4.1. Номинальные напряжения электрической сети

Номинальные напряжения электрических сетей общего назначения переменного тока в РФ установлены действующим стандартом (табл. 4.1).

Таблица 4.1

Международная электротехническая комиссия (МЭК) рекомендует стандартные напряжения выше 1000 В для систем с частотой 50 Гц, указанные в табл. 4.2.

Таблица 4.2

Известен ряд попыток определить экономические зоны применения электропередач разных напряжений. Удовлетворительные результаты для всей шкалы номинальных напряжений в диапазоне от 35 до 1150 кВ дает эмпирическая формула, предложенная Г. А. Илларионовым:

где

L — длина линии, км,

P — передаваемая мощность, МВт.

В России получили распространение две системы напряжений электрических сетей переменного тока (110 кВ и выше): 110-330-750 кВ — в ОЭС Северо-Запада и частично Центра — и 110-220-500 кВ — в ОЭС центральных и восточных регионов страны (см. также п. 1.2). Для этих ОЭС в качестве следующей ступени принято напряжение 1150 кВ, введенное в ГОСТ в 1977 г. Ряд построенных участков электропередачи 1150 кВ временно работают на напряжении 500 кВ.

На нынешнем этапе развития ЕЭС России роль системообразующих сетей выполняют сети 330, 500, 750, в ряде энергосистем — 220 кВ. Первой ступенью распределительных сетей общего пользования являются сети 220, 330 и частично 500 кВ, второй ступенью — 110 и 220 кВ; затем электроэнергия распределяется по сети электроснабжения отдельных потребителей (см. пп. 4.5–4.9).

Условность деления сетей на системообразующие и распределительные по номинальному напряжению заключается в том, что по мере роста плотности нагрузок, мощности электростанций и охвата территории электрическими сетями увеличивается напряжение распределительной сети. Это означает, что сети, выполняющие функции системообразующих, с появлением в энергосистемах сетей более высокого напряжения постепенно «передают» им эти функции, превращаясь в распределительные. Распределительная сеть общего назначения всегда строится по ступенчатому принципу путем последовательного «наложения» сетей нескольких напряжений. Появление следующей ступени напряжения связано с ростом мощности электростанций и целесообразностью ее выдачи на более высоком напряжении. Превращение сети в распределительную приводит к сокращению длины отдельных линий за счет присоединения к сети новых ПС, а также к изменению значений и направлений потоков мощности по линиям.

При существующих плотностях электрических нагрузок и развитой сети 500 кВ отказ от классической шкалы номинальных напряжений с шагом около двух (500/220/110 кВ) и постепенным переходом к шагу шкалы около четырех (500/110 кВ) является техническии экономически обоснованным решением. Такая тенденция подтверждается опытом передовых в техническом отношении зарубежных стран, когда сети промежуточного напряжения (220–275 кВ) ограничиваются в своем развитии. Наиболее последовательно такая техническая политика проводится в энергосистемах Великобритании, Италии, Германии и других стран. Так, в Великобритании все шире используется трансформация 400/132 кВ (консервируется сеть 275 кВ), в Германии — 380/110 кВ (ограничивается в развитии сеть 220 кВ), в Италии — 380/132 кВ (консервируется сеть 150 кВ) и т. д.

Наибольшее распространение в качестве распределительных получили сети 110 кВ как в ОЭС с системой напряжений 220–500 кВ, так и 330–750 кВ. Удельный вес линий 110 кВ составляет около 70 % общей протяженности ВЛ 110 кВ и выше. На этом напряжении осуществляется электроснабжение промышленных предприятий и энергоузлов, городов, электрификация железнодорожного и трубопроводного транспорта; они являются верхней ступенью распределения электроэнергии в сельской местности. Напряжение 150 кВ получило развитие только в Кольской энергосистеме и для использования в других регионах страны не рекомендуется.

Напряжения 6—10–20—35 кВ предназначены для распределительных сетей в городах, сельской местности и на промышленных предприятиях. Преимущественное распространение имеет напряжение 10 кВ; сети 6 кВ сохраняют значительный удельный вес по протяженности, но, как правило, не развиваются и по возможности заменяются сетями 10 кВ. К этому классу примыкает имеющееся в ГОСТ напряжение 20 кВ, получившее ограниченное распространение (в одном из центральных районов г. Москвы).

Напряжение 35 кВ используется для создания ЦП сетей 10 кВ в сельской местности (реже используется трансформация 35/ 0,4 кВ).

 

4.2. Принципы построения схемы электрической сети

Выбор схемы развития электрических сетей заключается в определении:

схем выдачи мощности новых (расширяемых, реконструируемых) электростанций;

пунктов размещения новых ПС, связей между ними (граф сети) и схем присоединения ПС к существующим и вновь сооружаемым сетям;

объема реконструкции существующих линий и ПС, достигших физического или морального износа;

количества и мощности трансформаторов на ПС;

предварительных схем электрических соединений электростанций и ПС;

типа, мощности и размещения компенсирующих и регулирующих устройств;

сечений проводов (конструкций фазы) линий электропередачи;

уровней токов КЗ и мероприятий по их ограничению; экономических показателей развития и функционирования сети.

На современном уровне, при высокой степени охвата обжитой территории страны сетями, речь идет, главным образом, об оптимизации развития существующей электрической сети, при которой необходимо исходить из общих принципов ее построения с учетом перспективы.

Выбор схемы электрических сетей выполняется, как правило, на следующие перспективные уровни:

ЕНЭС — расчетный срок 10 лет;

распределительная сеть — расчетный срок 5 лет;

сеть внешнего электроснабжения промышленных предприятий, электрифицируемых участков железных дорог, перекачивающих станций магистральных нефтепроводов, газопроводов и продуктопроводов, выдачи мощности электростанций и т. п. — сроки ввода в работу (освоения мощности) объекта, с которым связано сооружение проектируемой сети.

Топология электрических сетей развивается в соответствии с географическими условиями, распределением нагрузок и размещением энергоисточников. Многообразие и несхожесть этих условий приводят к большому количеству конфигураций и схем электрической сети, обладающих разными свойствами и технико-экономическими показателями. Оптимальное решение может быть найдено путем технико-экономического сравнения вариантов (см. раздел 6).

Составление наиболее целесообразных вариантов схемы является достаточно сложной задачей, так как при большом количестве пунктов питания и узлов нагрузок количество возможных вариантов получается очень большим. Использование имеющихся компьютерных программ существенно облегчает решение задачи, хотя опыт и искусство проектировщика продолжают оставаться решающим фактором.

Основные требования к схемам сети. При проектировании схем электрических сетей должна обеспечиваться экономичность их развития и функционирования с учетом рационального сочетания сооружаемых элементов сети с действующими. В первую очередь необходимо рассматривать работоспособность действующих сетей при перспективном уровне электрических нагрузок с учетом физического и морального износа линий и ПС и их возможной реконструкции (см. п. 4.10).

Развитие сети должно предусматриваться на основе целесообразности использования технически и экономически обоснованного минимума схемных решений, обеспечивающих построение сети из типовых унифицированных элементов в соответствии с нормативно-технической документацией по проектированию ПС и линий.

Схема электрической сети должна быть гибкой и обеспечивать сохранение принятых решений по ее развитию при возможных небольших отклонениях:

уровней электрических нагрузок и балансов мощности от планируемых;

трасс ВЛ и площадок ПС от намеченных;

сроков ввода в работу отдельных энергообъектов.

На всех этапах развития сети следует предусматривать возможность ее преобразования с минимальными затратами для достижения конечных схем и параметров линий и ПС.

При проектировании развития сети рекомендуется предусматривать комплексное электроснабжение существующих и перспективных потребителей независимо от их ведомственной принадлежности и формы собственности. При этом рекомендуется учитывать нагрузки других потребителей, расположенных в рассматриваемом районе, а также намечаемых на рассматриваемую перспективу.

При проектировании развития системообразующей сети следует исходить из целесообразности многофункционального назначения вновь сооружаемых линий:

увеличение пропускной способности сети для обеспечения устойчивой и надежной параллельной работы ОЭС;

надежная выдача мощности электростанций;

питание узлов нагрузки.

Рекомендуется избегать прямых связей между электростанциями (без промежуточных отборов мощности), для чего их необходимо прокладывать через крупные узлы нагрузки.

При проектировании развития электрических сетей необходимо обеспечивать снижение потерь электроэнергии до экономически обоснованного уровня.

Схема электрической сети должна допускать возможность эффективного применения современных устройств релейной защиты (РЗ), режимной и противоаварийной автоматики (ПА).

Построение электрической сети должно соответствовать требованиям охраны окружающей среды (см. п. 4.11).

Схема должна обеспечивать оптимальный уровень токов КЗ, значения которых на шинах электростанций и ПС не должны превышать следующих:

Для ограничения уровней токов КЗ следует предусматривать соответствующие схемные и режимные мероприятия.

Особо важным требованием к схеме является обеспечение необходимой надежности, под которой понимается способность выполнять заданные функции, сохраняя эксплуатационные показатели в условиях, оговоренных в нормативных документах. Согласно ПУЭ все электроприемники по требуемой степени надежности разделены на три категории.

Первая категория — электроприемники, нарушение электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, угрозу безопасности государства, значительный материальный ущерб, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения. Эти электроприемники должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источников питания (таковыми, в частности, считаются две системы или две секции шин одной ПС, питающейся от двух источников), и перерыв в их электроснабжении может быть допущен только на время автоматического ввода резервного питания.

Из состава электроприемников первой категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров. Для электроснабжения этой группы электроприемников должен предусматриваться третий (аварийный) независимый источник, мощность которого должна быть достаточна для безаварийного останова производства и который автоматически включается при исчезновении напряжения на основных источниках.

Вторая категория — электроприемники, перерыв электроснабжения которых связан с массовым недоотпуском продукции, простоем рабочих, механизмов и т. п. Эти электроприемники рекомендуется обеспечивать электроэнергией от двух независимых источников питания; при этом допустим перерыв электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания дежурным персоналом или выездной бригадой.

Третья категория — все остальные электроприемники. Электроснабжение этих электроприемников может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента сети, не превышают 1 сутки.

При разработке схемы электроснабжения необходимо иметь в виду, что потребители электроэнергии, как правило, состоят из электроприемников, относящихся к различным категориям по требуемой степени надежности электроснабжения.

В соответствии с действующими нормативными документами схемы присоединения электростанций и ПС к системообразующей сети должны обеспечивать надежность питания энергоузлов и транзит мощности по принципу «N-1». В процессе реализации проектной схемы сети допускается неполное резервирование отдельного энергоузла с ограничением его максимальной нагрузки на время ремонта или замены основного оборудования на 25 %, но не более 400 МВт при внешнем электроснабжении на напряжении 750 кВ, 250 МВт — при 500 кВ, 150 МВт — при 330 кВ и 50 МВт — при 220 кВ (при условии обеспечения питания ответственных потребителей).

Схема и параметры электрической сети должны обеспечивать надежность электроснабжения, при которой в случае отключения любой линии или трансформатора сохраняется питание потребителей без ограничения нагрузки с соблюдением нормативного качества электроэнергии.

Помимо общих требований к надежности и пропускной способности системообразующих и распределительных сетей общего назначения регламентируются соответствующие требования к отдельным группам потребителей — промышленным предприятиям, тяговым подстанциям электрифицированных железных дорог, насосных и компрессорных станций магистральных трубопроводов и других потребителей (пп. 4.6–4.8). В нормативных документах конкретизированы требования по резервированию, количеству цепей и трансформаторов на ПС, схемам присоединения ПС к сети.

Если рассматриваемые варианты схемы существенно различаются по надежности электроснабжения, рекомендуется производить экономическую оценку ущерба от недоотпуска электроэнергии в соответствии с методикой, изложенной в п. 6.5. Учет ущерба от недоотпуска электроэнергии при выполнении технико-экономических расчетов по выбору схем электрических сетей рекомендуется также в следующих случаях:

при расчетах пропускной способности системообразующих сетей по условиям взаиморезервирования;

для определения относительной эффективности различных мероприятий, рекомендуемых для обеспечения требуемой надежности;

при обосновании эффективности повышения уровней надежности (степени резервирования) сверх нормативных требований.

Типы конфигурации электрических сетей и их применение. Общепринятая классификация электрических сетей по их конфигурации отсутствует. Однако, несмотря на многообразие применяемых конфигураций и схем, любую сеть можно расчленить на отдельные участки, опирающиеся на ЦП, и отнести к одному из рассмотренных ниже типов (рис. 4.1).

Одинарная радиальная сеть (далее, для сокращения, тип Р1, рис. 4.1, а) является наиболее дешевой, но обеспечивает наименьшую надежность; получила широкое распространение как первый этап развития сети — при небольших нагрузках присоединенных ПС и возможности их резервирования по сети среднего (СН) или низшего напряжения (НН). При этом для правильного проектирования сети уже на первом этапе следует решить, в каком направлении намечается дальнейшее развитие сети, чтобы привести ее к одному из типов по рис. 4.1, б, в или г.

Двойная радиальная сеть (тип Р2, рис. 4.1, б) за счет дублирования линии (на одних или разных опорах) обеспечивает резервирование питания потребителей. Эта схема характеризуется равномерной загрузкой обеих ВЛ, что соответствует минимуму потерь, не вызывает увеличения токов КЗ в смежных участках сети, позволяет осуществлять четкое ведение режимов работы сети, обеспечивает возможность присоединения ПС по простейшим схемам.

При электроснабжении района от одного ЦП находят применение также замкнутые сети кольцевой конфигурации одинарные (тип З1, рис. 4.1, в) и двойные (тип З2, рис. 4.1, г). Достоинствами этих схем, как и радиальных, являются независимость потокораспределения от перетоков в сети высшего напряжения (ВН), отсутствие влияния на уровень токов КЗ в прилегающих сетях, возможность применения простых схем присоединения ПС.

