Дугогасящая катушка представляет собой регулируемое индуктивное реактивное сопротивление, подключенное к нейтрали трансформаторов, питающих сеть. Дугогасящая катушка отрегулирована таким образом, чтобы ее индуктивное сопротивление было близко к резонансу с шунтирующей емкостью подключенной сети. Она уменьшает ток замыкания на землю, который стекает в место повреждения. В условиях замыкания на землю напряжение на дугогасящей катушке повышается примерно до номинального фазного напряжения сети, что позволяет обнаружить замыкание.

Каждый дискретный датчик имеет встроенную батарею, заряжаемую непосредственно от ВЛ. Для датчиков последнего поколения требуемый минимальный фазный ток по линии составляет 3 А, чтобы обеспечить непрерывную работу, при этом сохраняется полная производительность и функциональность. Шлюз также питается от встроенного зарядного устройства, питаемого от солнечной панели, установленной на шкафу. Таким образом, после установки система полностью самодостаточна [1].

Датчики MetrySense постоянно отслеживают сигналы тока и напряжения в соответствующей фазе. При обнаружении замыкания три датчика незамедлительно отправляют записи сигналов и другую информацию о замыкании в шлюз. Шлюз запускает алгоритмы анализа полной информации по всем 3-м фазам, чтобы сделать локальное заключение о замыкании. Если информация о замыкании подтверждена, данные о замыкании передаются в центр управления либо по локальной сотовой сети, либо по существующей сети диспетчерского управления и сбора данных (SCADA). В рамках проекта проводится испытание датчиков как с сотовой связью, так и с радиосвязью, чтобы понять преимущества обеих систем. На рис. 2 и 3 показаны схематические изображения двух основных типов архитектуры системы, используемых в данном проекте.

Рис. 2. Архитектура системы с сотовой связью

Рис. 3 Архитектура системы с радиосвязью

Первый этап проекта заключался в выборе участка 33 кВ с заземлением через дугогасящую катушку, подходящего для испытания. Была разработана методология выбора участка, и после детального анализа в качестве участка для проведения испытаний в рамках проекта была выбрана замкнутая сеть 33 кВ, получающая питание от пункта электроснабжения большой мощности Сент-Остелл 132/33 кВ. Этот участок сети был выбран главным образом из-за его относительно компактной географической зоны охвата, обеспечивающей хорошее покрытие датчиками. Сент-Остелл (Корнуолл, Великобритания) также имеет высокий уровень распределенных энергетических ресурсов (ветряных и солнечных источников энергии, промышленных ТЭЦ и т.д.), которые могут генерировать полные перетоки мощности в аварийных условиях. В силу вышеуказанных причин было установлено, что для сети вокруг Сент-Остелла будет получен существенный положительный эффект от более быстрого и точного определения места замыкания на землю.

2.2. Исследование уровня сигнала сотовой связи

Большинство комплектов MetrySense 5000 (16 из 20 в общей сложности) используют сотовую связь для передачи своих измерений обратно в центр управления. Поэтому проектная группа провела исследование уровня сигнала сотовой связи основных операторов мобильной связи по всему Сент- Остеллу. Исследование показало, что у основных операторов сотовой связи было очень хорошее покрытие 3G/4G.

2.3. Выбор места установки датчика

Рис. 4 Пример выбора мест установки датчиков (синий круг) в сети 33 кВ, питаемой от пункта электроснабжения большой мощности Сент-Остелл 132/33 кВ

После исследования уровня сигнала со стратегической точки зрения были выбраны места расположения датчиков для оптимизации участка сети 33 кВ, контролируемого с целью обнаружения замыкания. Как правило, датчики располагались по обоим концам участка воздушной линии, чтобы можно было эффективно обнаружить и локализовать замыкания на землю, возникающие вдоль ее пролета. Пример методологии выбора, применяемой для выделения участка сети 33 кВ подходящего для испытаний, можно увидеть на рис. 4.

2.4. Установка датчика

Комплекты MetrySense 5000 могут устанавливаться непосредственно на токоведущих проводниках 33 кВ с использованием стандартных методов работы с линией, находящейся под напряжением. Тем не менее в рамках проектного испытания устройства были установлены в условиях отключения линии, поскольку в это время одобренный к применению порядок проведения работ на линии под напряжением был на стадии разработки. Для планирования отключений может потребоваться значительное время, однако проектная группа смогла спланировать их эффективно, и никаких задержек не возникло.

Порядок проведения работ на линии под напряжением был утвержден в начале 2021 года, и последующие установки будут осуществляться с использованием методов работы на линии под напряжением, чтобы минимизировать временные задержки из-за планирования отключений.

Корпус датчика MetrySense 5000 имеет двустворчатую зажимную конструкцию, позволяющую разместить устройство вокруг проводника ВЛ, как показано на рис. 5 (а). Устройство имеет основной винт на основании, который затягивает и фиксирует зажим на проводнике. Для крепления корпуса к линии требуется дополнительный винт меньшего размера, расположенный на основании. Винтовые крепления показаны на рис. 5 (б). Датчик можно установить на линии под напряжением с помощью специальной насадки на изолирующую штангу, как показано на рис. 6, или с использованием изолирующих перчаток.

Рис. 5 (а) Зажим датчика вокруг проводника (слева) (б) Вид сбоку, где показаны основной и дополнительный винты (справа)

Рис. 6 Датчик, установленный с помощью изолирующей штанги с захватом

Для оперативного персонала сетевой компании WPD установка устройств MetrySense 5000 с использованием изолирующей штанги оказалась простой и быстрой. Метод изолирующих перчаток будет опробован при установке оставшихся четырех датчиков.

