БАВР как средство сокращения убытков предприятий от нарушений электроснабжения в питающих сетях

При кратковременных нарушениях электроснабжения (КНЭ) в питающих сетях возникают провалы напряжения длительностью в десятые до­ли секунды. Этого достаточно для массового отклю­чения контакторов, пускателей и потребителей, запитанных от них. При этом время переключения совре­менных устройств автоматического вво­-да резерва (АВР), как правило, составляет 0,5–5 секунд. Выполненный ООО «НПК Промир» анализ нарушений электроснабжения таких предприятий, как Сургутский завод стабилизации кон­денсата, «ЛУКОЙЛ-Коми», «ЛУКОЙЛ-Пермь», Оренбургский газоперерабатывающий завод, «Аммофос», «Карельский окатыш», «Тобольск-нефтехим», Оскольский электрометаллургический комбинат, «Газ­промнефть-Муравленко», «Тольятти­каучук», Сибур-ПЭТФ, Курское и Истьинское УМГ Мострансгаза, ВСМПО-АВИСМА, Комсомольский ГП «Газпром добыча Ноябрьск», Мосводоканал, «Самотлорнефтегаз», «ТНК-Уват», Ноябрьский и Губкинский ГПК, Рязанская нефтеперерабатывающая компания, Куранахская золотоизвлекательная фа­брика, ОАО «Татнефть», выявил, что успешная работа существующих устройств АВР и АПВ за время 0,5–5 секунд приводит к ущербам до нескольких миллионов рублей в расчете на каждое нарушение нормального электроснабжения (см. таблицу недобора нефти).

Как избежать потерь?

Для этого существуют новые техно­логии обеспечения неотключений потребителей при кратковременных нарушениях электроснабжения. В качестве устройств повышения надежности и обе­спечения бесперебойности электроснабжения ответственных потребителей следует использовать: а) источники бесперебойного питания с двойным преобразованием; б) устройства быстродействующего автоматического ввода резервного электропитания (БАВР) со временем переключения 30–65 миллисекунд; в) динамические компенсаторы искажений напряжения со временем реакции не более трех миллисекунд, позволяющие при провалах напряжения до 40% длительно удерживать номинальное напряжение на защищаемой нагрузке не ме­нее 30 секунд.
Источники бесперебойного питания имеют номинальную мощность до 1000 кВА в модуле, требуют контроля зарядки аккумуляторных батарей и особых условий в помещении, в котором устанавливаются.
Динамические компенсаторы искажений напряжения (ДКИН) предназначены для устранения провалов напряжения и перенапряжений, представляют более дешевое устройство защиты потребителей, чем источники бесперебойного питания (по данным института электроэнергетики EPRI, за пять лет эксплуатации ИБП затраты на них в 3,8 раза выше, чем на ДКИН).
Лучшими пусковыми устройствами АВР являются те, в которых помимо реле минимального напряжения используют­ся также органы направления мощности (тока), контроля угла рассогласования векторов напряжений рабочего и резервного источников и особое реле направления тока. Они позволяют обеспечить минимальное время реакции на аварийный режим, надежную работу устройства как при коротком замыкании (КЗ), так и при самопроизвольном отключении голов­ных выключателей (когда должны работать орган как контроля угла выбега секций РУ, так и органы максимального тока).
Критическая длительность АВР для потребителей нефтедобычи составляет при трехфазном КЗ в цепи питания и при несанкционированном отключении выключа­теля питающей подстанции 85 милли­секунд. Зоной защиты АВР для подстанций 35/6 кВ являются следующие виды КНЭ:
•    все виды КЗ (трехфазные, междуфазные, однофазные, двухфазные на землю) в одной из цепей питания сети 110 (220) кВ;
•    несанкционированные отключения выключателей в цепи питания на напряжении 110 и 35 кВ;
•    все виды внешних КЗ в сетях 110, 35 и 6 кВ, вызывающие провалы напряжения, опасные для функционирования технологических процессов ПС 35/6 кВ.
Из опыта эксплуатации на объектах «Газпром нефти» в ХМАО БАВР 072 доказал лучшие характеристики по сравне­-нию с устройствами АВВ и Beckwith Elec­tric Co. Применение БАВР позволяет осуществить почти мгновенный переход на резервный источник питания.
Комплекс БАВР 072 предназначен для работы на подстанциях, имеющих две секции шин с двумя рабочими вводами и секционным выключателем, для односекционных или трехсекционных распределительных устройств.