Широкое применение находит замкнутая одинарная сеть, опирающаяся на два ЦП (тип Д1, рис. 4.1, д). Эта конфигурация образуется в результате поэтапного развития сети между двумя ЦП. Преимуществами такой конфигурации являются возможность охвата территории сетями, создание шин между двумя ЦП для присоединения по мере необходимости новых ПС, уменьшение суммарной длины ВЛ по сравнению с присоединением каждой ПС «по кратчайшему пути» (что приводит к созданию сложнозамкнутой сети), возможность присоединения ПС по упрощенным схемам. Недостатками конфигурации Д1 являются большая вероятность неэкономичного потокораспределения при параллельной работе сетей разных напряжений и повышение уровней токов КЗ, вызывающее необходимость секционирования в нормальных режимах.

Модификацией конфигурации Д1 является замкнутая двойная сеть, опирающаяся на два ЦП (тип Д2, рис. 4.1, е). Применяется при более высоких плотностях нагрузок, обладает практически теми же преимуществами и недостатками, что и конфигурация Д1.

Узловая сеть (тип У, рис. 4.1, ж) имеет более высокую надежность, чем Д1 и Д2, за счет присоединения к трем ЦП, однако плохо управляема в режимном отношении и требует сооружения сложной узловой ПС. Создание такой сети, как правило, бывает вынужденным — при возникновении технических ограничений для дальнейшего использования сети типа Д1.

Многоконтурная сеть (тип М, рис 4.1, з) является, как правило, результатом неуправляемого развития сети в условиях ограниченного количества и неравномерного размещения ЦП. Характеризуется сложными схемами присоединения ПС, трудностями обеспечения оптимального режима, повышенными уровнями токов КЗ.

Основой рационального построения сети является применение простых типов конфигураций и использование в качестве коммутационных пунктов, главным образом, ПС следующей ступени напряжения, являющихся ЦП для проектируемой сети.

Для распределительной сети такими конфигурациями являются в первую очередь двойная радиальная сеть (Р2) и одинарная замкнутая, опирающаяся на два ЦП (Д1). Технико-экономические исследования и анализ области применения этих конфигураций показывают, что применение конфигурации типа Р2 (как правило, на двухцепных опорах) эффективнее при небольших расстояниях от потребителей до ЦП и при высоких уровнях нагрузок. Этот тип сети находит применение для электроснабжения промпредприятий и отдельных районов городов на напряжении 110 кВ (см. пп. 4.5 и 4.8).

Конфигурация Д1 находит широкое применение в сетях 110 кВ для электрификации потребителей сельской местности, а также в распределительных сетях 220 кВ, обеспечивая с наименьшими затратами максимальный охват территории. Техническими ограничениями для конфигурации Д1 являются пропускная способность головных участков, которая должна обеспечивать электроснабжение всех присоединенных ПС в послеаварийном режиме при выходе одного из них, а также предельное количество присоединенных ПС (см. п. 4.4). При возникновении технических ограничений для дальнейшего использования сети типа Д1 она может быть преобразована одним из способов, указанных на рис. 4.2. Схема рис. 4.2, а является предпочтительной, так как не усложняет конфигурацию сети, однако возможность ее применения обусловлена благоприятным размещением нового ЦП относительно рассматриваемой сети; схемы рис. 4.2, б-г приводят к созданию узловых (У) и многоконтурных (М) конфигураций и усложнению схем отдельных ПС; схемы рис. 4.2, в и г применяются в тех случаях, когда сооружение нового ЦП оказывается нецелесообразным.

Конфигурация типа Д2 обладает большой пропускной способностью и может использоваться длительное время без преобразования в другие типы. Она применяется в сетях 110 кВ систем электроснабжения городов, а также в сетях 110–220 кВ для электроснабжения протяженных потребителей — электрифицируемых железных дорог и трубопроводов.

Замкнутые конфигурации, опирающиеся на один ЦП (З1 и З2), используются, как правило, на первом этапе развития сети: первые — в сельской местности с последующим преобразованием в два участка типа Д1, вторые — в городах с последующим преобразованием в два участка типа Д2.

Применение сложнозамкнутых конфигураций распределительной сети (типов У, М) из-за присущих им недостатков (см. выше) нежелательно, однако в условиях развивающейся сети избежать их не удается. По мере появления новых ЦП следует стремиться к упрощению многоконтурной сети; при этом новые ЦП целесообразно размещать в ее узловых точках.

Системообразующие сети характеризуются меньшим многообразием типов конфигурации. Здесь, как правило, применяются конфигурации Д1 и У. При этом в качестве узловых точек используются распредустройства электростанций и часть ПС сети. Конфигурация системообразующей сети усложняется тем больше, чем длительнее она развивается в качестве сети высшего класса напряжения; после «наложения» сети следующего класса напряжения начинается процесс упрощения конфигурации сети низшего напряжения.

Вопросы размещения и способов присоединения ПС, определяющие схему сети, рассматриваются в п. 4.4.

 

4.3. Схемы выдачи мощности и присоединения к сети электростанций

Схема выдачи мощности электростанций зависит от конфигурации и схемы электрической сети энергосистемы, в которой сооружается электростанция, и, в свою очередь, существенно влияет на дальнейшее развитие этой сети.

Схемы выдачи мощности крупных электростанций к узловым ПС основной сети в нормальных режимах работы энергосистемы и в нормальной схеме сети должны обеспечивать возможность выдачи всей располагаемой мощности (за вычетом нагрузки распределительной сети и собственных нужд) на всех этапах сооружения электростанции (энергоблок, очередь).

Схема присоединения АЭС на всех этапах ввода мощности должна обеспечивать выдачу всей располагаемой мощности (за вычетом нагрузки распределительной сети и собственных нужд) в любой период суток или года как при полной схеме сети, так и при отключении любой линии или трансформатора связи шин без воздействия автоматики на разгрузку АЭС.

В схемах присоединения к сети крупных ГЭС и КЭС на органическом топливе на всех этапах ввода мощности рекомендуется обеспечивать возможность выдачи всей располагаемой мощности станции (за вычетом нагрузки распределительной сети и собственных нужд) в любой период суток или года как при работе всех отходящих линий, так и отключении одной из линий.

В качестве расчетного года, как правило, принимается год ввода последнего энергоблока. При этом следует учитывать, что по мере развития энергосистемы и появления новых электростанций район потребления электроэнергии рассматриваемой электростанции сужается; это может привести к изменению потоков мощности по отходящим ВЛ. В связи с этим схема выдачи мощности должна быть проверена на перспективу не менее 5 лет после ввода последнего энергоблока.

Основными принципиальными вопросами являются выбор напряжения, на котором выдается мощность, оптимальное распределение генераторов между РУ разных напряжений, количество отходящих ВЛ на каждом из напряжений, характер и объем потоков обменной мощности.

Требования к главным схемам электрических соединений электростанций регламентированы нормами технологического проектирования АЭС, КЭС и ГЭС.

При напряжениях 330–750 кВ в качестве главных схем электрических соединений электростанций получили широкое использование:

две системы шин с тремя выключателями на две цепи (схема 3/2);

две системы шин с четырьмя выключателями на три цепи (схема 4 / 3);

блочные схемы генератор — трансформатор — линия (ГТЛ) — РУ понижающей ПС соответствующего напряжения.

Некоторое применение получили и другие главные схемы электрических соединений электростанций:

блочные схемы ГТЛ с уравнительно-обходным многоугольником;

схемы многоугольников с числом присоединений, как правило, до четырех, иногда до шести;

схемы связанных многоугольников с двумя связывающими перемычками с выключателями в них.

Современные крупные электростанции сооружаются без РУ генераторного напряжения. На электростанциях рекомендуется применять не более двух РУ повышенных напряжений (220–500 кВ, 330–750 кВ, 500–1150 кВ). Оптимальное распределение генераторов между РУ разных напряжений зависит от их единичной мощности и схемы сети района размещения станции. Современные АЭС и КЭС сооружаются с генераторами мощностью 500–1000 МВт, а ГЭС — до 640 МВт. Сооружение третьих РУ (как правило, 110 кВ) встречается крайне редко — на действующих электростанциях при нагрузке местного района, соизмеримой с мощностью генераторов. В остальных случаях при необходимости устанавливаются АТ 220 (330) / 110 кВ.

Анализ схем выдачи мощности построенных в последние годы или строящихся электростанций показывает, что примерно одинаковое количество электростанций сооружается с одним или двумя РУ.

При двух РУ одно из них имеет, как правило, напряжение 220 или 330 кВ. Такая схема целесообразна при расположении электростанций в районах с высокой плотностью нагрузок (100–150 кВт/км2 и более) и при размещении опорных ПС сети 220–330 кВ на расстоянии 50—100 км от электростанций. К этому РУ присоединяются один-два энергоблока мощностью 300—1000 МВт.

На рис. 4.3, 4.4 и 4.5 приведены примеры схем выдачи мощности АЭС, КЭС на органическом топливе и ГЭС. Большинство АЭС сооружено в западных районах страны, где принята система напряжений 330–750 кВ, и выдают мощность на этих напряжениях (рис. 4.3, а, в); только на одной АЭС выдача мощности осуществляется на напряжениях 220 и 500 кВ (рис. 4.3, б). КЭС на органическом топливе, построенная на востоке страны, выдает мощность на напряжениях 220–500 кВ при двух РУ (рис. 4.4, а, б), 500 и 1150 кВ — при одном РУ (рис. 4.4, в). Большая часть ГЭС сооружается с системой напряжений 220–500 кВ (рис. 4.5, а, б, в).

При выборе схем присоединения к сети ГАЭС определяющим в большинстве случаев является насосный режим, так как мощность, получаемая в этом режиме от тепловых электростанций системы, как правило, превышает мощность, выдаваемую в сеть в часы максимума нагрузки. Кроме того, продолжительность насосного режима превышает продолжительность режима выдачи мощности. Эти обстоятельства должны учитываться при определении необходимой пропускной способности сетей и расчета потерь электроэнергии на ее транспорт.

Рост значений токов КЗ в энергосистемах привел к применению схем без установки АТ связи между двумя РУ ВН (рис. 4.4, б) или с двумя РУ одного напряжения с их параллельной работой через сети энергосистемы (рис. 4.4, в). Применение таких схем возможно в редких случаях при соответствии мощности, присоединяемой к шинам каждого РУ, и пропускной способности присоединенной к нему сети в нормальных, послеаварийных и ремонтных режимах.

При размещении электростанций в непосредственной близости от узловых ПС сети ВН применяется присоединение блоков электростанции непосредственно к РУ ПС (рис. 4.4, г).

Количество отходящих ВЛ на каждом напряжении определяется использованием их пропускной способности, которая, в свою очередь, зависит от размещения электростанций относительно центров нагрузки и от конфигурации сети. Например, большинство АЭС, расположенных в европейской части страны с развитой электрической сетью, становятся коммутационными узлами энергосистемы с большим количеством отходящих ВЛ, суммарная пропускная способность которых превышает мощность присоединенных генераторов (рис. 4.3, а, б). Этому способствует также необходимость выдачи всей мощности АЭС при выходе из работы любой ВЛ.

На схемы выдачи мощности ТЭЦ влияет то обстоятельство, что они сооружаются на территории или вблизи крупных городов или промышленных узлов. Это предопределяло выдачу мощности ТЭЦ на генераторном напряжении и на напряжении основной распределительной сети, как правило, 110 кВ (рис. 4.6, а). Однако за последнее время схемы выдачи мощности ТЭЦ претерпели такую же эволюцию, как и схемы КЭС: рост единичной мощности агрегатов и суммарной мощности ТЭЦ, применение дальней теплофикации и отдаление площадок ТЭЦ от потребителей привели к отказу от сооружения РУ генераторного напряжения и к повышению напряжения сети для выдачи мощности. На современных ТЭЦ блоки присоединяются к РУ 110–220 кВ (рис. 4.6, б).

Стремление упростить схемы выдачи мощности ТЭЦ привело к появлению схем, в которых РУ на ТЭЦ не сооружаются, а повышающие трансформаторы блоков присоединяются отдельными линиями к сети 110 кВ (рис. 4.6, в). Применение таких схем целесообразно при размещении ТЭЦ вблизи подстанций 220 (330)/110кВ, на шины которых может быть выдана вся мощность ТЭЦ. При блочном присоединении повышающих трансформаторов ТЭЦ к ПС энергосистемы между трансформаторами и генераторами устанавливаются выключатели.

В последние годы наметилась тенденция к снижению мощности новых электростанций и энергоблоков с широким использованием парогазовых (ПГУ) и газотурбинных установок (ГТУ). Первые нашли применение при строительстве тепловых электростанций последнего поколения, а вторые — для электроснабжения и резервирования узлов нагрузки и отдельных потребителей. ГТЭС являются, как правило, многоагрегатными электростанциями с одной секционированной системой сборных шин; при этом выдача мощности осуществляется на генераторном напряжении, а в отдельных случаях и по ВЛ 110 (220) кВ.

 

4.4. Схемы присоединения к сети понижающих подстанций

Понижающие ПС предназначены для распределения энергии по сети НН и создания пунктов соединения сети ВН (коммутационных пунктов). Определяющей для выбора места размещения ПС является схема сети, для питания которой она предназначена. Оптимальная мощность и радиус действия ПС определяются плотностью нагрузок в районе ее размещения и схемой сети НН. При большой плотности нагрузок, сложной и разветвленной сети НН следует рассматривать целесообразность разукрупнения подстанций ВН для повышения надежности питания и снижения стоимости сооружения сети НН.

Нормативными документами классификация ПС по их месту и способу присоединения к сети не установлена. Исходя из применяющихся типов конфигурации сети (см. п. 4.2) и возможных схем присоединения ПС их можно подразделить на следующие (рис. 4.7):

тупиковые — питаемые по одной (рис. п. 4.7, а) или двум радиальным линиям; схема 4.7, а рассматривается как первый этап развития сети с последующим преобразованием в схему 4.7, б или 4.7, д;

ответвительные — присоединяемые к одной (рис. 4.7, в) или двум (рис. 4.7, г) проходящим ВЛ на ответвлениях; схема 4.7, в является первым этапом развития с последующим преобразованием в схему 4.7, г или д;

проходные — присоединяемые к сети путем захода одной линии с двусторонним питанием (рис. 4.7, д);

узловые — присоединяемые к сети не менее чем по трем питающим линиям (рис. 4.7, е, ж).