Каждый датчик из комплекта имеет маркировку, указывающую на закрепленную за ним фазу, в которую он должен устанавливаться (A, B или C). Рядом с маркировкой фазы также есть стрелка, указывающая направление положительного перетока мощности. Ключевые результаты, которые должны быть получены на этапе установки в ходе выполнения проекта – это определение согласованного правила знаков для перетока мощности до того, как будет начата установка датчиков. Это относительно просто для сетей с радиальными фидерами; однако сеть 33 кВ Сент-Остелла соединена с несколькими кольцевыми учатсками 33 кВ. Ориентация датчиков в сети была согласована с требованиями правил в отношении измерительных преобразователей на подстанции в системе управления сетью, где за положительное направление перетока мощности принято направление от шин подстанции.

2.5. Программная платформа MetryView

Данные от датчиков, подключенных к радио- и сотовой связи, передаются на программную платформу MetryView. Эта платформа является собственной системой компании Metrycom, которая анализирует данные, полученные от удаленных устройств датчиков, и позволяет визуализировать результаты анализа с помощью графического пользовательского интерфейса на базе браузера в режиме реального времени. Система MetryView также обеспечивает подключение данных по протоколу распределенной сети (DNP3) к системе управления сетью в центре управления, чтобы сигналы обнаружения замыкания могли отображаться на экранах с мнемосхемой у диспетчера. На рис. 7 показан скриншот графического пользовательского интерфейса MetryView и соответствующая однолинейная схема сети 33 кВ, питаемой от Сент-Остелл.

Рис. 7 Графический пользовательский веб-интерфейс MetryView и однолинейная схема

2.6. Архитектура информационных технологий и разделение работ на этапы

В своей окончательной конфигурации программное обеспечение MetryView было размещено на сервере, специально собранном для проектных испытаний и защищенном брандмауэром сетевой компании WPD. Сервер был недоступен во время установки комплектов датчиков в начале работ по проекту, поэтому данные от датчиков временно передавались непосредственно на серверы, размещенные компанией Metrycom в Израиле, чтобы продолжить проведение испытаний. Эта работа на 1 этапе показана в виде диаграммы на рис. 8. Сервер компании WPD теперь полностью собран, и работа на 2 этапе заключается в переводе комплектов датчиков на новый сервер путем замены сотовых SIM-карт на устройства компании WPD, способные взаимодействовать с частной точкой доступа компании WPD. Это показано схематически на рис. 9. Затем данные датчиков могут интегрироваться в систему управления сетью компании WPD, чтобы обеспечить для диспетчеров наблюдаемость сети с точки зрения обнаружения замыканий и получения информации о месте их возникновения.

 

Рис. 8 Работы на 1 этапе: датчики с сотовой связью, передают сигналы на сервер Metrycom в Израиле, в то время как в Великобритании собирают локальный сервер

 

Рис. 9 Работы на 2 этапе: датчики с сотовой связью переводят на сервер Metrycom в Великобритании после завершения его сборки

2.7. Вопросы кибербезопасности

Программная платформа MetryView взаимодействует с системой управления сетью компании WPD, и поэтому характеристики кибербезопасности платформы были ключевым аспектом проекта. В системе MetryView был проведен тест на проникновение в систему кибербезопасности для выявления и регистрации несоответствий стандартам компании WPD. Была выявлена необходимость внесения нескольких незначительных поправок, о которых было сообщено производителю для рассмотрения и исправления при выпуске программного обеспечения.

3.1. 3.1.Устойчивые и самоустраняющиеся

Рис. 11 Моделирование сигнала в контуре с аппаратными средствами для типовых испытаний MetrySense в Демонстрационном центре электрических сетей

замыкания на землю

К сожалению, на участках сети 33 кВ, контролируемых установленными комплектами датчиков, устойчивых замыканий на землю зафиксировано не было. Однако имели место несколько самоустранившихся замыканий на землю, которые были зафиксированы и проанализированы технической группой компании Metrycom. Эти события предоставили инженерам полезные данные для адаптации и настройки алгоритмов обнаружения замыканий и обработки данных в программе MetryView.

На рис. 10 показан скриншот переходного процесса, вызванного возмущением, которое обнаружил датчик P15 на фидере 24L5 33 кВ, идущем от пункта электроснабжения большой мощности Сент-Остелл до первичной подстанции 33/11 кВ Багл. Датчик обнаружил замыкание в фазе B (желтая кривая).

Кроме того, система MetrySense обнаружила несколько самоустранившихся замыканий на землю во время испытаний в реальных условиях в сети Сент-Остелла. Это позволило инженерам Metrycom получить важные данные для настройки и адаптации своих алгоритмов обнаружения замыканий, а также дало надежду на то, что система сможет предоставить новое решение по обнаружению и определению мест замыканий для операторов сетей.

В заключение необходимо отметить, что усовершенствованные датчики MetrySense 5000 предоставляют экономичное решение для точного измерения различных электрических параметров в

удаленных точках распределительной сети. Проектная группа также узнала, что устройства можно легко установить на воздушных линиях как в условиях отключения линии, так и в условиях, когда линия находится под напряжением.

Мониторинг данных, поступающих с датчиков MetrySense 5000, будет продолжаться вплоть до завершения проекта, которое должно произойти в декабре 2021 года. В настоящее время установлены все датчики с сотовой связью (16 из 20 комплектов), и следующим этапом станет интеграция данных от датчиков из комплектов с сотовой связью в систему управления сетью компании WPD. Это позволит диспетчерам видеть информацию о месте возникновения замыкания на своих экранах с мнемосхемами. После успешной интеграции будут установлены и включены в испытание остальные датчики, подключенные по радиосвязи.