Преимущества БАВР

•    минимальное в мире время реакции на аварийный режим — 6—12 миллисекунд;
•    переключение на резервный ввод осу­ществляется всегда с соблюдением синфазности источников питания;
•    работает при несимметричных КЗ в питающей энергосистеме, которые составляют более 80% всех КЗ, используя контроль направления мощности и особое реле направления тока;
•    надежно работает как при наличии синхронных и/или асинхронных двигателей напряжением 6 (10) кВ, так и при их отсутствии;
•    обеспечивает уровни остаточных на­пряжений на шинах подстанций не ниже 0,9 Uном (время выбега на КЗ сокращается до 14—20 миллисекунд) и существенно уменьшает отпадание магнитных пускателей, контакторов в цепи питания низковольтных электродвигателей, сбои компьютерных систем управления, отключения станций управления;
•    осуществляет автоматическое определение значений активной, реактивной и полной мощности; напряжения и токов; состояния дискретных сигналов подстанции с поддержанием протоколов МЭК 60870–5-103, МЭК 60870–5-104 и передачей журнала событий в АСДУ;
•    силовой тиристорный блок (БАВР 072.02), который позволяет коммутировать сильноточные цепи включения секционного выключателя (для БАВР напряжением 35 кВ).
При выборе БАВР заказчик вправе использовать любые выключатели, но при этом необходимо учитывать характер переходных процессов при выбеге на КЗ и при восстановлении электроснабжения, который зависит от типа выключателей, реакции устройства АВР, состава нагрузки на секциях РУ. Для обеспечения остаточного напряжения выше 0,9 Uном на шинах секций РУ, подстанций напряжением 6 (10) кВ и ПС напряжением 380 В необходимо, чтобы отключение КЗ (или время выбега при отключении головного выключателя) на превышало 20 миллисекунд. Время выбега определяется как:
а) с ВВ/TEL-10–31,5/2000Q Твыбега = Тср, ПУ + Тоткл, вв = (6÷12) + 8 = (14÷20) мс;
б) с VM-1 Твыбега = (6÷12) + 20 = (26÷32) мс;
в) с ВВ/TEL-10–20/1600, ВБПП Твыбега = (6÷12) + (25÷30) = (31÷42) мс;
г) с HVХ, VD4, 3AE11 (SION) Твыбега = (6÷12) + 40 = (50÷62) мс;
д) с EVOLIS Твыбега = (6÷12) + 50 = (56÷72) мс;
e) с тиристорными ключами Твыбега = (6÷12) + (8) = (14÷20) мс.
Чем меньше время выбега на КЗ или при отключении головного выключателя, тем менее затормозятся электродвигатели и меньше будут токи в момент восстановления электроснабжения. Разница в 20 миллисекунд, как показали проведенные ООО «НПК Промир» расчеты режимов работы нефтедобывающих, нефтеперерабатывающих, химических и металлургических предприятий, при­водит к увеличению токов двигателей в момент восстановления электроснабжения в 1,5—2 раза. Полное время переключения на резервный источник с БАВР 072 зависит от выключателей и составит:
а) с ВВ/TEL-10–31,5/2000Q ТБАВР = Тср, ПУ + Твкл, вв = (6÷12) + 22 = (26÷34) мс;
б) с VM-1 ТБАВР = (6÷12) + 33 = (36÷45) мс;
в) с ВВ/TEL-10–20/1600, ВБПП ТБАВР = (6÷12) + (35÷50) = (41÷64) мс;
г) с HVХ, VD4, 3AE11 ТБАВР = (6÷12) + (45÷55) = (51÷67) мс;
д) с EVOLIS ТБАВР = (6÷12)+70 = (76÷82) мс;
e) с тиристорными ключами ТБАВР = (6÷12) + 8 + (3÷5) = (20÷23) мс.
НПК «Промир» внедрила на объекты «Газпром нефти» более 20 устройств БАВР 072. По данным их эксплуатации за год получены следующие результаты (в процентах указано количество ос­тавшейся в работе нагрузки):
1.    Количество срабатываний БАВР — 55.
2.    Среднее значение по всем случаям, когда БАВР сработал (случаи и когда есть нормальное напряжение на ре­зервном вводе, и когда были одновременные просадки напряжения по обоим вводам, но несимметричном восстановлении напряжения), — 86%.
3.    Среднее значение по всем случаям, когда БАВР сработал при нормальном напряжении на резервном вводе, — 96%.
4.    На подстанциях 35/6 кВ нефтедобывающего предприятия может за год экономиться 350 тонн нефти.

НПК «Промир» предлагает сотрудничество в следующих направлениях:
•    обеспечение надежного электроснаб­жения потребителей напряжением 0,4; 6; 10; 35 кВ с помощью БАВР со временем переключения на резерв­ный источник для ПС до 1 кВ за 40–55 миллисекунд; ПС 6 (10) кВ — за 27–65 миллисекунд; ПС 35 кВ — за 60–80 миллисекунд;
•    внедрение ДКИН для исключения ос­-тановов машин при провалах напряжений в сетях;
•    мониторинг электропотребления и исследования качества электрической энергии.