Ответвительные и проходные ПС объединяют термином промежуточные, который определяет размещение ПС между двумя ЦП сети (или узловыми ПС).

Проходные или узловые ПС, через шины которых осуществляются перетоки между отдельными точками сети, называют транзитными.

В технической литературе и некоторых нормативных документах иногда используется термин опорная ПС, под которым, как правило, подразумевают ПС более высокой ступени напряжения (например, ПС 220/110 кВ при рассмотрении сети 110 кВ). Однако этот же термин используется для определения эксплуатационной роли ПС. Поэтому для ПС, питающих сеть рассматриваемого напряжения, целесообразно использовать термин центр питания (ЦП).

В табл. 4.3 приведены данные статистического анализа частоты применения приведенных выше схем присоединения ПС в сетях 110–330 кВ.

Из приведенных данных видно, что большинство ПС присоединяется к сети по двум линиям. Имеется тенденция к увеличению доли таких схем за счет уменьшения доли ПС, присоединяемых на первом этапе по одной линии. Удельный вес узловых ПС увеличивается с ростом напряжения сети, одновременно снижается доля тупиковых и ответвительных ПС. Наиболее распространенным типом ПС 110–330 кВ является проходная.

Таблица 4.3

Анализ схем построения электрических сетей 110–330 кВ показывает, что к узловым ПС целесообразно присоединять до четырех ВЛ; большее число линий является, как правило, следствием неуправляемого развития сети, неудачного выбора конфигурации или запаздывания сооружения в рассматриваемой точке сети ЦП ВН.

Схемы присоединения ПС к сети, допустимое количество промежуточных ПС между двумя ЦП выбираются в зависимости от величины нагрузки и ответственности потребителей ПС, протяженности рассматриваемого участка сети, целесообразности его секционирования и необходимости сохранения транзита мощности. Для некоторых групп потребителей (тяговые подстанции железной дороги, насосные и компрессорные станции магистральных трубопроводов, объекты нефтяных месторождений Западной Сибири, крупнейшие города) эти вопросы регламентированы ведомственными и нормативными документами. Рекомендации по схемам присоединения ПС для характерных групп потребителей приведены далее (см. пп. 4.5–4.9).

Для выполнения проектов понижающих ПС в схемах развития энергосистем и электрических сетей предварительно должны быть определены: район размещения ПС, электрические нагрузки на расчетные периоды, напряжения РУ, количество и мощность трансформаторов, количество, направление и нагрузка линий по напряжениям, тип и мощность КУ, расчетные значения токов КЗ, рекомендации по главной схеме электрических соединений.

Основные требования к главным схемам электрических соединений:

схема должна обеспечивать надежное питание присоединенных потребителей в нормальном, ремонтном и послеаварийном режимах в соответствии с категориями нагрузки по надежности электроснабжения с учетом наличия или отсутствия независимых резервных источников питания;

схема должна обеспечивать надежность транзита мощности через ПС в нормальном, ремонтном и послеаварийном режимах в соответствии с его значением для рассматриваемого участка сети;

схема должна быть по возможности простой, наглядной, экономичной и обеспечивать возможность восстановления питания потребителей в послеаварийной ситуации средствами автоматики без вмешательства персонала;

схема должна допускать поэтапное развитие РУ с переходом от одного этапа к другому без значительных работ по реконструкции и перерывов в питании потребителей;

число одновременно срабатывающих выключателей в пределах одного РУ должно быть не более двух при повреждении линии и не более четырех при повреждении трансформатора.

Одним из важнейших принципов построения сети, обеспечивающих требования надежности и минимума приведенных затрат, является унификация конструктивных решений по ПС. Наибольший эффект может быть достигнут при унификации ПС массового применения, являющихся элементами распределительной сети энергосистем. Необходимым условием для этого является типизация главных схем электрических соединений, определяющих технические решения при проектировании и сооружении ПС. Типовые схемы утверждены ОАО «ФСК ЕЭС» 20.12.2007 г. (СТО 5694700729.240.30.010-2008).

Главная схема электрических соединений ПС выбирается с использованием типовых схем РУ 35-750 кВ, нашедших широкое применение при проектировании. Отступления от типовых схем допускаются при наличии технико-экономических обоснований и согласования с утверждающими инстанциями. В последней редакции количество типовых схем значительно увеличено (с 14 до 20); вместе с тем из этого числа выделено 11 схем, рекомендуемых в первую очередь. Следует однако отметить, что введение ряда новых схем представляется недостаточно мотивированным, так как не учитывает принципы построения сети.

На рис. 4.8 приведены типовые схемы РУ 35-750 кВ, а в табл. 4.4 — перечень схем и области их применения. Типовые схемы РУ обозначаются двумя числами, указывающими напряжение сети и номер схемы (например, 110-5Н, 330-7 и т. п.). Номера схем не изменялись с первой редакции типовых схем; в дальнейшем некоторые схемы исключались из числа типовых.

В период строительства электрических сетей высокими темпами, на этапе «электрификации вширь» (1960–1985 гг.), на ПС 110 кВ (частично — 35 и 220 кВ) с упрощенными схемами на ВН в качестве коммутационных аппаратов получили широкое распространение отделители и короткозамыкатели. Простота конструкции и их относительная дешевизна по сравнению с выключателями позволила обеспечить массовое строительство ПС в короткие сроки. В то же время эти аппараты обладают определенными конструктивными

дефектами и эксплуатационными недостатками. Принципиальным недостатком схем с отделителями и короткозамыкателями является то, что искусственно создаваемое КЗ для отключения поврежденного участка сети в бестоковую паузу с помощью отделителя резко увеличивает общую продолжительность наиболее тяжелых условий работы выключателей на смежных ПС. Поэтому в настоящее время использование отделителей и короткозамыкателей на вновь сооружаемых ПС прекращено, а при реконструкции действующих ПС они должны заменяться выключателями.

К номерам типовых схем, в которых отделители и короткозамыкатели заменены на выключатели, добавлен индекс «Н» (3Н, 4Н, 5Н, 5АН).

Для РУ ВН, характеризующихся меньшим числом присоединений, как правило, применяются более простые схемы: без выключателей или с числом выключателей один и менее на каждое присоединение. Для РУ СН применяются схемы с системами шин и с числом выключателей более одного (до 1,5) на присоединение.

Таблица 4.4

Продолжение табл. 4.4

Продолжение табл. 4.4

Окончание табл. 4.4

Блочные схемы 1, 3Н являются, как правило, первым этапом двухтрансформаторной ПС с конечной схемой «сдвоенный блок без перемычки».

Схема 1 применяется в условиях загрязненной атмосферы, где целесообразна установка минимума коммутационной аппаратуры, или для ПС 330 кВ, питаемых по двум коротким ВЛ. Сдвоенная схема 3Н применяется вместо схемы 4Н в условиях стесненной площадки.

Мостиковые схемы 5, 5Н и 5АН находят широкое применение в сетях 110–220 кВ. На первом этапе в зависимости от схемы сети возможна схема укрупненного блока (два трансформатора и одна ВЛ) либо установка одного трансформатора; в последнем случае количество выключателей определяется необходимостью. Вновь введенная в новой редакции типовых схем схема 6 является, по существу, одним из вариантов первого этапа.

Схемы многоугольников. Схема 7 применяется на напряжении 220 кВ при невозможности использования схем 5Н или 5АН, а на напряжении 330–750 кВ — для всех ПС, присоединенных к сети по двум ВЛ. На напряжении 110 кВ практически не используется. На первом этапе при одном АТ устанавливается три выключателя.

Схема 8 (шестиугольник) включена в последнюю редакцию взамен схемы расширенного четырехугольника. Вследствие свойственных схеме 8 недостатков (разрыв сети при совпадении ремонта любого выключателя с автоматическим отключением одного из присоединений) практического применения не имеет. Для узловых ПС 110–220 кВ предпочтение отдается схемам с одной системой шин, а для ПС 330 кВ — схемам «трансформатор — шины» или полуторная.

Схемы с одной и двумя системами шин применяются для РУ ВН узловых ПС 35-220 кВ и РУ СН (НН) подстанций 330–750 кВ. Схема 9 используется, как правило, на стороне СН и НН ПС 110–330 кВ.

Схема 110-12 используется на стороне ВН узловых ПС в сети 110 кВ (как правило, 4 ВЛ), схемы 110-12 и 220*12 — на стороне СН ПС 220 (330) /110/ НН кВ и 500/110/НН кВ.

Ограничением для применения схемы 12 и замены ее схемой 13 является присоединение к каждой секции шин ПС более одной радиальной ВЛ. Однако, как следует из п. 4.2, сохранение радиальных ВЛ в течение длительного времени маловероятно.

При рассмотрении области применения схем 12–14 следует руководствоваться «Общими техническими требованиями к подстанциям 330–750 кВ нового поколения» (ОАО «ФСК ЕЭС», 2004 г.), согласно которым для РУ 220 кВ, как правило, применяются одинарные секционированные системы шин, двойные и обходные системы шин применяются только при специальном обосновании, в частности, в недостаточно надежных и нерезервированных электрических сетях.

Поскольку основой рационального построения распределительной сети 110–220 кВ является использование замкнутых либо двойных радиальных конфигураций (см. п. 4.2), основной рекомендуемой схемой для РУ СН 110–220 кВ становится одинарная секционированная система шин (схема 9).

В этих условиях включение в число рекомендуемых новых схем с одной системой шин — с присоединением трансформаторов через развилку из двух выключателей или «ответственных» ВЛ через полуторную цепочку (схемы 9Н, 9АН и 12Н) — представляется немотивированным, а условия их применения — неопределенными:

учитывая требования выбора мощности трансформаторов с обеспечением питания полной нагрузки при их отключении (см. п. 5.3.12), невозможно выявить «повышенные требования», при которых целесообразно дублировать выключатели СН в цепи трансформаторов;

в замкнутой распределительной сети с изменяющимися во времени режимами и ролью отдельных участков не представляется возможным выделить более или менее ответственные линии.

Схемы трансформаторы — шины и с полутора выключателями на присоединение 15–17 применяются для РУ ВН подстанций 330–750 кВ и РУ СН ПС 750/330, 500/220 и 1150/500 кВ. Схемы 16–17 для напряжений 220–500 кВ применяются, как правило, на стороне СН. При четырех АТ (схемы 15, 16) или числе линий больше шести (схемы 16, 17), а также по условиям устойчивости системы проверяется необходимость секционирования шин.

Схемы РУ 10 (6) кВ приведены на рис. 4.9. Схема с одной секционированной выключателем системой шин (рис. 4.9, 1) применяется при двух трансформаторах с нерасщепленными обмотками НН, схема с двумя секционированными системами шин (рис. 4.9, 2 ) — при двух трансформаторах с расщепленной обмоткой НН или сдвоенных реакторах, схема с тремя или четырьмя одиночными секционированными системами шин (рис. 4.9, 3 ) — при двух трансформаторах с расщепленной обмоткой НН и сдвоенных реакторах. При соответствующем обосновании допускается установка второго секционного выключателя.

Синхронный компенсатор присоединяется непосредственно к обмотке НН АТ по блочной схеме (рис. 4.9, 4) с пуском через реактор.

Батареи статических конденсаторов при их присоединении на НН подключаются обычно к секциям РУ НН.

Для РУ 20 кВ — напряжения, получившего ограниченное распространение (см. п. 4.1) — рекомендуется в основном схема с одной секционированной системой шин (схема 9), для отдельных присоединений с тупиковыми однотрансформаторными ПС — блочная схема (3Н).

Для ПС с ВН 35-220 кВ освоено заводское изготовление блочных комплектных ТП (КТП) — КТПБ (см. п. 5.8). На рис. 4.10 приведены схемы выпускаемых заводом КТПБ 110 кВ, выполненных по упрощенным схемам с выключателями на ВН.

Схемы КТПБ 220 кВ с упрощенными схемами на стороне ВН приведены на рис. 4.11. Целесообразное количество ВЛ 110 кВ, отходящих от подстанций с ВН 220 кВ, приведено ниже:

 

4.5. Схемы внешнего электроснабжения промышленных предприятий

Концентрация крупных производств на сравнительно малой территории приводит к созданию крупных нагрузочных узлов. Многообразие конкретных условий, которые нужно учесть при проектировании электроснабжения предприятий разных отраслей, приводит к многообразию схем внешнего электроснабжения. Однако практика проектирования выявила для этих потребителей характерные особенности, определила общий подход и создала ряд характерных схем.

Выбор схемы и напряжения сети внешнего электроснабжения производится на основе технико-экономического сравнения возможных вариантов с учетом перспективы развития предприятия, чтобы осуществление первой очереди не приводило к большим затратам, связанным с последующим развитием.

При проектировании схемы электроснабжения промышленного предприятия следует учитывать потребность в электроэнергии всех потребителей района — городов и поселков, сельского хозяйства. Схема должна оптимизироваться с учетом интересов всех рассматриваемых потребителей.

Основным источником электроснабжения, как правило, являются энергетические системы. Исключение составляют предприятия с большим теплопотреблением, для которых основным источником может являться ТЭЦ. При этом обязательно предусматривать связь ТЭЦ с энергосистемой, как правило, на напряжении 110 кВ и выше.

Общей тенденцией построения современных схем электроснабжения промышленных предприятий является применение глубоких вводов — максимальное приближение источников питания к электроустановкам предприятий, сведение к минимуму количества сетевых звеньев и ступеней трансформации, дробление ПС ВН при размещении предприятий на значительной территории.

Применяемые для внешнего электроснабжения промпредприятий напряжения зависят от напряжения электрических сетей энергосистемы в районе размещения предприятий и от их нагрузки.

Для электроснабжения предприятий с небольшой нагрузкой используются сети 10 кВ с питанием их от ближайших ПС 110 кВ энергосистемы; для электроснабжения средних и крупных предприятий, как правило, применяются сети 110 кВ, в отдельных случаях — 220–500 кВ.

