Элементы типового проектирования электрических сетей

СХЕМА РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ЭЭС

Проект развития электрических сетей выполняется как самостоятельная работа «Схема развития электрической сети энергосистемы» (объединенной, города, промышленного узла и др.), или как составная часть более общего проекта «Схема развития энергосистемы».

Проектирование развития электрических сетей энергосистем осуществляется в иерархической последовательности.

• 1. На уровне ЕЭС обосновывается развитие системообразующих связей ЕЭС, включающих в себя связи между отдельными ОЭС и наиболее важные магистрали внутри ОЭС, загрузка которых определяется режимом работы ЕЭС в целом.
• 2. На уровне проектирования сетей ОЭС обосновывается развитие системообразующих связей ОЭС, включающих сети для выдачи мощности крупных электростанций, межсистемные связи между энергосистемами и наиболее важные внутренние связи районных энергосистем, загрузка которых определяется режимом работы ОЭС.
• 3. На уровне развития районных энергосистем осуществляется обоснование развития остальной части сетей 220 кВ и выше, а также распределительных сетей 35 кВ и выше.
• 4. Разрабатываются схемы внешнего электроснабжения объектов промышленности, сельского хозяйства, городов и населенных пунктов, а также электрифицируемых участков железных дорог, нсфтси газопроводов по исходным данным заказчиков работ, которыми могут быть РАО «РЖД», проектные институты отдельных отраслей, акционерные общества, юридические и физические лица и др.

В процессе проектирования происходит взаимный обмен информацией и увязка решений по развитию электрических сетей различных назначений и напряжений.

При различном составе и объеме задач, решаемых на отдельных этапах проектирования электрических сетей, указанные работы имеют следующее примерное содержание:

• • анализ существующей сети энергосистемы (района, города, объекта), включающий ее рассмотрение с точки зрения загрузки, условий регулирования напряжения, выявления «узких мест» в работе;
• • определение электрических нагрузок потребителей и составление балансов акгивной мощности по отдельным подстанциям и энергоузлам, обоснование сооружения новых ПС и ВЛ;
• • выбор расчетных режимов работы электростанций (если к рассматриваемой сети присоединены электростанции) и определение загрузки проектируемой электрической сети;
• • электрические расчеты различных режимов работы сети и обоснование схемы сети; проверочные расчеты статической и динамической устойчивости параллельной работы электростанций (выполняются, как правило, только при проектировании электрических сетей объединенных или достаточно мощных отдельных энергосистем), выявление основных требований к системной противоаварийной автоматике;
• • составление баланса реактивной мощности и выявление условий регулирования напряжения в сети, обоснование пунктов размещения компенсирующих устройств (КУ), их типа и мощности;
• • расчеты токов КЗ в проектируемой сети (как правило, грехфазных) и установление требований к отключающей способности коммутационной аппаратуры, разработка предложений по ограничению токов КЗ;
• • выбор и обоснование количества, мощности и мест установки дугогасящих реакторов для компенсации емкостных токов и/или устройств резистивного заземления нейтрали (производится для сетей 35 кВ и ниже);
• • формирование сводных данных по намеченному объему развития электрической сети, натуральные и стоимостные показатели, очередность развития.

В соответствии с заданием содержание «Схем развития…» может уточняться заказчиком за счет включения (или исключения) дополнительных вопросов.

К основным вопросам, которые решаются по схеме развития распределительных сетей РЭС, относятся:

• • выбор конфигурации электрической сети, типов подстанций, номинальных напряжений и сечений проводников ЛЭП, а также схем и оборудования подстанций;
• • баланс мощностей, выбор типа и мест размещения КУ, а также способов регулирования напряжения.

При решении этих вопросов предлагается несколько конкурентноспособных вариантов схем, которые сопоставляются на основе технико-экономических критериев. Все варианты должны удовлетворять требуемой степени надежности, определенной ПУЭ.

Варианты схем электрических сетей намечаются исходя из наименьшей суммарной длины новых линий, кратчайшего пути от новых пунктов нагрузок до источников питания, требуемого уровня надежности электроснабжения потребителей и перспективы дальнейшего развития энергосистемы.

Первым этапом создания вариантов схем электрической сети является выбор конфигурации сети (графа сети). Между источниками питания и новыми пунктами нагрузок с учетом их расположения на местности в масштабе проводятся линии, которые отображают расположение новых ЛЭП. Наметив, таким образом, несколько схем, следует определить их номинальные напряжения, число ступеней трансформации на подстанциях, скорректировать расстояния между подстанциями с учетом условий прокладки трассы под будущие ЛЭП и вновь рассмотреть варианты конфигурации сети.

При выборе сечений проводов линий количество рассматриваемых вариантов возрастает, гак как для одной и той же линии можно применять разные марки и сечения проводов. Здесь используют дополнительные критерии выбора сечений проводов для сокращения количества рассматриваемых вариантов.

По конфигурации схемы электрических сетей разделяют на разомкнутые и замкнутые. В общем нельзя сказать, какую именно конфигурацию следует принять в конкретном случае. Как правило, нужны дополнительные расчеты, подтверждающие целесообразность принимаемых решений. Поэтому среди намечаемых вариантов конфигураций сети должны быть как разомкнутые, так и замкнутые виды конфигураций.

Несмотря на многообразие применяемых конфигураций и схем, любую сеть можно разделить на отдельные участки, опирающиеся на центры питания (ЦП), и отнести к одному из рассмотренных ниже типов (рис. 7.1).

