Opětné zapínaní v distribuční soustavě vysokého napětí

Transkript

1 Rok / Year: Svazek / Volume: Číslo / Number: Opětné zapínaní v distribuční soustavě vysokého napětí Reclosing in MV Distribution System René Vápeník rene.vapenik@cez.cz ČEZ Distribuční služby, s.r.o. Ostrava Abstrakt: Automatiky opětného zapínání patří mezi standardní vybavení vývodů venkovních vedení zvn, vvn a vn přenosové a distribuční soustavy. Přestože jsou používány po mnoho desítek let, je i zde možné najít zlepšení, které může vést ke zkvalitnění dodávky elektřiny konečným zákazníkům. Abstract: Reclosing automatics are standard equipment of EHV, HV and MV overhead lines of transmission and distribution system. Although they have been used for many decades, it is possible to find improvements that can enhance the quality of electricity supply to final customers.

2 OPĚTNÉ ZAPÍNANÍ V DISTRIBUČNÍ SOUSTAVĚ VYSOKÉHO NAPĚTÍ Ing. René Vápeník ČEZ Distribuční služby, s.r.o. 28. října 3123/152, Ostrava, Moravská Ostrava rene.vapenik@cez.cz Automatiky opětného zapínání patří mezi standardní vybavení vývodů venkovních vedení zvn, vvn a vn přenosové a distribuční soustavy. Přestože jsou používány po mnoho desítek let, je i zde možné najít zlepšení, které může vést ke zkvalitnění dodávky elektřiny konečným zákazníkům. 1. ÚVOD Distribuční soustava vysokého napětí je ve většině případů provozována jako soustava s izolovaným uzlem (IT) připojeným k zemi přes kompenzační (zhášecí) tlumivku. Tím jsou dány možné druhy poruch a systémy používaných ochran. V této soustavě jsou možné následující dva základní druhy izolačních poruch ZEMNÍ SPOJENÍ Spojení jedné fáze se zemí v izolované soustavě se nazývá zemní spojení. Místem poruchy protéká zbytkový kapacitní proud sítě o velikosti do 10% kapacitního proudu sítě. Reálně se jeho velikost pohybuje řádově v jednotkách až desítkách ampér. To ovšem platí za předpokladů dostatečného výkonu kompenzační tlumivky a správného fungování příslušných automatik ladění sítě. Kompenzační tlumivka umožňuje provozovat síť s izolační poruchou po omezenou dobu (až několik hodin). Limitujícím faktorem je v tomto případě oteplení zhášecí tlumivky. Standardně je zhášecí tlumivka dimenzovaná na 2 hodinový provoz sítě se zemním spojením. Vznik zemního spojení je v daném systému indikován pomocí zemního relé. Technickým problémem je ale přesné určení postiženého vývodu se zemním spojením. Příslušná zemní směrová relé ne vždy poskytnou 100% informaci. Takže poté přichází na řadu postupné vypínaní jednotlivých vývodů, dokud nedojde ke zmizení zemního spojení a poté k jeho ověření. Řada zemních spojení nemá trvalý charakter a po jeho vypnutí a opětovném zapnutí dojde k jeho zániku. Obr. č. 1: Následky zkratu v rozvodně 22 kv 2. OCHRANY VEDENÍ VN Vedení vn jsou standardně před nadproudy chráněny dvojicí nadproudových ochran. Jedna ochrana chrání vedení před důsledky zkratu, používá se tedy buď nadproudová mžiková ochrana nebo ochrana nadproudová časově nezávislá s nastavením krátkého zpoždění (200 až 400 ms). Druhá ochrana chrání vedení před přetížením. Zde se používá ochrana nadproudová časově nezávislá s nastavením zpoždění 1 s a více ZKRATY Při spojení více fází se zemí nebo spojení fází mezi sebou dochází ke zkratu, Mohou nastat tyto druhy zkratů: dvoufázový zemní dvoufázový izolovaný trojfázový zemní trojfázový izolovaný V těchto případech protéká místem poruchy zkratový proud, jehož velikost se pohybuje v řádu tisíců až desetitisíců ampérů. Tento proud je zdrojem nadměrného dynamického a tepelného namáhání. Obr. č. 2: Soubor ochran AT31X s automatikou OZ33 Tyto ochrany jsou doplněny automatikou opětného zapínání (OZ). 20-1