Используются следующие основные схемы распределения электроэнергии:

главная понижающая ПС (ГПП) предприятия 220–500/110 кВ для распределения электроэнергии между ПС глубоких вводов (ПГВ)

110/10 (6) кВ; ГПП в отдельных случаях целесообразно совмещать с ПС энергосистемы, предназначенной для электроснабжения района;

ряд ПС 110/10 (6) кВ, присоединяемых к сети 110 кВ системы;

ПГВ 220/10 (6) кВ — для крупных предприятий с сосредоточенной нагрузкой.

Подавляющее большинство крупных промышленных предприятий имеет потребителей 1-й и 2-й категорий, поэтому их внешнее электроснабжение осуществляется не менее чем по двум линиям.

Предпочтительной является схема, при которой линии выполняются на отдельных опорах и идут по разным трассам (или каждая ПС питается по двум цепям, подвешенным на опорах разных двухцепных ВЛ). Выбор пропускной способности питающих линий производится таким образом, чтобы при выходе из работы одной из них оставшиеся обеспечивали питание приемников электроэнергии 1-й и 2-й категорий, необходимых для функционирования основных производств.

ПГВ выполняются, как правило, по простейшим схемам с минимальным количеством оборудования на напряжении ВН.

На рис. 4.12-4.16 приведены примеры схем внешнего электроснабжения крупных промышленных предприятий.

Для обеспечения потребности в тепле химкомбината (рис. 4.12) предусмотрена ТЭЦ мощностью 200 МВт. Недостающая мощность подается из системы по сети 220 кВ. Для приема этой мощности предусмотрена ГПП 220/110/10 кВ, которая служит для питания нагрузок электролиза на 10 кВ, для распределения электроэнергии по территории комбината к ПГВ 110/6 кВ и приема мощности от ТЭЦ на напряжении 110 кВ.

Сравнительно небольшое потребление тепла заводом минеральных удобрений (рис. 4.13) удовлетворяется от котельной; 90 % электрической нагрузки приходится на потребителей 1-й категории. В связи с этим три ПГВ 110/6 кВ выполняют по схеме двух блоков линия — трансформатор с возможностью покрытия всей нагрузки от одного блока.

Потребность в тепле нефтехимкомбината (рис. 4.14) удовлетворяется от ТЭЦ мощностью 150 МВт, дефицит электрической мощности — от районной ПС 330/110 кВ. Мощность распределяется как от шин 6 кВ ТЭЦ, так и от пяти ПГВ 110/6 кВ.

Схема электроснабжения алюминиевого завода, показанная на рис. 4.15, осуществляется с помощью трансформаторов 220/10 кВ с расщепленной обмоткой 10 кВ мощностью по 180 МВ-А. От каждого трансформатора питаются две серии последовательно соединенных ванн. На каждые четыре рабочих трансформатора устанавливается один резервный, подключенный к трансферной системе шин, который может заменить любой из рабочих переключением на стороне 10 кВ (в нормальном режиме он отключен со стороны 10 кВ). Рабочие трансформаторы подключены блоками с ВЛ 220 кВ от источника питания (в рассматриваемом случае — крупная ГЭС). При ремонте одного из рабочих трансформаторов питающая его ВЛ присоединяется к трансферной системе и питает разервный; при аварии одной из ВЛ она отключается вместе со своим трансформатором, а одна из оставшихся в работе присоединяется к трансферной системе и временно питает два трансформатора — рабочий и резервный. Кратковременный перерыв в электроснабжении, необходимый для производства переключений, допустим за счет тепловой инерции ванн.

Электроснабжение металлургических заводов (рис. 4.16, а) осуществляется от районных ПС 220–500/110 кВ и ТЭЦ по двухцепным ВЛ 110 кВ, к каждой из которых присоединяется ряд двухтрансформаторных ПГВ 110/10 (6) кВ, выполняемых по типовой схеме 110-4Н. В отдельных случаях при большом количестве ВЛ и ПГВ сооружаются также узловые распределительные пункты (УРП) 110 кВ. Такие схемы используются для расширяемых существующих заводов.

При использовании на заводах дуговых сталеплавильных печей необходимо проверить их влияние на системы электроснабжения. При необходимости повышения мощности КЗ в общих ЦП печей и других потребителей могут применяться следующие мероприятия:

питание дуговых сталеплавильных печей через отдельные трансформаторы;

уменьшение индуктивного сопротивления питающих линий (например, продольная компенсация на ВЛ соединяющих ЦП с источниками);

включение на параллельную работу двух питающих дуговую печь линий и трансформаторов на стороне ВН и НН.

Крупномасштабное освоение нефтяных месторождений и переработки попутного газа в Западной Сибири, характеризующихся сложными климатическими условиями и высокими требованиями к надежности электроснабжения, вызвало появление особых требований к построению схем электроснабжения. На основании проектов технологической части, обобщения опыта проектирования, строительства и эксплуатации систем электроснабжения этих объектов установлены категории отдельных электроприемников по надежности электроснабжения. Принято, что электроснабжение объектов нефтедобычи и переработки попутного газа должно обеспечиваться без ограничений как в нормальных, так и в послеаварийных режимах при отключении любого элемента электрической сети. Принято положение о проектировании схем электроснабжения нефтяных месторождений и переработки попутного газа в Западной Сибири, которое устанавливает следующие требования и рекомендации:

электроснабжение вновь вводимых нефтяных месторождений, как правило, осуществляется на напряжении 110 кВ, а при наличии обоснований — на 220 кВ;

на нефтяных месторождениях с объемом добычи нефти до 2 млн т в год допускается предусматривать сооружение одной ПС, более 2 млн т в год — не менее двух ПС; в первом случае рекомендуется присоединение ПС в транзит ВЛ с двусторонним питанием или двумя одноцепными тупиковыми ВЛ (допускается двухцепная ВЛ на стальных опорах — при наличии обоснований), во втором случае ПС должны питаться от независимых источников не менее чем по двум ВЛ, прокладываемым по разным трассам;

для электроснабжения компрессорных станций (КС) газлифта, водозаборов, газоперерабатывающих заводов и головных КС при каждом объекте сооружается ПС 110–220 кВ, подключаемая к независимым источникам питания не менее чем по двум одноцепным ВЛ или заходом одной цепи ВЛ с двусторонним питанием;

размещение ПС принимается с максимально возможным приближением к технологическим объектам;

на ПС предусматривается установка двух трансформаторов из условий резервирования 100 % нагрузки;

для ВЛ 110 кВ в качестве рационального типового сечения провода рекомендуется АС 120–150 (при наличии обоснований — до АС-240), для ВЛ 220 кВ — АС-240-300.

Схемы присоединения ПС к различным конфигурациям сети приведены в табл. 4.5.

Таблица 4.5

 

4.6. Схемы внешнего электроснабжения электрифицированных железных дорог

Электрифицированные железные дороги занимают особое место среди потребителей электроэнергии. Эта специфика определяется конфигурацией электрической сети, сооружаемой для электрификации железной дороги (географически протяженный потребитель с близкими значениями нагрузок тяговых ПС, расположенных примерно на равных расстояниях одна от другой), и высокими требованиями к надежности электроснабжения.

Электрификация железных дорог проектируется, как правило, на переменном однофазном токе промышленной частоты напряжением 25 кВ в контактной сети (номинальное напряжение на шинах тяговых ПС — 27,5 кВ), а при наличии обоснований — на постоянном токе напряжением 3 кВ (номинальное напряжение на шинах тяговых ПС — 3,3 кВ).

Электрификация на постоянном токе используется, как правило, при усилении или продлении действующих электрифицированных участков, выполненных на напряжении 3,0 кВ.

При электрификации на переменном токе тяговые ПС располагаются, как правило, на расстоянии 40–50 км одна от другой, при постоянном токе — на расстоянии 20–25 км. Соответственно электрические нагрузки тяговых ПС при переменном токе существенно больше, чем при постоянном.

В последнее время внедряется также система электрификации на переменном токе 2×25 кВ, позволяющая сохранить напряжение 25 кВ в контактной сети, но большую часть энергии передавать от тяговых ПС к электровозам на напряжении 50 кВ. Для этого кроме контактного подвешивается дополнительный питающий провод, напряжение которого по отношению к земле равно 25 кВ, а к контактному проводу — 50 кВ. Питание электровозов осуществляется через линейные АТ 50/25 кВ, устанавливаемые между тяговыми ПС через 8-15 км и подключаемые крайними выводами к контактному и питающему проводам, а средним — к рельсам. На тяговых ПС устанавливаются однофазные трансформаторы с двумя вторичными обмотками 27,5 кВ каждая, соединяемыми последовательно. При одинаковом размещении тяговых ПС потери мощности в системе 2×25 кВ в 1,5–2 раза ниже, чем в системе 25 кВ. При увеличении расстояния между ПС в системе 2×25 кВ в 1,7–1,8 раза по сравнению с системой 25 кВ потери в обеих системах равны.

Тяговые ПС по надежности электроснабжения приравниваются к потребителям первой категории и должны обеспечиваться двусторонним питанием. При выборе схемы должен решаться вопрос о комплексном электроснабжении электрифицируемых железных дорог и всех других потребителей в прилегающем районе.

Питание тяговых ПС осуществляется от одноцепных или двухцепных линий электропередачи 110 кВ (при электрификации на переменном токе — также и 220 кВ), сооружаемых для этой цели, как правило, вдоль железной дороги. Присоединение этих так называемых тяговых линий электропередачи в свою очередь осуществляется к расположенным вблизи железных дорог или вновь сооружаемым ПС 500–220 кВ.

Выбор схемы электроснабжения должен производиться на основании технико-экономического сравнения возможных вариантов в зависимости от следующих факторов:

расстояния между источниками питания;

нагрузки тяговых и районных потребителей и динамики их развития;

количества тяговых и районных ПС;

конкретных условий в энергосистеме (наличия тех или иных напряжений питающей сети, необходимости использования тяговых линий электропередачи в качестве сетевых связей и т. п.).

При наличии развитой распределительной сети 110–220 кВ в районе железной дороги, что имеет место на большей части обжитой территории страны, отдельные тяговые ПС могут получать питание непосредственно от районных ПС энергосистемы или присоединяться к существующей сети.

Требования к схемам присоединения к сети тяговых ПС сводятся к следующему:

по двухцепной тупиковой ВЛ рекомендуется питание одной тяговой ПС; присоединение к этой ВЛ других ПС, не питающих тягу, не допускается;

при питании двух тупиковых параллельных одноцепных ВЛ от разных секций системы сборных шин допускается присоединение к этим ВЛ в рассечку двух тяговых ПС;

при присоединении ПС к одноцепной ВЛ с двусторонним питанием (рис. 4.17, б) между двумя узловыми ПС допускается включение не более пяти промежуточных ПС для ВЛ 220 кВ при электрификации дороги на переменном и постоянном токе и ВЛ 110 кВ при электрификации на постоянном токе и не более трех ПС для ВЛ 110 кВ при электрификации дороги на переменном токе;

к двухцепной ВЛ с двусторонним питанием допускается присоединение одной тяговой ПС на ответвлениях к обеим цепям;

от двух одноцепных ВЛ с двусторонним питанием (рис. 4.17, в) между двумя узловыми ПС включается такое же количество промежуточных ПС, как и от двухцепных ВЛ;

для тяговых ПС, присоединяемых на ответвлениях или питаемых по двухцепным тупиковым ВЛ, принимается типовая схема электрических соединений 4Н (рис. 4.8, табл. 4.4), а для промежуточных ПС, включаемых в рассечку одноцепных и двухцепных ВЛ — типовые схемы 5Н и 5АН.

При прохождении в особо гололедных районах тяговые ВЛ и ответвления от них выполняются на одноцепных опорах независимо от схем питания тяговых ПС; на тяговых ВЛ, проходящих в районе с гололедными условиями и наблюдавшейся пляской проводов, должны предусматриваться мероприятия по плавке гололеда.

На слабозагруженных участках железных дорог (до 24 пар поездов в сутки) допускается обеспечение надежности питания тяговых ПС как потребителей II категории: одностороннее питание тяговых ПС, питание тяговых ПС от одной секционированной ВЛ при условии подключения смежных ПС к разным секциям ВЛ, подключение ПС к питающей ВЛ отпайкой с помощью одного ввода с выключателем.

Схема электроснабжения электрифицируемой железной дороги должна быть тесно увязана со схемой электроснабжения районных потребителей. От тяговых ПС осуществляется также электроснабжение районных потребителей в пределах экономически целесообразного радиуса действия сетей 35–10 кВ.

Возможные варианты электроснабжения районных потребителей от тяговых ПС приведены на рис. 4.18. На тяговых ПС постоянного тока обычно устанавливаются трансформаторы напряжением 110/10 кВ. Тяговые трансформаторы в блоке с выпрямительными агрегатами подключаются к шинам 10 кВ. Питание районных потребителей может осуществляться от общих двух- или трехобмоточных трансформаторов.

Питание района от тяговых ПС переменного тока с высшим напряжением 110 кВ может осуществляться от трехобмоточных тяговых трансформаторов или от отдельных трансформаторов.

Если для электроснабжения района требуется одно питающее напряжение, наиболее целесообразна схема питания от третьей обмотки тяговых трансформаторов. При наличии существующей районной нагрузки на двух напряжениях может оказаться более экономичным вариант питания тяговых и районных потребителей от отдельных трансформаторов. Эффективность схемы раздельного питания возрастает в случаях, когда для питания тяги можно ограничиться установкой одного трансформатора, а также когда тяговая ПС сооружается вблизи действующей районной ПС. Для тяговых ПС переменного тока с высшим напряжением 220 кВ целесообразно питание районной и тяговой нагрузок от общих трехобмоточных трансформаторов или АТ 220/110/25 кВ (при наличии нагрузки на напряжении 110 кВ).

Электрификация на переменном однофазном токе обуславливает появление несимметричного напряжения в сети общего пользования, присоединенной к тяговой ПС. При превышении допустимых значений несимметрии на тяговых ПС должны устанавливаться фильтрующие устройства.