Рис. 7.1. Основные типы конфигурации элскгрической сети.

Одинарная радиальная сеть (рис. 7.1, а) является наиболее дешевой, однако наименее надежна; получила широкое распространение как первый этап развития сети — при небольших нагрузках присоединенных подстанций и возможности их резервирования по сети СН или НН.

Двойная радиальная сеть (рис. 7.1, б) за счет дублирования линии (двухцепная или две одноцепные ЛЭП) обеспечивает резервирование питания потребителей. Эта схема характеризуется равномерной загрузкой обеих линий и дает возможность присоединения подстанции по простейшим схемам.

При электроснабжении района от одного ЦП находят применение замкнутые сети кольцевой конфигурации одинарные (рис. 7.1, в) и двойные (рис. 7.1, г). Достоинством этих схем является высокая надежность электроснабжения потребителей (обеспечивается питание каждого потребителя по двум независимым участкам сети) и возможность применения простых схем присоединения подстанций.

Широкое применение находит замкнутая одинарная сеть, опирающаяся на два ЦП, — линия с двусторонним питанием. Эта конфигурация образуется в результате поэтапного развития сети между двумя ЦП. Преимущества такой конфигурации — это возможность охвата территории сетями для присоединения по мере необходимости новых подстанций, уменьшение суммарной длины ВЛ по сравнению с присоединением каждой подстанции по кратчайшему пути, что приводит к созданию сложнозамкнутой сети, возможность присоединения подстанций по упрощенным схемам.

Модификацией замкнутой одинарной сети является замкнутая двойная сеть, опирающаяся на два ЦП (рис. 7.1, е). Применяется при более высоких плотностях нагрузок, обладает теми же преимуществами, что и одинарная сеть.

Узловая сеть (рис. 7.1, ж) имеет более высокую надежность, чем предыдущие конфигурации сети за счет присоединения к трем ЦП, однако плохо управляема в режимном отношении и требует сооружения сложной узловой подстанции.

Многоконтурная сеть (рис. 7.1, з) является, как правило, результатом неуправляемого развития сети в условиях ограниченного количества и неравномерного размещения ЦП. Характеризуется сложными схемами подключения подстанций и трудностями обеспечения оптимального режима.

Пример. 7.1. Рассмотрим варианты конфигурации схемы электрической сети для электроснабжения трех новых нагрузок, план расположения которых на местности относительно ЦП в масштабе дан на рис. 7.2, а. Расстояния между ближайшими пунктами нанесены на плане в километрах (рис. 7.2, а). Мощности нагрузок новых пунктов равны: Р = 40 МВт, Р₂ = 30 МВт, Р_ъ = 25 МВт. Пункт 1 расположен ближе всех к ЦП, и мощность его нагрузки самая большая, следовательно, следует сразу предусмотреть его питание по кратчайшему пути и наметить двухцепную линию ЦП-1. Питание остальных двух пунктов нагрузки может быть выполнено по различным вариантам через пункт 1: трем вариантам разомкнутого типа (рис. 7.2, б, в, г) и двум вариантам замкнутого типа (рис. 7.2, с), ё).

Рис. 7.2. Варианты конфигурации схем электрической сети.

Следует сразу убрать из рассмотрения вариант д, так как дублирование линий в кольце излишне и приведет к необоснованному удорожанию сети. Рассмотрим три варианта разомкнутых схем б, в иге точки зрения критерия суммарной длины линий, причем длину линии ЦП-1 не будем учитывать, поскольку она присутствует во всех вариантах. Вариант в имеет самую маленькую суммарную длину линий Ь_в = 15 + 20 = 35; другие варианты: L_f, = 20 + 25 = 45, L, = 25 + 15 = 40.

Из дальнейшего рассмотрения можно убрать вариант г, так как по способу присоединения подстанций он равноценен лучшему варианту в, а также имеет питание пункта 2 «по обходному пути», т. е. через пункт 3 слева направо и далее назад к пункту 2. Это необоснованно увеличивает длину пути питания пункта 2, что скажется как на возрастании стоимости сооружаемых линий, так и на завышении потерь элекгрической энергии.

Из оставшихся двух вариантов разомкнутого типа на данном этапе нельзя выбрать лучший. Несмотря на меньшую суммарную длину, вариант в имеет недостатки. Во-первых, питание пункта осуществляется по пути через транзитный пункт 2, что, естественно, увеличивает потери энергии, а во-вторых, загрузка линии 1−2 будет выше, чем в другом варианте, что повлечет выбор большего сечения проводов и увеличение стоимости капитальных вложений. В то же время вариант в имеет более простую схему присоединения к сети подстанции 1 — количество отходящих линий здесь меньше, но для подстанции 2, наоборот, схема несколько сложнее, так как в варианте б подстанция 2 становится тупиковой, схема присоединения которой к сети является одной из самых простых и дешевых.

Вариант кольцевого типа е ничем нс уступает по надежности электроснабжения и ориентировочной стоимости сооружения сети (линии, входящие в кольцо, одноцепные, а следовательно, дешевле двухцепных). Дать сравнительную оценку величины потерь энергии в этом варианте на этапе предварительного выбора конфигурации сети нельзя.

Следовательно, для дальнейшего рассмотрения следует выбрать три варианта конфигурации сети: б, в и е. После выбора номинальных напряжений линий и количества номинальных напряжений на подстанциях можно вторично рассмотреть выбранные конфигурации сети.