3 V současné době jsou jednotlivé ochrany spolu s automatikou OZ sdruženy do jednoho terminálu. pauzy cyklu OZ způsobuje odběratelům nemalé škody a přitom ne vždy dochází ke správnému zafungování automatiky OZ PŮSOBENÍ OZ NA VÍCE VEDENÍ SOUČASNĚ V řadě případů totiž dojde k výpadku a rozběhu automatiky OZ na několika vedeních současně. Na následujícím grafu jsou vyhodnoceny počty působení OZ za 1 rok na území Středočeského kraje. V bezmála v 10 % případů dochází k současnému působení automatik OZ na několika vedení současně. Příčinou tohoto nežádoucího stavu je skutečnost, že k rozběhu automatiky OZ se používají proudové relé ER nadproudových ochran bez časového zpoždění. A ty jsou nastaveny na poměrně nízké hodnoty proudu, neboť jejich úkolem je chránit vedení před přetížením. Tomu odpovídá jejich nastavení, které se typicky pohybuje v rozmezí A. K rozběhu se nepoužívají proudová relé ER zkratových ochran! Obr. č. 3: Terminál 7SJ62 sdružující ochranné funkce 2.1. FUNKCE OPĚTNÉHO ZAPÍNÁNÍ Většina poruch má krátkodobý charakter. Jsou způsobeny např. úderem blesku do vedení, přeskokem, pádem větve. Po vypnutí zkratu a zhasnutí oblouku dojde k obnovení izolační schopnosti vedení a opětovné zapnutí je úspěšné. Samotná zkratová ochrana ale nedokáže rozlišit, o jaký typ poruchy se jedná a tak jsou doplněny automatikou opětného zapínání. Přepnutím vnějšího paketového přepínače lze volit následující varianty provozu: provoz bez OZ rychlý OZ (1 s) pomalý OZ rychlý + pomalý OZ Úkolem automatiky OZ je zkrátit dobu přerušení dodávky elektřiny. Poté, co je působením nadproudové zkratové ochrany vypnut zkrat, po uplynutí časové prodlevy (typicky 1 s) dává popud k opětovnému automatickému zapnutí vypínače. Beznapěťová pauza v délce 1 s ve více než 90 % případů postačuje k deionizaci okolí v místě zkratu a k obnovení izolačních schopností. Zapnutí je pak úspěšné. Odběratelům je byť s krátkým přerušením dodávky elektřiny obnovena dodávka. Avšak používání prvků automatizační techniky a zejména výpočetní techniky klade zvýšené nároky na kvalitu elektřiny a zejména na její nepřerušovanou dodávku. I krátkodobý výpadek v trvání 1 s během beznapěťové Obr. č. 4: Graf vyhodnocení současného působení OZ na několika vedení současně Z následujícího obrázku je patrné, co se děje v distribuční síti při zkratu na vedení I a co se odehrává na ostatních vedeních (označeny jako vedení II). Při zkratu na vedení I dochází ke zvýšení proudu a současně k poklesu napětí v soustavě. Proudové relé nadproudové ochrany dává popud k vypnutí vedení a rozběhu automatiky opětného zapínání. Vypínač vypne vedení I, čímž se zotaví napětí v systému. To však způsobuje proudový ráz v ostatních vedeních (označeny 20-2