 

4.7. Схемы внешнего электроснабжения магистральных нефтепроводов и газопроводов

Магистральные нефтепроводы и газопроводы как потребители электроэнергии имеют те же особенности, что и электрифицированные железные дороги: протяженный характер с близкими значениями нагрузок нефтеперекачивающих станций (НПС) нефтепроводов и КС газопроводов, расположенных примерно на равных расстояниях одна от другой, а также высокие требования к надежности электроснабжения.

Подстанции, питающие НПС магистральных нефтепроводов, располагаются, как правило, на расстоянии 40–50 км одна от другой, а КС магистральных газопроводов — на расстоянии 80–90 км.

На насосных установках НПС используется электрический привод, на газоперекачивающих агрегатах КС — электрический или газотурбинный привод. При газотурбинном приводе электрические нагрузки КС незначительны, электроснабжение осуществляется от ближайших ПС сети на напряжении 10—110 кВ или от электростанции малой мощности, установленной на КС. На электроприводных КС электрические нагрузки достаточно велики; для электроснабжения КС требуется сооружение сетей напряжением 110–330 кВ.

Выбор типа привода на КС выполняется на основе совместного рассмотрения технологической части и схемы внешнего электроснабжения. Поэтому разработку этой схемы обычно выполняют для двух вариантов привода.

Категорийность отдельных электроприемников НПС и КС и категорийность указанных объектов в целом в отношении обеспечения надежности электроснабжения принимаются в соответствии с табл. 4.6.

Таблица 4.6

Окончание табл. 4.6

Подстанции при НПС и КС должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источников. Головные НПС и электроприводные КС должны питаться не менее чем по двум одноцепным ВЛ независимо от их протяженности; газотурбинные КС допускается питать по двухцепным ВЛ, за исключением головных КС, а также КС, расположенных в особо гололедных, заболоченных и труднодоступных районах.

Требования к схемам присоединения ПС для электроснабжения НПС и КС к разным конфигурациям сети состоят в следующем:

к двум одноцепным тупиковым ВЛ, питающим ПС при НПС и КС, относящихся к 1-й категории по требованиям надежности, допускается присоединение трех, а относящихся ко 2-й категории, — четырех ПС, включая ПС прочих потребителей;

к двухцепной тупиковой ВЛ допускается присоединение двух ПС, в том числе не более одной, питающей НПС или КС; ответвление от ВЛ выполняется на двухцепных опорах;

при присоединении к одноцепной ВЛ с двусторонним питанием число промежуточных ПС между узловыми не должно превышать трех, включая ПС, питающие прочих потребителей (рис. 4.17, а), при этом ПС при НПС и КС должны присоединяться одноцепными, а прочие могут присоединяться двухцепными заходами ВЛ;

к двухцепной ВЛ с двусторонним питанием на участке между двумя соседними узловыми ПС допускается присоединение до пяти ПС с учетом последовательности чередования их присоединения (рис. 4.17, б ); при этом ПС при НПС и КС должны подключаться одноцепными заходами ВЛ.

Для ПС при НПС и КС, присоединяемых на ответвлениях или питаемых по двухцепным тупиковым ВЛ, должна применяться типовая схема электрических соединений 4Н (рис. 4.8), а для промежуточных ПС, включаемых в рассечку одноцепных и двухцепных ВЛ, — схемы 5Н, 5АН.

При размещении ПС при НПС и КС в районах с минимальной температурой воздуха минус 45 °C и ниже:

следует применять электрооборудование холодостойкого исполнения и арктические изоляционные масла или устанавливать электрооборудование внутри помещений;

на ПС 220 и 110 кВ при головных НПС и КС, а также электроприводных КС вне помещений следует применять масляные выключатели; применение воздушных выключателей не рекомендуется.

Выбор мощности трансформаторов на ПС при НПС и КС следует производить с учетом обеспечения ими полной производительности и нормальных оперативных переключений технологических агрегатов (пуск резервного, а затем остановка рабочего) в режиме длительного отключения одного трансформатора.

В схемах внешнего электроснабжения необходимо рассматривать вопросы обеспечения пуска и самозапуска синхронных и асинхронных электродвигателей 6—10 кВ.

При выборе схемы должен решаться вопрос о комплексном электроснабжении магистральных нефте- и газопроводов и других потребителей в прилегающем районе. От ПС при НПС и КС может обеспечиваться электроснабжение районных потребителей в пределах экономически целесообразного радиуса действия сетей 10-110 кВ. В технологическом РУ 6-10 кВ НПС и КС при необходимости предусматривается до четырех ячеек отходящих линий для районных потребителей.

При отсутствии районных потребителей следует рассматривать вопрос о целесообразности совмещения технологического РУ 6-10 кВ и питающей ПС.

 

4.8. Схемы электрических сетей городов

В России насчитывается около 3000 городов (включая поселки городского типа), в которых проживает порядка 110 млн человек.

Электрические сети в городах делятся на электроснабжающие (110 кВ и выше) и распределительные 0,38 и 6-10 кВ.

В настоящее время с помощью городских сетей распределяется около половины вырабатываемой в стране электроэнергии (коммунально-бытовая сфера потребляет до 20 % электроэнергии, в т. ч. население 10–12 %). Общая протяженность сетей 0,38–10 кВ ориентировочно составляет 900 тыс. км при наличии порядка 300 тыс. шт. ТП 6-10/0,4 кВ с установленной мощностью трансформаторов порядка 90 тыс. МВА. Протяженность ВЛ 0,38 кВ составляет почти 50 % от общей протяженности распределительных сетей. Для технического обновления городских сетей с учетом их старения необходимо ежегодно заменять порядка 6–7 % воздушных и 3–4 % КЛ и ТП.

Города характеризуются высокой плотностью электрических нагрузок (от 5 до 15–20 МВт/км2 в центральных районах городов) и большим количеством потребителей, расположенных на ограниченной площади.

Крайне ограниченная территория и стесненные условия для выбора трасс ВЛ и площадок ПС, повышенные архитектурно-эстетические требования к сооружаемым элементам сети диктуют необходимость применения простых схем ПС, сооружения закрытых ПС, двухцепных ВЛ и КЛ. Значительная стоимость КЛ 110–220 кВ предопределяет их использование только в центральной части крупнейших городов. Воздушные линии и узловые ПС располагаются в пригородной зоне.

Большая концентрация электрических нагрузок, решающая роль электроэнергии в обеспечении нормальной жизнедеятельности города требуют высокой надежности электроснабжения. Электроприемники и их комплексы, а также отдельные потребители, при внезапном прекращении электроснабжения которых возникают опасность для жизни людей и нарушение работы особо важных элементов городского хозяйства, относятся к первой категории.

При рассмотрении надежности электроснабжения коммунально-бытовых потребителей следует определять категорию отдельных электроприемников. Допускается категорирование надежности электроснабжения для группы электроприемников.

Группа электроприемников — совокупность электроприемников, характеризующаяся одинаковыми требованиями к надежности электроснабжения, например, электроприемники операционных, родильных отделений и др. В отдельных случаях в качестве группы электроприемников могут рассматриваться потребители в целом, например, водопроводная насосная станция, здание и др.

Требования к надежности электроснабжения электроприемника следует относить к ближайшему вводному устройству, к которому электроприемник подключен через коммутационный аппарат.

При построении сети требования к надежности электроснабжения отдельных электроприемников более высокой категории недопустимо распространять на все остальные электроприемники.

Перечень электроприемников первой категории городских электрических сетей включает:

а) электроприемники операционных и родильных блоков, отделений анастезиологии, реанимации и интенсивной терапии, кабинетов лапароскопии, бронхоскопии и ангиографии; противопожарных устройств и охранной сигнализации, эвакуационного освещения и больничных лифтов;

б) котельные, являющиеся единственным источником тепла системы теплоснабжения, обеспечивающие потребителей первой категории, не имеющих индивидуальных резервных источников тепла;

в) электродвигатели сетевых и подпиточных насосов котельных второй категории с водогрейными котлами единичной производительностью более 10 Гкал/ч;

г) электродвигатели подкачивающих и смесительных насосов в насосных, дренажных насосов дюкеров тепловых сетей;

д) объединенные хозяйственно-питьевые и производственные водопроводы в городах с числом жителей более 50 тыс. человек: насосные станции, подающие воду непосредственно в сеть противопожарного и объединенного противопожарного водопровода; канализационные насосные станции, не допускающие перерыва или снижения подачи сточных вод, очистные сооружения канализации, не допускающие перерыва в работе;

е) электроприемники противопожарных устройств (пожарные насосы, системы подпора воздуха, дымоудаления, пожарной сигнализации и оповещения о пожаре), лифты, эвакуационное и аварийное освещение, огни сетевого ограждения в жилых зданиях и общежитиях высотой 17 этажей и более;

ж) электроприемники противопожарных устройств, лифты, охранная сигнализация общественных зданий и гостиниц высотой 17 этажей и более, гостиниц, домов отдыха, пансионатов и турбаз более чем на 1000 мест, учреждений с количеством работающих более 2000 человек, независимо от этажности, учреждений финансирования, кредитования и государственного страхования федерального подчинения, библиотек, книжных палат и архивов на 1000 тыс. единиц хранения и более;

з) музеи и выставки федерального значения;

и) электроприемники противопожарных устройств и охранной сигнализации музеев и выставок республиканского, краевого и областного значения;

к) электроприемники противопожарных устройств общеобразовательных школ, профессионально-технических училищ, средних специальных и высших учебных заведений при количестве учащихся более 1000 человек;

л) электроприемники противопожарных устройств, эвакуационное и аварийное освещение крытых зрелищных и спортивных предприятий общей вместимостью 800 мест и более, детских театров, дворцов и домов молодежи со зрительными залами любой вместимости;

м) электроприемники противопожарных устройств и охранной сигнализации универсамов, торговых центров и магазинов с торговой площадью более 2000 м2, а также столовых, кафе и ресторанов с числом посадочных мест свыше 500;

н) тяговые подстанции городского электротранспорта;

о) ЭВМ вычислительных центров, решающих комплекс народнохозяйственных проблем и задачи управления отдельными отраслями, а также обслуживающие технологические процессы, основные электроприемники которых относятся к первой категории;

п) центральный диспетчерский пункт городских электрических сетей, тепловых сетей, сетей газоснабжения, водопроводно-канализационного хозяйства и сетей наружного освещения;

р) пункты централизованной охраны;

с) центральные тепловые пункты (ЦТП), обслуживающие здания высотой 17 этажей и более, все ЦТП в зонах с зимней расчетной температурой -40 °C и ниже;

т) городской ЦП (РП) с суммарной нагрузкой более 10000 кВА. Все прочие электроприемники потребителей, перечисленных в подпунктах а), в), г), е), ж), и), к), л), м) относятся ко второй категории.

К электроприемникам второй категории относятся:

а) жилые дома с электроплитами за исключением одно- восьмиквартирных домов;

б) жилые дома высотой 6 этажей и более с газовыми плитами или плитами на твердом топливе;

в) общежития вместимостью 50 человек и более;

г) здания учреждений высотой до 16 этажей с количеством работающих от 50 до 2000 человек;

д) детские учреждения;

е) медицинские учреждения, аптеки;

ж) крытые зрелищные и спортивные предприятия с количеством мест в зале от 300 до 800;

з) открытые спортивные сооружения с искусственным освещением с количеством мест 5000 и более или при наличии 20 рядов и более;

и) предприятия общественного питания с количеством посадочных мест от 100 до 500;

к) магазины с торговой площадью от 250 до 2000 м2;

л) предприятия по обслуживанию городского транспорта;

м) бани с числом мест свыше 100;

н) комбинаты бытового обслуживания, хозяйственные блоки и ателье с количеством рабочих мест более 50, салоны-парикмахерские с количеством рабочих мест свыше 15;

о) химчистки и прачечные (производительностью 500 кг и более белья в смену);

п) объединенные хозяйственно-питьевые и производственные водопроводы городов и поселков с числом жителей от 5 до 50 тыс. человек включительно; канализационные насосные станции и очистные сооружения канализации, допускающие перерывы в работе, вызванные нарушениями электроснабжения, которые могут устраняться путем оперативных переключений в электрической сети;

р) учебные заведения с количеством учащихся от 200 до 1000 человек;

с) музеи и выставки местного значения;

т) гостиницы высотой до 16 этажей с количеством мест от 200 до 1000;

у) библиотеки, книжные палаты и архивы с фондом от 100 тыс. до 1000 тыс. единиц хранения;

ф) ЭВМ вычислительных центров, отделов и лабораторий;

х) электроприемники установок тепловых сетей — запорной арматуры при телеуправлении, подкачивающих смесителей, циркуляционных насосных систем отопления и вентиляции, насосов для зарядки и разрядки баков аккумуляторов, баков аккумуляторов для подпитки тепловых сетей в открытых системах теплоснабжения, подпиточных насосов в узлах рассечки, тепловых пунктов;

ц) диспетчерские пункты жилых районов и микрорайонов, районов электрических сетей;

ч) осветительные установки городских транспортных и пешеходных тоннелей, осветительные установки улиц, дорог и площадей категории «А» в столицах республик, в городах-героях, портовых и крупнейших городах;

ш) городские ЦП (РП) и ТП с суммарной нагрузкой от 400 до 10000 кВА.

Проектирование схемы электрических сетей города должно выполняться с выявлением очередности развития на срок не менее 10 лет. Необходимо учитывать генеральные планы развития городов, которые выполняются на перспективу 25–30 лет.

Городские электрические сети подразделяются:

на электроснабжающие сети 110 кВ и выше;

питающие и распределительные сети 10 (6) кВ.

В качестве основного для городских сетей среднего напряжения принято 10 кВ. Аналогичная рекомендация принята МЭК для большинства стран. В тех городах, где имеются сети 6 кВ, они, как правило, переводятся на напряжение 10 кВ. Целесообразность применения сетей 20 кВ должна быть технико-экономически обоснована.

