционного мониторинга и управления коммутацией.
Стоимость – ниже, настройка – проще
Распределительное устройство UniGear Digital компании АББ

Распределительное устройство UniGear Digital компании АББ – это не просто очередной апгрейд зарекомендовавшего себя на рынке продукта. Это новая концепция распределительных устройств среднего напряжения. Концепция объединяет хорошо зарекомендовавшую себя конструкцию распределительного устройства и инновационный подход к защите, управлению, измерению и цифровой связи. Основные новации UniGear Digital - оптимизированная интеграция в распределительное устройство среднего напряжения датчиков тока и напряжения, применение новейших интеллектуальных электронных устройств (защиты и автоматики) (ИЭУ) и обмен данными по стандарту МЭК 61850. Эти новшества реализованы в устройстве UniGear ZS1, распределительном устройстве среднего напряжения с воздушной изоляцией (AIS) для подстанций первичного распределения.
КРУ UniGear ZS1 используется на объектах с очень жесткими требованиями, таких как морские платформы, суда для перевозки контейнеров или круизные суда, в шахтах, а также на подстанциях энергокомпаний, электростанциях, предприятиях химической промышленности и т.п. Компания АББ наладила производство КРУ UniGear ZS1 на своих заводах по всему миру. В настоящее время установлено более 200 000 этих распределительных устройств более чем в ста странах.
Основной принцип UniGear Digital – «универсальное КРУ для широкого применения». Теперь при изменении нагрузки нет необходимости заменять первичные компоненты СН, например, измерительные трансформаторы. Это экономит время и деньги при планировании и реализации проекта.
При использовании UniGear Digital потери электроэнергии существенно ниже, чем при использовании аналогичных устройств. За счет устранения потерь измерительных трансформаторов, за тридцатилетний срок эксплуатации стандартной подстанции достигается экономия 250 МВтч. Такая экономия уменьшает выброс СО2 примерно на 150 тонн.
Помимо этого, затраты при использовании UniGear Digital снижаются за счет значительного уменьшения количества типоразмеров измерительных трансформаторов, что снижает время на поиск и устранение неисправностей. Устройство UniGear Digital занимает меньше места на подстанции, что дает дополнительную экономию, особенно там, где земля очень дорогая или ее мало.
Монтаж устройства тоже стал проще. Усовершенствованная процедура установки во многих случаях устраняет необходимость определять такие данные, как уставки реле, параметры трансформаторов тока (ТТ) и трансформаторов напряжения (ТН). Параметры ТТ/ТН не нужно рассчитывать, проверять и утверждать, а изменения, вносимые перед пуском, можно проводить через логику интеллектуальных электронных устройств (защиты и автоматики) (ИЭУ). ИЭУ прекрасно подходят для защиты, управления, измерения и контроля на подстанциях сетевых компаний и промышленных предприятий, включая радиальные, циклические и сложнозамкнутые сети.
Использование международного стандарта для автоматизации энергосистем МЭК 61850 также упрощает работу инженеров. ИЭУ защиты и управления передают сигналы оперативных блокировок и отключения всем панелям по горизонтальной связи на протокола обмена данными GOOSE.
GOOSE (Общее объектно-ориентированное событие на подстанции) регламентирована стандартом МЭК 61850. GOOSE представляет собой механизм, в котором любой формат данных (статус, значение) группируется в набор данных и передается пакетом. Связь по протоколу GOOSE приобретает популярность на подстанциях, так как характеризуется простотой, функциональностью, гибкостью, улучшенной диагностикой и повышенной производительностью.
Для передачи значений также используется протокол реализации «шины процесса» МЭК 61850-9-2 LE.