4 jako vedení II). Hodnota krátkodobého nadproudu může dosáhnout hodnoty nastavené na proudovém článku a dochází k výpadku a rozběhu automatiky OZ na dalším vedení (které zkratem nebylo nijak postiženo). Pokud porucha není trvalá, dochází po uplynutí beznapěťové pauzy k zapnutí vedení I a následně i vedení II. Toto zapojení, kdy k rozběhu automatiky OZ se používá proudových relé nadproudových ochran a ne zkratových, je na mnoha rozvodnách použito ÚSPĚŠNOST PŮSOBENÍ AUTOMATIK OZ Samostatnou kapitolou je úspěšnost působení automatik OZ. V současné době, pokud pomocí automatiky OZ dojde k úspěšnému obnovení dodávky, považuje se toto za úspěšné působení OZ. V opačném případě, kdy se pomocí automatiky nepodaří obnovit dodávku, považuje se toto za neúspěšné působení automatiky OZ. V praxi ale nastávají případy, kdy při dalším pokusu o zapnutí vedení je toto zapnutí úspěšné. A právě toto jsou případy, kdy automatika OZ nesplnila svůj účel. Jednalo se o přechodnou poruchu, kdy ale opětovné zapnutí pomocí automatiky OZ nebylo úspěšné. Při trvalých poruchách automatika OZ nemůže úspěšně působit, neboť charakter poruchy (rozsah poškození zařízení) vylučuje úspěšné zapnutí. V následujícím grafu je provedeno vyhodnocení působení automatik na dvou vybraných transformovnách (Sedlčany a Příbram město) za poslední rok. Obr. č. 5: Průběhu napětí a proudu při zkratu v DS Nejjednodušším řešením je úprava zapojení (v podstatě stačí přepojit jeden vodič) spočívající ve využití proudových relé zkratové ochrany pro rozběh automatiky OZ. Tím se výrazně eliminuje možnost, že by na nepostiženém vedení dosáhl proudový ráz velikosti nastaveného zkratového proudu. Nastavení, proudových relé zkratových ochran se pohybuje v rozmezí A. Při tomto způsobu nedochází k prodloužení vypínací doby zkratu a zkrat je tak vypnut v nejkratším možném čase. Další variantou je nevyužívat pro rozběh automatiky OZ proudová relé ER, ale použít až koncová padáčková relé. Nevýhodou tohoto řešení je ale prodloužení vypínací doby zkratu, což sebou nese řadu nevýhod (vyšší oteplení vodičů, delší doba poklesu napětí nejen na postiženém vedení, ale v celé soustavě. Obr. č. 6: Graf úspěšnosti působení automatiky OZ V 7 % případů dochází k neúspěšnému působení automatiky OZ. Jedná se zde o případy, kdy následující zapnutí vedení bylo úspěšné. V takových to případech jsou odběratelé postiženy několikaminutovým přerušením dodávky elektřiny. Byť se jedná o relativně malý počet případů, i zde se nabízí řešení. Je jím další automatické zapnutí vedení využitím funkce pomalého OZ. Otázku je, jak dlouhou beznapěťovou pauzu zde nastavit. Zde musíme zvážit dvě protichůdná stanoviska: delší doba prodlužuje délku nedodávky zákazníkům 20-3

5 při krátké době nestačí vodiče dostatečně ochladnout a jsou znovu (již po třetí) tepelně zatíženy protékajícím zkratovým proudem V neposlední řadě je třeba vzít do úvahy i bezpečnostní hledisko. Při příliš dlouhé době může obsluha (dispečer) opomenout, že na vedení dojde automaticky k dalšímu zapnutí a toto může být zdrojem vzniku rizikových situací. Doba pomalého OZ bývá nastavena na 3 minuty. Dle mého názoru je tato doba příliš dlouhá, dobu řádově desítky sekund (10-20 s) považuji za dostatečnou. Samozřejmě se musí vzít do úvahy stav vodičů vedení, proudových spojů, velikost zkratového proudu a rychlost působení ochran. 3. ZÁVĚR Obrovský rozvoj využívání automatizační a výpočetní techniky klade zvýšené nároky na kvalitu a zejména nepřetržitost dodávky elektřiny. Přerušení technologického procesu a jeho následný rozběh trvá mnohonásobně déle, než byla vlastní doba přerušení dodávky elektřiny, jenž jej zapříčinila. Proto ani finanční ztráty vzniklé přerušením dodávky elektřiny nejsou lineárně závislé na délce přerušení. I ve stávajícím systému chránění vedení distribuční sítě lze najít možná vylepšení, které finančně nenáročným a technicky jednoduchým zásahem mohou přispět ke zkvalitnění dodávky elektřiny. LITERATURA [1] DOHNÁLEK P., Provoz a údržba ochran v energetice, SNTL ISBN