Принципиальным вопросом построения схемы электроснабжения города является наивыгоднейшее число трансформаций энергии, т. е. количество ее преобразований между напряжениями 110 и 10 кВ. Практика проектирования показывает, что введение промежуточного напряжения 35 кВ увеличивает капиталовложения и потери в сетях. Это является причиной отказа от его применения в проектируемых системах электроснабжения городов, а также прекращением развития и даже ликвидацией сетей этого напряжения в тех городах, где они существовали ранее. Таким образом, для городских сетей следует считать предпочтительной систему электроснабжения 110/10 кВ. К аналогичным выводам в результате многочисленных исследований пришли и зарубежные специалисты.

Для электроснабжения крупных и крупнейших городов используются также сети напряжением 220 кВ и выше. С учетом сказанного электроснабжающие сети условно делятся:

на сети внешнего электроснабжения — линии 220 кВ и выше, обеспечивающие связь системы электроснабжения города с внешними энергоисточниками, и ПС 220 кВ и выше, от которых питаются городские сети 110 кВ, а также линии 220 кВ и выше, связывающие эти ПС;

сети внутреннего электроснабжения — линии 110 кВ и ПС 110/10 кВ, предназначенные для питания городских сетей 10 кВ; в отдельных случаях применяются глубокие вводы 220/10 кВ, которые также относятся к сетям внутреннего электроснабжения.

Выбор схемы электроснабжающей сети зависит от конкретных условий: географического положения и конфигурации селитебной территории города, плотности нагрузок и их роста, количества и характеристик источников питания, исторически сложившейся существующей схемы сети и др. Выбор производится по результатам технико-экономического сопоставления вариантов.

Разработана «идеальная» схема электроснабжения города, удовлетворяющая приведенным выше требованиям (рис. 4.19). Схема базируется на системе напряжений 110/10 кВ. Сеть 110 кВ выполняется в виде двухцепного кольца, охватывающего город и выполняющего роль сборных шин, которые принимают энергию от ЦП — местных электростанций или ПС 220 кВ, расположенных на окраине или за пределами города. Электроснабжающая сеть города является звеном энергетической системы района. Глубокие вводы в районы с высокой плотностью и этажностью застройки выполняются КЛ 110 кВ (линии диаметральной связи на рис. 4.19). Пропускная способность кольца 110 кВ должна обеспечивать перетоки мощности в нормальных и послеаварийных режимах при отключении отдельных элементов сети. Для более благоприятного распределения мощности в кольце следует чередовать присоединение ЦП к сети 110 кВ и ПС 110/10 кВ.

Рис. 4.19. «Идеальная» схема электроснабжения города

Приведенная схема дает возможность дальнейшего расширения без коренной ломки. Пропускная способность сети 110 кВ может увеличиваться за счет «разрезания» кольца и подключения его к новым ЦП и за счет увеличения количества линий 110 кВ, т. е. повторения кольца с прокладкой линий по новым трассам и присоединения к ним новых ПС 110/10 кВ (рис. 4.20).

Присоединение сети 110 кВ кольцевой конфигурации к новым ЦП позволяет изменять направление потоков мощности в ней, увеличивая пропускную способность без реконструкции.

Схемы электроснабжения конкретных городов в той или иной степени отличаются от идеальной схемы, однако ее общие принципы находят соответствующее отражение в конкретных проектах.

Для крупных и крупнейших городов можно отметить несколько этапов развития электроснабжающей сети (рис. 4.21). Начальной стадией создания сети 110 кВ от городской ТЭЦ является 1-й этап, когда отдельные линии и ПС еще не представляют четкой единой системы электроснабжения. На 2-м этапе, связанном с появлением первой ПС 220/110 кВ, уже проступают принципы формирования сети; 3-й и 4-й этапы характеризуются процессом окончательного формирования сети 110 кВ и создания вокруг города сети 220 кВ кольцевой конфигурации. Существенное отличие от идеальной схемы в рассматриваемом примере — отсутствие диаметральной связи и ПГВ в центре города, что является следствием высокой стоимости КЛ 110 кВ и трудностей осуществления глубоких вводов в застроенную часть города.

Для городов, вытянутых вдоль морских побережий или рек, электроснабжающая сеть 110 кВ обычно выполняется в виде магистральных двухцепных ВЛ, проходящих вдоль города и присоединенных в нескольких точках к ЦП 220/110 кВ (рис. 4.22).

После создания вокруг города сети напряжением 220 кВ и выше на нее перекладываются функции обеспечения параллельной работы ЦП; сеть 110 кВ может работать разомкнуто с учетом оптимального распределения потоков мощности и обеспечения целесообразных уровней токов КЗ.

Основным типом конфигурации сети 110 кВ является двухцепная ВЛ, опирающаяся на два ЦП (тип Д2, рис. 4.1, в); могут применяться также двухцепные радиальные ВЛ (тип Р2, рис. 4.1, б), хотя их применение ограничено, так как они характеризуются худшим использованием пропускной способности ВЛ, меньшей надежностью и гибкостью.

Практика проектирования и выполненные технико-экономические исследования позволяют дать следующие рекомендации по схемам присоединения городских ПС к сети 110 кВ:

к двухцепным ВЛ, опирающимся на два ЦП (конфигурации Д2, рис. 4.23, а), целесообразно присоединять не более четырех подстанций, а к двухцепным радиальным ВЛ (конфигурации Р2, рис. 4.23, б) — не более двух;

главные электрические схемы городских ПС на стороне 110 кВ рекомендуется выполнять по типовым схемам 4Н, 5 (5Н) (рис. 4.8);

в качестве коммутационных узлов сети 110 кВ целесообразно использовать РУ 110 кВ ПС с ВН 220–330 кВ и городских ТЭЦ.

Для крупных и крупнейших городов оптимальная мощность ПС 110/10 кВ, питаемых по ВЛ, — 2×25 МВА с возможностью замены по мере роста нагрузок на 2×40 МВА, для ПС, питаемых по КЛ, — 2×40 МВА с возможностью замены на 2×63 МВА.

Исходя из рекомендованных выше схем присоединения городских ПС к ВЛ 110 кВ и их оптимальной мощности сечение проводов для городских двухцепных ВЛ рекомендуется принимать не ниже 240 мм2 (по алюминию).

Крупнейшие города с населением 1 млн человек и более являются важнейшими промышленными и культурно-политическими центрами страны. Доля потребителей первой и второй категории по надежности оценивается в 70–80 % общей нагрузки города. Частичное, а тем более полное погашение систем электроснабжения таких городов имеет серьезные социально-экономические последствия. Поэтому для них признано целесообразным установить принципы построения систем электроснабжения, обеспечивающие его высокую надежность.

Характерной особенностью последних лет является размещение источников небольшой мощности (5-15 МВт) на территории городов. Для отдельных ответственных потребителей городской сети (вычислительные центры, банки, крупнейшие магазины и др.) принята целесообразной установка источников бесперебойного питания.

Построение электроснабжающих сетей напряжением 220 (330) кВ должно удовлетворять следующим требованиям:

схема должна предусматривать сооружение не менее двух ПС с ВН 220 кВ и выше, питающихся от энергосистемы;

линии связи с энергосистемой должны присоединяться не менее, чем к двум внешним территориально разнесенным энергоисточникам и сооружаться, как правило, по разным трассам;

общее количество и пропускная способность линий связи с энергосистемой должны выбираться с учетом обеспечения питания города без ограничений при отключении двухцепной ВЛ;

построение схемы должно обеспечивать ограничение транзитных перетоков через городскую систему электроснабжения;

ЦП 220 (330) кВ должны выполняться, как правило, двухтрансформаторными (220 кВ — не менее 2×125 МВ-А, 330 кВ — не менее 2×200 МВ-А); установка одного АТ допускается на первом этапе при обеспечении полного резервирования по сети 110 кВ;

для обеспечения оптимальной схемы ЦП 220–330 кВ количество присоединяемых ВЛ этих напряжений, как правило, не должно превышать четырех.

Принципы построения сетей внутреннего электроснабжения напряжением 110 кВ не отличаются от изложенных выше для всех городов. Дополнительно рекомендуется при построении сети 110 кВ исходить из обеспечения резервирования не менее 70 % нагрузки любого ЦП 220 (330) кВ при его полном погашении.

 

4.9. Схемы электроснабжения потребителей в сельской местности

К электрическим сетям сельскохозяйственного назначения принято относить сети напряжением 0,4-110 кВ, от которых снабжаются электроэнергией преимущественно (более 50 % расчетной нагрузки) сельскохозяйственные потребители (включая производственные нужды, мелиорацию, коммунально-бытовые потребности и культурное обслуживание).

Электрификация сельского хозяйства России, начиная с 50-х годов, осуществлялась высокими темпами.

Общая протяженность электрической сети 0,4-35 кВ на начало 2000 г. составила около 2 млн км, в том числе: около 160 тыс. км ВЛ 35 кВ, 1 млн 70 тыс. км ЛЭП 6-10 кВ (в том числе 13,5 тыс. км КЛ), 770 тыс. км линий 0,4 кВ (из них около 5 тыс. км КЛ), более 7130 ТП сельскохозяйственного назначения 35/6-10 кВ суммарной установленной мощностью около 40 млн кВА и 515 тысяч ТП 6-35/0,4 кВ общей мощностью трансформаторов около 90 млн кВА.

Основной особенностью электроснабжения сельскохозяйственных потребителей является необходимость охвата сетями большой территории с малыми плотностями нагрузок (5-15 кВт/км2). Это предопределяет значительные затраты на сооружение распределительных сетей 0,4 и 10 кВ, которые составляют 70 % общих затрат на сельское электроснабжение.

Массовое строительство электрических сетей за период 1960–1985 гг. позволило электрифицировать практически всех сельских потребителей. Почти все они обеспечены централизованным электроснабжением от энергосистем. Лишь незначительное количество мелких удаленных от сетей энергосистем потребителей снабжается электроэнергией от изолированных, мелких, в основном дизельных электростанций. Достигнутый уровень централизованного электроснабжения позволил довести годовое потребление электроэнергии сельским хозяйством в течение последнего десятилетия до 5–7 % общего электропотребления по стране.

Можно считать завершенным первый этап электрификации сельских потребителей — охват электроснабжения «вширь». Начата реализация второго этапа — электрификации «вглубь», характеризующегося более интенсивным внедрением электроэнергии в сельскохозяйственное производство в результате комплексной электромеханизации и автоматизации стационарных процессов, более высоким уровнем электрификации бытовых нужд сельского населения, а также более качественным и надежным электроснабжением сельских потребителей.

На первом этапе электрификации, когда электроэнергия использовалась, главным образом, для освещения и привода некоторых вспомогательных процессов, большинство сельскохозяйственных потребителей по требованиям надежности относилось к 3-й категории. По мере электрификации технологических процессов эти требования повышались. В настоящее время сельские потребители делятся на категории по надежности следующим образом:

1-я — потребители, нарушение электроснабжения которых приводит к значительному материальному ущербу вследствие массовой порчи продукции или серьезного расстройства технологического процесса (инкубаторы, птицефабрики, помещения для выращивания бройлеров, свинарники-маточники с электрообогревом). Для особо ответственных потребителей этой группы должно быть обеспечено автоматическое включение резерва, для остальных допустим перерыв до 30 минут;

2-я — потребители, нарушение электроснабжения которых связано с нарушением технологического процесса, снижением выхода продукции, частичной ее порчей (электрифицированные доильные установки; установки по первичной обработке молока; животноводческие и птицеводческие фермы — кормоприготовление и раздача, водоснабжение; теплицы и парники). Для этих потребителей допускаются перерывы в электроснабжении до 3,5 часов;

3-я — все остальные потребители. Для этой группы допустимы перерывы в электроснабжении до 1 суток.

Основной системой напряжения для электроснабжения сельских потребителей является 110/35/10/0,4 кВ с подсистемами 110/10/0,4 кВ и 110/35/0,4 кВ. Напряжение 6 кВ для электроснабжения сельского хозяйства не рекомендуется; действующие сети этого напряжения переводятся на 10 кВ.

По мере роста плотности сельскохозяйственных нагрузок система напряжений 110/10/0,4 кВ должна получить преимущественное развитие, что позволит отказаться от одной ступени трансформации и, следовательно, существенно снизить расход электроэнергии на ее транспорт.

Система централизованного электроснабжения сельских потребителей состоит из двух типов сетей:

питающих (ВЛ 110 и 35 кВ и ПС 110/35/10, 110/10 или 35/10 кВ);

распределительных (ВЛ 10 кВ, потребительские ПС 10/0,4 и 35/0,4 кВ и линии 380/220 В).

Основным направлением развития электрических сетей сельскохозяйственного назначения является преимущественное развитие сетей 35-110 кВ.

На первом этапе развития сельской электрификации при незначительных нагрузках сельских потребителей схемы электрических сетей как питающих, так и распределительных, строились по радиальному принципу. Подстанции 35/10 кВ выполнялись однотрансформаторными, малой мощности, на каждую из них приходилось 200–300 км ВЛ 10 кВ, а радиусы действия этих ВЛ достигали 40–50 км. Сети 35 и 10 кВ выполнялись, как правило, без секционирования и без применения АПВ. На этом этапе основной задачей являлся максимальный охват сельской местности централизованным электроснабжением при минимальных капитальных затратах.

Уровень эксплуатации сельских электрических сетей и особенно сетей напряжением 0,4-10 кВ не соответствует современным требованиям, предъявляемым к надежности электроснабжения сельских потребителей. В целом состояние электрических сетей 0,4 и 6-10 кВ характеризуется данными табл. 4.7.

Таблица 4.7

Уровень потерь электроэнергии в сетях сельскохозяйственного назначения напряжением 35 кВ и ниже составляет около 12 %, что примерно в 2 раза выше уровня потерь электроэнергии в промышленных и городских сетях того же класса напряжения.

Структура потерь электроэнергии в сетях сельскохозяйственного назначения в последние годы характеризуется данными табл. 4.8.

Таблица 4.8

Ликвидация отмеченных «узких» мест является первоочередной задачей сельской энергетики. При этом на современном этапе электрификации сельского хозяйства стоят новые задачи: повышение пропускной способности существующей сети, так как рост нагрузок приводит к повышению потерь электроэнергии и снижению ее качества, и повышение надежности электроснабжения.

