Модернизация распределительной сети в Кентукки

Ранее функция защиты проводов и оборудования распределительной системы LG&E и KU от электрических неисправностей в значительной степени возлагалась на электромеханические реле. Но в электромеханических реле отсутствует функциональность связи и защиты, которая есть в современных микропроцессорных реле. Она обеспечивает более широкие возможности автоматизации и повышает прозрачность работы системы, что является двумя основными целями LG&E и KU при решении задачи централизации управления энергосетью.

«В течение многих лет мы надежно обслуживали наших клиентов, используя оборудование предыдущих поколений, — говорит Тони Дурбин, который отвечает за проектирование, строительство и техническое обслуживание распределительных подстанций на территории обслуживания LG&E. — Сейчас мы делаем шаги в направлении большей автоматизации с целью повышения надежности обслуживания и безопасности населения».

В рамках более широкого плана LG&E и KU по централизации управления энергосетью коммунальные предприятия с 2017 года проводят работу по установке на линии электропередач распределительной сети цифровых реклоузеров, а в 2021 году успешно внедрили новые передовые системы автоматизации. Эти системы автоматизации взаимодействуют с реклоузерами и полевым оборудованием, что в случае сбоя позволяет обоим коммунальным предприятиям обнаружить и локализовать его и перенаправить электроэнергию в обход зоны неисправности, таким образом восстановив обслуживание максимального числа клиентов. Однако, чтобы в полной мере воспользоваться этими возможностями, необходимо было установить микропроцессорные реле в ключевых точках каждой энергосистемы.

Совместными усилиями специалисты LG&E, KU и SEL адаптировали программу модернизации электромеханических реле, так чтобы она решала две совершенно разные задачи: одна — модернизировать расположенные в помещении панели распределительных устройств, находящиеся на городской территории обслуживания LG&E, другая — модернизировать наружные автоматические выключатели на сельских территориях KU.

В случае LG&E специалистам необходимо было модернизировать устройства удаленного управления (RTU) и заменить реле в диспетчерских подстанций, сняв их и установив специальные панели распределительных устройств, содержащие новые микропроцессорные реле.

Ситуация в зоне обслуживания KU подразумевала совершенно иные задачи.

«На большей части территории KU не было SCADA, — говорит Коллер. — То есть на очень обширной территории, охватывающей 77 округов, в основном сельских, возможности связи были крайне ограничены».

Вместо диспетчерских электромеханические реле и устройства управления были установлены снаружи, в шкафу управления выключателем. Чтобы расширить сеть SCADA, в зависимости от возраста и типа автоматического выключателя специалистам необходимо было либо заменить весь автоматический выключатель новым комплектом реле, либо заменить релейную панель внутри шкафов управления существующими автоматическими выключателями.   

 «Расширение сети SCADA даст нам больше информации о том, что происходит в этих зонах территории обслуживания», — продолжает Коллер.

«У нас хорошая репутация надежной компании, — говорит Коллер, — поэтому мы искали возможность провести модернизацию так, чтобы она не повлияла на работу наших клиентов-дистрибьюторов».

 Специалисты LG&E и KU знали, где находится отправная точка решения.

«Почти во всех наших проектах использовались устройства Schweitzer, — поясняет Дурбин. — То, что в проектных и строительных работах нам помогают люди из одной компании, придавало нам определенную уверенность».

Необходимо было разработать новые стандартные схемы и ознакомить с ними различных специалистов.

Результатом сотрудничества между специалистами обеих компаний стало решение, которое наилучшим образом отвечало широкому спектру потребностей LG&E и подстанции KU. Оно предполагало, что на каждом объекте в качестве основного реле будет функционировать система защиты SEL-351S, а в качестве резервного реле будет использоваться реле защиты фидера SEL-751. Для дифференциальной защиты трансформаторов было выбрано реле дифференциальной защиты по току и напряжению SEL-387E, а контроллер автоматизации реального времени SEL-3555 (RTAC) должен был выполнять функции автоматизации и работать как новое устройство удаленного управления подстанции, принимающее информацию от реле. Собранные данные должны быть отправляться через мультиплексор SEL ICON Ethernet по новой и существующей сетям SCADA коммунального предприятия.

«Целью проекта было предоставление системам автоматизации данных, необходимых для того, чтобы сеть могла самовосстанавливаться и сегментировать проблемные места», — говорит Нили.

В зависимости от размера подстанции проект предполагал использование шлюза безопасности Ethernet SEL-3620 или шлюза безопасности SEL-3622. Целью их использования было повышение кибербезопасности и возможность осуществления удаленного доступа к настройкам и конфигурации.

Наконец, чтобы решить проблему отсутствия SCADA в сельских зонах, это же решение, только вместе с сотовой связью, должно было быть интегрировано в стандартные схемы релейной защиты KU. Сотовая связь служила для создания безопасного беспроводного соединения с центром управления.

После разработки решения, которое можно было бы стандартизировать, следующим шагом было планирование отключений для проведения работ по модернизации оборудования без прерывания обслуживания потребителей.

«Обычно мы планируем отключения на весну и осень, — говорит Дурбин, — потому что очень сложно запланировать отключения на лето или зиму. Из-за кондиционирования или отопления в эти сезоны нагрузка высока».

Так из графика работ была сразу исключена половина года, поэтому специалисты SEL должны были быть готовы приступить к модернизации сразу же, как только коммунальное предприятие переведет клиентов на другие линии. К счастью, уникальный подход к модернизации, заключающийся в использовании сборных панелей, готовых к установке устройств, позволил бригадам сохранять гибкость и поддерживать эксплуатационную готовность в зонах обслуживания LG&E и KU.

«Мы используем шаблоны с предварительно просверленными отверстиями, которые можно приложить, выполнить разметку и сверление, — сказал Перри. — Это помогает нам выполнять работы с аккуратностью, а также сокращает период простоя, снижает цены и повышает качество».

Как только подача энергии останавливается, люди Перри, бригада местных подрядчиков и технические специалисты коммунальных служб приступают к работам. В ходе планового отключения они снимают старое оборудование с панелей распределительных устройств, устанавливают новые реле и соединяют все это вместе через RTAC и SEL ICON.

Однако в сельских районах процесс несколько усложняется. Замена автоматических выключателей часто требует рытья и прокладки новых подземных кабелей или укладки бетона для нового фундамента — только после этого можно установить новый автоматический выключатель и через сотовой маршрутизатор подключить его к системе.

«У них все имеет научное обоснование, — говорит Коллер. — На данный момент мы можем прекратить подачу в понедельник утром и вернуть систему в рабочий режим в пятницу днем».

Только в 2019 году коммунальные предприятия и SEL совместно модернизировали более 130 панелей распределительных устройств.