Продукция для автоматизации подстанций вторичного распределения электроэнергии

Чтобы обеспечить условия для работы интеллектуальной энергосистемы на уровне подстанции вторичного распределения электроэнергии необходимо наличие двух важных элементов. Это распределительное устройство для автоматизации подстанции вторичного распределения и способность осуществлять связь с удаленной системой SCADA (система управления и сбора данных). Компания АББ представляет несколько продуктов для такого применения: компактные распределительные устройства вторичного распределения электроэнергии (RMU) с элегазовой изоляцией SafeRing и SafePlus, а также распределительное устройство с воздушной изоляцией UniSec.
КРУ SafeRing и SafePlus с элегазовой изоляцией (GIS) разрабатывались специалистами АББ с учетом адаптации оборудования к требованиям электрических сетей и компактности конструкции (РИС.2).

 

РИС.2 Распределительное устройство вторичного распределения электроэнергии (RMU) SafeRing с элегазовой изоляцией для интеллектуальных сетей
РИС.3 КРУ UniSec для интеллектуальных энергосистем

Каждое из этих КРУ состоит из полностью герметичного бака из нержавеющей стали, в котором находятся все токоведущие части. Эта система, практически не требующая технического обслуживания, обеспечивает высокий уровень надежности и безопасности персонала.
В основе КРУ с воздушной изоляцией UniSec AIS заложен принцип гибкой модульной конструкции, которую можно легко конфигурировать в зависимости от требований каждого конкретного применения (РИС.3). UniSec используется на подстанциях вторичного распределения, чаще всего в стандартных условиях окружающей среды, где нет серьезных ограничений по габаритам, и где требуются сложные конфигурации и вспомогательное оборудование, такое как, измерительные трансформаторы или разрядники для защиты от перенапряжений.

Автоматизация вторичных подстанций

Распределительное устройство среднего напряжения оснащены специальными устройствами для систем автоматизации подстанций (GA). Это устройство обеспечивает сбор данных на подстанции и передает данные в удаленный центр управления для оценки (РИС.4).

РИС.4 Оборудование для систем автоматизации подстанций

Наличие GA повышает уровень автоматизации подстанций, и дает возможность оператору дистанционно выполнять операции для:

  • Обеспечения постоянно высокого качества электроэнергии;
  • Снижения потерь при передаче электроэнергии;
  • Расширения устойчивости работы сети;
  • Предотвращения (или сокращения) количества отключений;
  • Предотвращения перегрузки компонентов сети;
  • Улучшения планирования работ по техническому обслуживанию;
  • Повышения эффективности работы выездных бригад;
  • Оптимизации управления основными средствами.

Для вторичного распределительного устройства компании АББ предусмотрены различные уровни удаленного управления. Пользователь может выбрать уровень, который наилучшим образом отвечает его потребностям (ТАБ.1). Каждому уровню соответствует определенный стандартный пакет ИЭУ, который в некоторых случаях можно встраивать в распределительное устройство, исключая необходимость в дополнительном монтажном пространстве. Возможна также индивидуальная адаптация стандартных пакетов.
Все стандартные пакеты включают в себя:

  • Резервный источник питания для ИЭУ (батареи 24 В=)
  • Проводные или беспроводные интерфейсы связи (GSM/GPRS)
  • Предварительная конфигурация в соответствии с МЭК 60870-5-104

ТАБ.1 Свойства каждого уровня автоматизации

Свойство Уровень мониторинга Уровень управления Уровень измерения Уровень защиты
Мониторинг положения аппаратов x x x x
Мониторинг повреждений сети СН (включая направление повреждения) x x x x
Мониторинг повреждений фидеров распределительных трансформаторов x x x x
Управление положением аппаратов Нет x x x
Измерение аналоговых величин Нет Нет x x
Функции защиты (включая АПВ) Нет Нет Нет x
Команда сброса индикаций повреждений o o o o
Измерение аналоговых величин сети НН o o o o
Команда аварийного отключения фидеров распределительного трансформатора o o o o
Пользовательские сигналы (повреждения в сети НН, попадание воды, и т.п.) x x x x

x – имеется; o – по заказу; Нет – отсутствует/не применяется

Все ИЭУ, установленные в распределительном устройстве имеют заводскую конфигурацию системы связи (IP адреса, имя точки доступа, PIN-код SIM карты, и т.д.) обычно конфигурируются на объекте.