Эти задачи решаются путем внедрения в питающих и распределительных сельских сетях следующих мероприятий:

сооружение разукрупняющих питающих ПС 110/35/10 и 110 (35)/10 кВ для сокращения радиусов действия сети 10 кВ и протяженности ВЛ 10 кВ, отходящих от одной ПС. За последние годы удельная протяженность ВЛ 10 кВ на одну ПС снизилась в 2 раза (до 100–150 км), а средний радиус действия уменьшился до 15 км;

увеличение количества двухтрансформаторных ПС 110 (35)/10 кВ. В настоящее время удельный вес двухтрансформаторных ПС 110 кВ составляет более 70 %, а 35 кВ — более 50 %;

увеличение количества ПС с двухсторонним питанием. Основным типом конфигурации сети становится одноцепная ВЛ с двухсторонним питанием от разных источников (рис. 4.1, д). Новые подстанции 35-110 кВ подключаются, как правило, в рассечку таких ВЛ либо двумя ответвлениями от двух соседних одноцепных или двухцепной ВЛ. В настоящее время более половины сельскохозяйственных ПС 110 (35)/10 кВ имеют двухстороннее питание;

постепенный переход к системе 110/10 кВ путем:

сооружения ПС 110/10 кВ вместо ВЛ 35 кВ, следующих параллельно существующим ВЛ 110 кВ;

сооружения ВЛ 35 кВ в габаритах 110 кВ, если продолжительность их использования на низшем напряжении не превысит 5 лет.

 

4.10. Техническое перевооружение и обновление основных фондов электрических сетей

Широкое развитие электрических сетей в нашей стране началось в 60-х годах. За 25 лет — с 1961 по 1985 гг. — построено более 85 % всей протяженности линий электропередачи 35 кВ и выше. Этот период характеризовался ежегодным строительством порядка 2530 тыс. км линий электропередачи 35 кВ и выше и вводом около 30 ГВА мощности ПС. Данный этап развития электрических сетей, который можно характеризовать, как «электрификацию вширь», следует считать необходимым этапом экстенсивного развития.

В период экстенсивного развития электрических сетей применялись некоторые упрощенные решения, что вполне объяснимо при необходимости в короткие сроки и при ограниченных капиталовложениях и материальных ресурсах охватить централизованным электроснабжением максимум территории страны. Значительная часть ПС 35-110 кВ сельскохозяйственного назначения являются однотрансформаторными, такое же количество имеют одностороннее питание. Более 10 % эксплуатируемых ВЛ 35-110 кВ сооружены на деревянных опорах, значительное количество ВЛ имеют низкую механическую прочность из-за несоответствия их характеристик фактическим гололедно-ветровым нагрузкам.

Электрические сети 110 кВ и ниже не всегда приспособлены к автоматическому включению резервного питания, ненадежны некоторые средства РЗ и автоматики (РЗА), недостаточен уровень автоматизации средств диспетчерского и технологического управления. Работы по замене и модернизации оборудования, техническому перевооружению и реконструкции линий и ПС в этот период были ограничены, т. к. основная часть капиталовложений направлялась на охват территории страны электрическими сетями.

Этап экстенсивного развития электрических сетей можно считать практически завершенным к концу 80-х годов. Этот период характеризуется достигнутой достаточно высокой плотностью электросетей на обжитой территории страны — 0,06 км ВЛ/км2, что соответствует уровню высокоразвитых зарубежных стран; достигнутый сетевой коэффициент (кмВЛ/МВт установленной мощности электростанций) в 2–3 раза превышает соответствующую величину в развитых странах.

Новый этап электросетевого строительства, этап интенсивного развития или «электрификации вглубь» заключается — наряду с увеличением пропускной способности сети для присоединения новых потребителей и выдачи мощности новых электростанций — в повышении надежности электроснабжения существующих потребителей, совершенствовании схем электрических сетей, повышении техникоэкономических показателей и обновлении основных фондов.

Старение основных фондов в электроэнергетике является серьезной проблемой. За последние 10–15 лет объем реновации основных фондов снизился в 5 раз. На конец 90-х годов полной замене подлежало 5 тыс. км ВЛ 110–220 кВ и оборудование ПС общей мощностью 8,5 млн кВА.

Эти объемы продолжают расти.

Необходимость обновления основных фондов электрических сетей вызывается их физическим и моральным износом.

Под физическим износом понимается материальное старение основных фондов в результате воздействия эксплуатационных факторов и влияния внешних неблагоприятных условий. Сроки физического износа отдельных элементов объектов электрических сетей — оборудования, строительных конструкций, зданий и сооружений — существенно различаются между собой. Срок службы объекта в целом определяется наиболее долговечными элементами: опорами — для линий электропередачи, зданиями — для ПС.

Амортизационный период, в течение которого за счет ежегодных отчислений на полное восстановление (реновацию) должна быть получена первоначальная стоимость объекта (простое воспроизводство), соответствует усредненным экономически целесообразным срокам службы основных фондов (с учетом морального износа); физические сроки службы объекта могут быть существенно выше. Амортизационный период Та равен обратной величине нормы амортизационных отчислений на реновацию (Up):

Та = 100/Up. (4.2)

Существующие электрические сети строились и эксплуатировались с учетом нижеследующих нормативов амортизационного периода.

Как видно из приведенных данных, амортизационные периоды для ВЛ определяются по объекту в целом исходя из долговечности опор. Стандарт на провода устанавливает срок службы для наиболее употребляемых на ВЛ марок проводов (АС) — 45 лет.

По условиям физического износа ВЛ на железобетонных и стальных опорах до настоящего времени практически не ликвидировались, хотя стальные неоцинкованные опоры под воздействием атмосферных факторов подвергаются коррозии, влияние которой на их механические характеристики возрастает по мере увеличения фактического срока службы линии.

ВЛ на деревянных опорах (главным образом 35 и 110 кВ) в последние годы постепенно ликвидируются со строительством взамен таких же ВЛ на железобетонных опорах. Вследствие невысокого качества антисептической пропитки древесины физический износ таких ВЛ в значительном числе случаев наступает раньше нормативного срока (через 20–25 лет), а постепенная замена опор на железобетонные во время капремонта выполнялась недостаточно. В итоге реконструкция таких ВЛ сводится практически к их демонтажу и сооружению новых линий (часто — по новой трассе). Использовать демонтируемый провод, даже при его удовлетворительном состоянии, не удается, т. к. его намотка на барабаны в полевых условиях неосуществима; в ряде случаев применяется провод большего сечения.

Для ПС амортизационные периоды определяются раздельно для зданий и для оборудования, что обусловлено значительно более короткими сроками физического износа и морального старения активных основных фондов (оборудования) в сравнении с пассивными (зданиями). Согласно соответствующим стандартам сроки использования основного оборудования ПС до списания составляют не менее 25 лет. Поэтому для ПС вопрос об износе объекта в целом, как правило, не возникает. Замена оборудования должна осуществляться по мере его износа. На практике необходимость реконструкции ПС часто возникает и по условиям морального износа: необходимость изменения схемы, замены трансформаторов; при этом должно меняться изношенное оборудование.

Сущность морального износа состоит в том, что в результате научно-технического прогресса основные фонды технически стареют и становятся экономически все менее эффективными. Различают две формы морального износа: первая — утрата стоимости существующих объектов из-за роста производительности труда; вторая — обесценивание основных фондов вследствие появления более совершенного оборудования аналогичного назначения. Поскольку первая форма не связана со снижением потребительской стоимости электросетевых объектов, в условиях ускоряющегося научно-технического прогресса следует считаться только со второй формой морального износа. Экономическим сроком службы оборудования является период, в течение которого целесообразно его эксплуатировать по условиям морального износа. Обесценивающее действие морального износа может быть ослаблено с помощью техперевооружения и реконструкции основных фондов. Поскольку целью развития электросетей является обеспечение надежного снабжения потребителей электроэнергией высокого качества при минимальных затратах, морально изношенными объектами следует считать те, которые не удовлетворяют этим требованиям в современных условиях.

Эти объекты подлежат техническому перевооружению и реконструкции, к которым относятся следующие мероприятия и виды работ:

перевод ПС на более высокое напряжение;

замена трансформаторов ПС на более мощные;

развитие РУ действующих ПС для дополнительных присоединений, в том числе с переходом на новую схему электрических соединений;

замена оборудования ПС новым, соответствующим современному техническому уровню (в том числе замена выключателей в связи с ростом в сети уровня токов КЗ);

установка на ПС источников реактивной мощности;

автоматизация и телемеханизация ПС, замена или установка новых устройств РЗ, ПА, диспетчерского и технологического управления;

перевод линий электропередачи на более высокое номинальное напряжение;

подвеска второй цепи на существующих опорах линий или дополнительных проводов в фазе;

замена проводов на новые большего сечения;

замена дефектных проводов, тросов на новые на участках ВЛ длиной, превышающей 15 % ее общей протяженности (при меньших объемах работы выполняются в процессе капремонта);

замена дефектных опор ВЛ на новые на участках общей длиной более 15 % протяженности ВЛ, либо при общем количестве заменяемых опор, превышающем 30 % установленных (при меньших объемах работы выполняются в процессе капремонта).

Проблема техперевооружения и реконструкции электрических сетей в связи со старением основных фондов и моральным износом является в современных условиях решающей для обеспечения живучести и надежности электроэнергетики всех регионов страны и ЕЭС в целом. Необходимы программа и соответствующий уровень инвестиций, направленные на совершенствование схем электрической сети и улучшение технического состояния ее элементов для повышения надежности и экономичности электроснабжения потребителей, в том числе:

повышение пропускной способности участков сети путем перевода ВЛ на повышенное напряжение, замены ряда параллельных линий одной ВЛ более высокого напряжения;

сокращение количества ступеней напряжения в электрической сети, в т. ч. перевод сетей 6 кВ на 10 кВ, 35 кВ на 110 кВ, ограничение развития сети 220 кВ за счет расширения области применения глубоких вводов 500/110 кВ;

в условиях застройки трасс ВЛ, в особенности на селитебной территории города, замена воздушных линий на кабельные, а также демонтаж изношенных ВЛ, потерявших свое значение вследствие появления новых шунтирующий связей;

кольцевание сети всех напряжений с целью обеспечения потребителей двухсторонним питанием;

установка вторых трансформаторов на однотрансформаторных подстанциях с соответствующим изменением, при необходимости, схемы ПС;

использование силовых трансформаторов 110 кВ со сниженными потерями;

установка на ПС регулирующих устройств и источников реактивной мощности для повышения пропускной способности сети и снижения уровня потерь электроэнергии;

реконструкция схем присоединения ПС с сокращением количества ответвительных ПС (главным образом, за счет ответвлений от одной ВЛ), выполнением заходов линий, необходимым техперевооружением РУ ПС и т. п.;

повышение коммутационной способности аппаратов и ограничение уровня токов КЗ;

оснащение современными средствами РЗА, в т. ч. ПА, а также управления (связь, телемеханика) с учетом изменения схемы сети и научно-технического прогресса в производстве необходимой аппаратуры.

 

4.11. Вопросы экологии при проектировании развития электрической сети

На современном этапе развитие электрических сетей осуществляется в условиях повышенного внимания администрации регионов и общественности к вопросам охраны окружающей среды, что осложняет выбор трасс и площадок для сооружения электросетевых объектов. В ряде стран использование сетей напряжением выше 400 кВ запрещено законом. Условия выбора трасс и площадок существенно влияют на принципиальную возможность осуществления и показатели намеченных вариантов схемы сети. Пренебрежение конкретными географическими условиями может изменить соотношение технико-экономических показателей сравниваемых вариантов и повлиять на выводы. В наиболее сложных случаях — в условиях городской и промышленной застройки, а также в районах с особыми географическими условиями — рекомендуется предварительная проработка сравниваемых вариантов на картографическом материале, при необходимости — с предварительным согласованием с заинтересованными организациями. В остальных случаях рекомендуется руководствоваться приведенными ниже данными, основанными на нормативных документах и опыте проектирования электрических сетей.

Протяженность рассматриваемых ВЛ рекомендуется принимать по картографическим материалам. При этом возможное максимальное удлинение трассы по сравнению с воздушной прямой составляет 20–25 %.

Отчуждение земли при сооружении линии электропередачи производится в виде площадок для установки опор. С учетом принятых в настоящее время конструкций ВЛ разных напряжений значения постоянного отвода земли для строительства линий характеризуются данными табл. 3.4.

Исходя из общей протяженности электрических сетей можно оценить суммарную площадь земли по стране, изъятую для сооружения линий электропередачи 35-750 кВ, которая составляет доли процента от общей площади сельхозугодий. Однако при выборе и согласовании трасс ВЛ возражения со стороны землепользователей базируются не на объемах отчуждения земель, а на помехах для использования сельхозугодий, создаваемых ВЛ. С этой точки зрения рекомендуется оперировать понятием охранных зон электрических сетей, которые устанавливаются вдоль ВЛ в виде земельного участка, ограниченного вертикальными плоскостями, отстоящими по обе стороны линий от крайних проводов на расстояния:

до 20 кВ — 10 м;

35 кВ — 15 м;

110 кВ — 20 м;

150, 220 кВ — 25 м;

330, 500 кВ — 30 м;

750 кВ — 40 м.

С учетом этих расстояний и применяемых конструкций ВЛ охранные зоны характеризуются данными табл. 4.9.

Таблица 4.9

Входящие в охранные зоны земельные участки не изымаются у землепользователей и используются ими для проведения сельскохозяйственных и иных работ с соблюдением установленных требований. Соблюдение этих требований, практически не ограничивая сельскохозяйственное землепользование, создает определенные неудобства (ограничения в обработке земли механизмами, запрет полива сельскохозяйственных культур и др.).

При необходимости определения ширины коридора ВЛ на подходах к электростанциям и ПС рекомендуется пользоваться данными табл. 3.3.

При выборе трассы ВЛ в городских условиях ширина коридора для ВЛ 110 кВ составляет 20 м.

