Для електророзподільної компанії основним завданням і водночас основним джерелом доходу є постачання електроенергії кінцевим споживачам. Будь-яке переривання цього потоку енергії завдає компанії економічних збитків. Перерва в електропостачанні не лише позначається на показах лічильників споживачів — регулятори застосовують власні штрафи та стимули, щоб спонукати компанії підвищувати надійність.

У більшій частині світу єдиним економічно доцільним способом електрифікації величезних сільських територій є повітряні розподільні мережі, які неминуче є більш вразливими з погляду надійності. Тож постає всюдисуще запитання: «Як підвищити надійність моєї розподільної мережі?»

На щастя, відповідь на це запитання здебільшого вже знайдено, і результати експлуатації говорять самі за себе. Головне для інженера енергокомпанії — зрозуміти, якими мають бути оптимальні інвестиції для досягнення цільових показників надійності.

Як це часто буває, найбільший приріст ефективності мережі дають не інвестиції в найновіші галузеві «модні слова» (smart grid, IEC 61850 чи кібербезпечна SCADA) — ці технології мають своє місце, але саме розважливе застосування технологій підвищення надійності нарощує ефективність вашої мережі та ваш дохід, дозволяючи надалі розумно реінвестувати отримані кошти у здобуття тих останніх <20% надійності, на які й спрямовані згадані «модні» технології.

Перш ніж перейти до технологій, коротко розглянемо цільові показники надійності. Хоча вони відомі під багатьма назвами, найпоширенішими метриками є MAIFI (індекс середньої частоти короткочасних перерв в електропостачанні), SAIFI (індекс середньої частоти перерв у системі) та SAIDI (індекс середньої тривалості перерв у системі). У всьому світі KPI для енергокомпаній встановлюються на основі цих параметрів: за ними компанію оцінюють, а потім винагороджують або штрафують відповідно до результатів.

Загальний принцип такий: більшість схем стимулювання за цільовими показниками якості послуг (STPIS) допускають певну кількість короткочасних перерв, але що довша перерва, то суворіше покарання. Часто передбачено винятки для прийнятного рівня короткочасних перерв, що дає простір для роботи ваших ключових технологій підвищення надійності.

За відправну точку візьмімо найгірший сценарій:

• Радіальні фідери
• Неізольовані проводи повітряних ліній
• Відсутність комутаційних апаратів на опорах
• Один вимикач на підстанції на весь фідер (або кілька фідерів)

По-перше, 80% пошкоджень на розподільних фідерах є нестійкими. Тобто вони спричиняють короткочасне замикання, після чого зникають. Такі пошкодження, як гілки дерев, що їх вітром притискає до проводів, контакт тварин із лінією чи контакт проводів за сильного вітру, зазвичай мають короткочасний характер. Проте якщо єдиним апаратом забезпечення надійності в мережі є вимикач на підстанції, він виявить це пошкодження та вимкнеться, знеструмивши всіх споживачів, хоча у 80% випадків можна було б повторно ввімкнутися й відновити живлення.

Використовуючи цей принцип «автоматичного повторного вмикання» (АПВ), можна досягти величезного підвищення надійності, адже 80% пошкоджень більше не призводитимуть до стійких відключень.

Функцію АПВ можна запрограмувати у вимикачі підстанції, щоб він автоматично здійснював повторне ввімкнення. Це успішно відновлювало б живлення у 80% випадків, підвищуючи вашу надійність. Це чудовий перший крок, однак усі фідери, що відходять від підстанції, все одно зазнавали б короткочасної перерви. Чому б не додати більше вимикачів, які діють на меншу зону, і не застосувати той самий принцип АПВ?

Так ми отримуємо базову конфігурацію повітряної розподільної мережі з АПВ.

За такої конфігурації відключення зазнають лише споживачі, безпосередньо під’єднані до пошкодженої зони. Більшість споживачів цієї підстанції взагалі не відчують пошкодження — навіть 50% споживачів пошкодженого фідера не матимуть жодних проблем. Приріст надійності лише від цієї схеми порівняно з базовим сценарієм є колосальним.

До того ж інженерні розрахунки релейного захисту, необхідні для побудови такої схеми АПВ, дуже прості. Зазвичай за часу вимкнення 1 с на підстанції консервативний інтервал селективності максимального струмового захисту 250 мс між кожним наступним вимикачем дозволяє встановити 3–4 реклоузери вздовж кожного фідера, у рази скорочуючи кількість споживачів, яких зачіпає пошкодження. Знову ж таки, за принципом Парето, 80% надійності та виявлення пошкоджень можна забезпечити лише простими функціями, такими як максимальний струмовий захист і захист від замикань на землю, залишивши складніші вузькоспеціалізовані функції захисту для нішевих випадків — уже після досягнення 80-відсоткового покращення надійності.

Для подальшого простого приросту надійності там, де селективність стає проблемою, між реклоузерами або нижче за них можна додавати «секціоналайзери» (автоматичні лінійні комутаційні апарати без функцій захисту), що забезпечує ще детальніше секціонування фідерних ліній.

Після впровадження цих систем приріст надійності нейтралізує 80% пошкоджень, а вплив пошкоджень на надійність локалізується переважно в географічній близькості до місця пошкодження. Щоб здобути останні 20% на шляху до недосяжної досконалості надійності, можна застосовувати подальші технології, як-от автоматизацію мережі. На рисунку 3 наведено наочний приклад приросту надійності за кожною технологією. Хоча сучасні вимикачі з функцією АПВ мають видатні можливості захисту, функціонал та автоматизацію, просто застосувавши автоматичні реклоузери (наприклад, систему OSM Recloser виробництва NOJA Power) на ваших фідерах із коректними уставками максимального струмового захисту / захисту від замикань на землю та з вимикачем підстанції, що добре селектується з ними, можна досягти колосального підвищення надійності. У деяких країнах NOJA Power спостерігала, як середня тривалість перерви в електропостачанні скорочувалася з 6 годин до приблизно 15 хвилин лише завдяки додаванню в мережу сучасних реклоузерів із базовими уставками.

Незалежно від того, чи ви лише починаєте свій шлях до надійності, чи прагнете здобути останні 20% ефективності на шляху до «утопії надійності», NOJA Power має експертизу в усіх цих застосуваннях — і ми з радістю допоможемо. Розв’яжімо виклики надійності розподільних мереж разом.