Итальянская энергетическая компания Acea Distribution занимается распределением электроэнергии в сетях среднего и низкого напряжения с применением интеллектуальных технологий. Цель компании – сделать Рим более интеллектуальным городом. Компания Acea начала с пилотного проекта, одного из восьми в Италии, одобренных и частично финансируемых Агентством регулирования электроэнергетики и газового сектора. Для Acea компания АББ в этом совместном предприятии является партнером, что было зафиксировано в соглашении о сотрудничестве.
На этапе экспериментальных работ компания АББ предоставила распределительное устройство UniSec, датчики тока, датчики напряжения и интеллектуальные электронные устройства защиты и управления (ИЭУ) для подстанций вторичного распределения. В основе используемой логики – протокол МЭК 61850. Связь между подстанциями и с системой управления осуществлялась по протоколу GOOSE по частной беспроводной сети.
Система установлена в новой части распределительной сети Рима и позволяет компании Acea существенно уменьшить количество и среднюю продолжительность прерываний подачи электроэнергии, и, как следствие, уменьшить время восстановления и штрафы.
Эффективность GA

Для быстрой оценки эффективности конкретного решения с применением устройств GA компания АББ в сотрудничестве с Национальным техническим университетом г. Ахен, Германия, использует инструмент функционально-стоимостного анализа затрат (ABC). Это позволяет рассчитать, например, влияние установки КРУ SafeRing и стандартного пакета GA на показатель SAIDI (РИС5).

РИС.5 Индекс неготовности (SAIDI) сети в сравнении с количеством подстанций СН, оснащенных технологией дистанционного управления (RC)
РИС.6 Фрагмент системы SCADA

Интеллектуальные сети пока еще находятся на начальном этапе развития. Возобновляемые источники энергии, распределенная генерация, растущая и все более сложная сеть потребителей, – это всего лишь некоторые факторы, которые придадут импульс будущей разработке таких продуктов как интеллектуальные распределительные устройства.

Муниципалитет острова Хвалер в Норвегии был выбран в качестве испытательной лаборатории по применению интеллектуальной технологии в распределительных сетях среднего и низкого напряжения. Этот проект называется DeVID (Demonstration and Verification of Intelligent Distribution networks /Демонстрация и проверка правильности работы интеллектуальных сетей среднего напряжения/) и выполняет его компания Norwegian Smart Grid Centre. (РИС.6)
На этом архипелаге находится группа домов, часть из которых занята круглогодично, часть представляет собой кондоминиумы для проведения отпуска, а часть – помещения для коммерческой деятельности. Это дает возможность изучать различные профили потребления электроэнергии.
Остров Хвалер насчитывает 3 000 домой и 4 300 кондоминиумов. Население, которое зимой составляет 4 000 человек, летом увеличивается до 30 000 человек, что дает вызывающую нагрузку на инфраструктуру, включая электрическую сеть.
Компания АББ – один их нескольких участников проекта DeVID, и ее вкладом в проект является компактная трансформаторная подстанция (КТП) Magnum с КРУ SafeRing 24 кВ, которая позволяет местной энергокомпании Fredrikstad Energi быстро обнаруживать любые повреждения, и контролировать качество электроэнергии и нагрузку в этой части сети.
КТП контролируется при помощи системы Network Manager SCADA компании АББ, которая является частью портфолио (корпоративного) программного обеспечения компании Ventyx; связь между SCADA и КТП осуществляется по протоколу GSM. Два выключателя нагрузки в КРУ могут контролироваться системой SCADA (РИС6), контролируется примерно 200 различных измеряемых параметров.

Bottom Logo

Портал ЭлеЭкспо – это информационное интернет-издание в области электротехники, электроэнергетики и автоматизации.

Основная задача Портала — это оперативное информирование о новинках, которые были или только будут представлены на крупнейших российских и зарубежных электротехнических выставках.

Follow Us:

Контакты:
  • Телефон, e-mail:

    +7 921 7871 350, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Bottom Logo