Для прохождения ВЛ по лесным массивам должны быть прорублены просеки, ширина которых регламентирована в зависимости от напряжения и назначения ВЛ, ценности лесов и высоты основного лесного массива. Для большинства ВЛ напряжением 220 кВ и ниже ширина просеки регламентируется расстоянием 3–5 м от крайнего провода при его максимальном отклонении до кроны деревьев; для ВЛ 330–500 кВ и 750 кВ, проходящих по ценным лесным массивам — аналогично (расстояние 6 м), а в остальных случаях для ВЛ 330–750 кВ ширина просеки принимается равной расстоянию между крайними проводами плюс расстояния, равные высоте основного лесного массива с каждой стороны от крайнего провода.

При определении конструкций ВЛ рекомендуется исходить из нижеследующего. Большинство ВЛ сооружается на железобетонных опорах, на них сооружаются одноцепные ВЛ напряжением до 500 кВ включительно, а также двухцепные ВЛ 35-220 кВ. При этом для ВЛ 35-220 кВ применяются, как правило, одностоечные опоры, для ВЛ 330–500 кВ — двухстоечные. Стальные решетчатые опоры применяются в качестве анкерно-угловых и специальных для всех ВЛ, сооружаемых на железобетонных опорах, для двухцепных ВЛ 330–500 кВ, для одноцепных ВЛ 750 кВ и выше, для ВЛ, сооружаемых в труднодоступных районах, где доставка железобетонных опор на трассу невозможна.

В курортных зонах, на туристических объектах, в местах массового отдыха следует учитывать эстетическое воздействие ВЛ на окружающий ландшафт. Для этого рекомендуется:

естественное экранирование, т. е. прокладка трассы линии таким образом, чтобы скрыть последнюю лесом, холмами или другими естественными экранами;

маскировка (покраска) линии, чтобы сделать ее малозаметной на фоне ландшафта;

применение более эстетичной конструкции опор.

Для ориентировочной оценки размера площадки, необходимой для сооружения ПС, в табл. 4.10 приводятся данные для наиболее распространенных типов ПС.

Таблица 4.10

Размеры площадок для КТП приведены в п. 5.8.

Для закрытых ПС 110/10 кВ с двумя трансформаторами от 16 до 63 МВА и схемой на стороне ВН 110—4 (4Н) или 110—5 (5Н) размер здания следует принимать 30×30 м, а площадки — 45×50 м.

Сооружение открытых ПС в городах ограничивается стесненностью территории, уровнем шума, создаваемого трансформаторами, а также другими градостроительными требованиями.

Допустимое расстояние от открытых ПС (без проведения мероприятий по борьбе с шумом) до различных зданий и городских территорий характеризуется данными табл. 4.11.

Таблица 4.11

Для закрытых ПС минимальные расстояния до жилых и ком — мунально-бытовых зданий по условиям шума могут приниматься равными для трансформаторов до 60 МВА — 30 м, до 125 МВА -50 м, до 200 МВ-А — 70 м.

 

4.12. Расчеты режимов электрических сетей

Назначением расчетов режимов электрических сетей являются: выбор схемы и параметров сети, в т. ч. определение загрузки элементов сети и соответствия их пропускной способности ожидаемым потокам мощности, а также выбор сечений проводов и мощностей трансформаторов;

выбор средств регулирования напряжения, компенсации реактивной мощности и оптимизации потокораспределения;

выявление тенденций изменения потерь мощности и электроэнергии в электрических сетях и разработка мероприятий по их ограничению;

разработка мероприятий по обеспечению устойчивости электроэнергетической системы (ОЭС).

Для указанных целей в схемах развития энергосистем и электрических сетей выполняются расчеты:

установившихся режимов работы;

статической устойчивости (для системообразующей сети ОЭС);

динамической устойчивости (в схемах выдачи мощности электростанций); токов КЗ.

Расчеты выполняются с использованием вычислительной техники и соответствующих программ для ЭВМ.

Расчеты установившихся режимов и статической устойчивости выполняются на основной расчетный срок (5-10 лет), а при необходимости, для решения отдельных вопросов развития сети, также на промежуточные и перспективные этапы.

Расчеты токов КЗ выполняются на перспективу 10 лет, а при необходимости — на промежуточный период. В схемах развития ОЭС для узловых пунктов системообразующей сети дается также оценка токов КЗ на перспективу 15 лет.

Выбор схемы и параметров основных электрических сетей энергосистем производится:

по планируемым потокам мощности, которые характеризуются средними условиями нахождения основного оборудования электростанций в плановом и аварийном ремонтах;

по расчетным максимальным потокам мощности, которые характеризуются неблагоприятными сочетаниями нахождения в плановом и послеаварийном ремонтах основного оборудования электростанций.

Планируемые потоки мощности между ОЭС обусловлены:

совмещением максимумов нагрузок рассматриваемых частей энергосистем;

экономической эффективностью передачи электроэнергии взамен транспорта топлива из одной части энергосистемы в другую или целесообразностью использования энергии и мощности крупных ГЭС, расположенных в одной ОЭС, в переменной части графика нагрузки другой ОЭС;

несоответствием ввода мощности крупных энергоблоков на электростанциях росту максимума нагрузки ОЭС.

Для обеспечения надежного функционирования ЕЭС России с электропередачами большой пропускной способности на дальние расстояния и предотвращения возможного развития аварий при их отключении приняты максимально допустимые значения относительных дефицитов мощности при нормальной схеме и в нормальных режимах работы, которые зависят от мощности нагрузки в приемных частях Единой энергосистемы.

В соответствии с требованиями по предотвращению каскадного развития аварий принято, что относительный дефицит мощности в приемных ОЭС не должен превышать 5-10 % от их максимальной нагрузки.

Для каждого предлагаемого к сооружению электросетевого объекта выполняется обоснование технико-экономической эффективности. Процесс технико-экономического обоснования электросетевых объектов характеризуется следующими основными этапами:

определение технической необходимости сооружения;

выбор технических решений;

оценка экономической эффективности отобранных решений.

Пропускная способность системообразующих связей ЕЭС России в сечениях между ОЭС определяется по расчетным максимальным перетоками мощности, которые обусловлены планируемыми перетоками мощности между ОЭС и перетоками взаиморезервирования.

Перетоки взаиморезервирования обусловлены сокращением расчетного оперативного резерва энергосистем (ОЭС) при их совместной работе в ЕЭС России.

Пропускная способность межсистемных связей ЕЭС в сечениях между ОЭС не должна быть меньше величины, принимаемой процентом от максимума нагрузки меньшей из рассматриваемых частей ЕЭС России согласно табл. 4.12.

Таблица 4.12

Необходимая пропускная способность в сечениях основной электрической сети ОЭС определяется таким образом, чтобы обеспечивать:

покрытие максимума нагрузки в дефицитных частях ОЭС при нормальной схеме сети в утяжеленном режиме (после аварийного отключения наиболее крупного генерирующего блока в рассматриваемой части ОЭС при средних условиях нахождения остального генерирующего оборудования в плановых и послеаварийных ремонтах) при использовании имеющегося в рассматриваемой части ОЭС собственного резерва мощности;

покрытие максимума нагрузки после аварийного отключения любого ее элемента: линии (одной цепи двухцепной линии), трансформатора и т. д. в нормальной схеме сети (критерий N-1).

Необходимые коэффициенты запаса статической устойчивости в послеаварийных режимах и условия применения ПА для обеспечения успешности переходных процессов должны соответствовать требованиям по устойчивости энергосистем.

В нормальной схеме и при нормальном перетоке устойчивость в сети 500 кВ и ниже должна обеспечиваться без применения ПА при возмущениях группы I. К этой группе относится отключение сетевого элемента основными защитами при однофазном КЗ с успешным АПВ (для сетей 330 кВ и выше — ОАПВ, 110–220 кВ — ТАПВ), а также с неуспешным АПВ.

При отключении элемента сети 750 кВ и выше, в том числе в результате неуспешного ОАПВ после однофазного КЗ, устойчивость может обеспечиваться с применением ПА, но без воздействия на разгрузку АЭС и при объеме автоматически отключаемой нагрузки не более 30 % от передаваемой по сечению мощности и не более 5–7 % от нагрузки приемной энергосистемы (большее число относится к энергосистеме, меньшее — к энергообъединению).

Для пусковых схем объектов допускается применение ПА для предотвращения нарушения устойчивости при возмущениях группы I, а также при отключении элемента сети 750 кВ и выше, в том числе в результате неуспешного ОАПВ после однофазного КЗ, но без воздействия на разгрузку АЭС.

Планируемый переток мощности в час максимума нагрузки характеризуется оптимальной загрузкой электростанций при средних условиях нахождения их основного оборудования в плановых и послеаварийных ремонтах.

По планируемым перетокам мощности определяются сечения проводов линий электропередачи, рациональные способы резервирования элементов сети и годовые потери мощности и электроэнергии в основных сетях.

Для избыточной части ОЭС максимальный избыток мощности находится как выдача всей мощности узла за вычетом части мощности, соответствующей среднему значению аварийного ремонта.

Для узлов, включающих одну электростанцию, максимальный дефицит мощности определяется исходя из нахождения в ремонте (плановом или послеаварийном) двух энергоблоков в период максимума нагрузки, а максимальная выдача — из условия работы электростанции с полной мощностью.

При выборе схемы и параметров основных сетей рекомендуется учитывать условия питания отдельных узлов при совпадении аварийного отключения одного из элементов сети с плановым ремонтом другого (для периода проведения планового ремонта).

Выбор схемы распределительной сети и ее параметров выполняется по нагрузкам годового максимума энергосистемы.

Для отдельных участков распределительной сети, наибольшая нагрузка которых не совпадает во времени с расчетным максимумом энергосистемы (например, сети электроснабжения сезонных потребителей), дополнительно рассматриваются соответствующие характерные режимы.

Расчеты установившихся режимов рекомендуемой схемы сети (определение потокораспределения, потерь мощности и уровней напряжения) выполняются для условий годового максимума электрических нагрузок (зимний максимум для ОЭС и большинства региональных энергосистем и летний минимум — для отдельных энергосистем и энергорайонов с крупными сезонными потребителями).

Для решения отдельных вопросов при необходимости выполняются расчеты других характерных режимов:

зимнего дневного максимума нагрузки — для проверки работоспособности сети, к которой присоединены ГЭС;

зимнего максимума нагрузки — для проверки работоспособности сети в часы заряда ГАЭС;

летнего минимума нагрузки — при выборе схемы выдачи мощности АЭС и т. п.

Для проверки соответствия схемы требованиям надежности электроснабжения выполняются расчеты послеаварийных режимов при отключении наиболее загруженных линий и трансформаторов. Для ПС 330 (220) кВ рассматриваются также совпадения ремонта одной питающей ВЛ с аварийным отключением другой.

При обосновании строительства новых элементов сети выполняются расчеты соответствующих режимов работы сети без этих элементов.

При выполнении расчетов установившихся режимов работы сети рекомендуется руководствоваться следующими исходными условиями.

Расчеты режимов сетей 110 кВ и выше выполняются для полной схемы сети — при всех включенных линиях и трансформаторах. Целесообразность и точки размыкания сетей 110–330 кВ должны быть обоснованы. При выполнении расчетов режимов сетей 35 кВ и выше сети 35 кВ принимаются разомкнутыми.

Мощность электростанций принимается в расчетах в соответствии с нормальными длительными режимами их работы; кроме того, проверяются также расчетные максимальные режимы работы системообразующей сети при наиболее неблагоприятном сочетании отключения агрегатов электростанций.

Расчетные напряжения на шинах электростанций принимаются выше номинальных в сети:

750 кВ — на 2,5 %;

500-330 кВ — на 5 %;

220-35 кВ — на 10 %.

Для регулирования напряжения на всех ПС 35-750 кВ следует предусматривать трансформаторы (автотрансформаторы) с устройством регулирования напряжения под нагрузкой (РПН).

На шинах первичного напряжения ПС в режиме максимальной нагрузки уровни напряжения должны обеспечивать получение на вторичной стороне трансформаторов (с учетом использования РПН) напряжения не ниже 1,05 номинального в нормальных и не ниже номинального — в послеаварийных режимах. В режиме минимальной нагрузки напряжение на первичной стороне подстанций 35 — 330 кВ, как правило, не должно быть выше 1,05 номинального напряжения сети; более высокое напряжение допускается при условии, что на шинах НН не будет превышено номинальное напряжение.

Наибольшие расчетные напряжения должны быть ниже максимальных рабочих по стандарту на 1 % для сетей 500–750 кВ и на 2,5 % для сетей 330 кВ и ниже.

При обосновании необходимости присоединения потребителей на напряжениях 10–35 кВ к ПС с автотрансформаторами рассматривается целесообразность установки линейных регулировочных трансформаторов либо трансформаторов 110/35/10 (35/10) кВ.

Мощность и размещение КУ выбираются исходя из необходимости обеспечения требуемой пропускной способности сети в нормальных и послеаварийных режимах при поддержании нормативных уровней напряжения и запасов устойчивости. Реактивные составляющие максимальных нагрузок в расчетах принимаются на основе анализа отчетных и проектных данных; в случае их отсутствия допускается принимать коэффициенты реактивной мощности (tg φ) не выше следующих значений:

Установка дополнительных КУ с целью снижения потерь электроэнергии в сетях требует технико-экономического обоснования. При этом должна учитываться целесообразность размещения КУ, главным образом, непосредственно у потребителей.

В качестве КУ используются шунтовые конденсаторные батареи. При необходимости быстрого непрерывного регулирования реактивной нагрузки могут применяться статические тиристорные компенсаторы (как правило, в системообразующих сетях).

При повышении напряжения в сети 330-500-750 кВ выше допустимого уровня (в режиме минимальных нагрузок) для компенсации избытков реактивной мощности и ограничения внутренних перенапряжений предусматривается установка ШР.

ШР подключаются, как правило, к линиям 750 кВ через включатели-отключатели, а к линиям 330–500 кВ — через выключатели. Количество ШР с присоединением без выключателя требует обоснования расчетами соответствующих режимов. Способ подключения ШР уточняется при проектировании соответствующих электропередач.