Схема развития системообразующей электрической сети ЭЭС

 

П роектирование развития ЭЭС выполняется:

- для схем развития Единой энергетической системы (ЕЭС) России и объединенных энергетических систем (ОЭС);

- схем развития районных энергетических систем (РЭС);

- схем развития распределительных сетей 35–220 кВ;

- схем внешнего электроснабжения объектов промышленности и сельского хозяйства.

Проектирование ЭЭС состоит в разработке и технико-экономическом обосновании решений, определяющих развитие ЭЭС, обеспечивающих снабжение потребителей электроэнергией при наименьших затратах и выполнении технических ограничений по надежности электроснабжения и качеству электроэнергии.

РАО «ЕЭС России» является составной частью отрасли электроэнергетики России. В составе РАО «ЕЭС России» выделяются:

– Общество - головная (материнская) компания РАО «ЕЭС России», включая филиалы и представительства;

– Холдинг - Общество и его дочерние и зависимые общества АО-энерго и АО-электростанции, в т. ч. ОАО «АЭК Комиэнерго»;

– Группа - Холдинг и все остальные дочерние и зависимые общества, включая научно-исследовательские, проектно-конструкторские, строительные, обслуживающие и непрофильные организации.

Проект развития электрических сетей может выполняться в рамках одного АО-энерго в качестве самостоятельной работы, называемой «Схема развития электрической сети РЭС», или как составная часть схемы развития ОЭС и ЕЭС.

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 компенсирующих устройств (КУ), а также способов регулирования напряжения.

При решении этих вопросов предлагаются несколько конкурентоспособных вариантов схем, которые сопоставляются на основе технико-экономических критериев. Все варианты должны удовлетворять требуемой степени надежности, определенной правилами устройства электроустановок (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. Таким образом, наметив 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 вариантов возрастает, т. к. для одной и той же линии можно применять разные марки проводов. Здесь используют дополнительные критерии выбора сечений проводов для сокращения количества вариантов.

Конфигурации схем 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. 1).

ЦП

а)

ЦП

б)

ЦП

в)

ЦП

г)

ЦП1

ЦП2

д)

ЦП1

ЦП2

е)

ЦП1

ЦП2

ЦП3

ж)

ЦП1

ЦП2

ЦП3

з)

Рис. 1. Основные типы конфигураций электрической сети

Одинарная радиальная сеть (рис. 1, а) является наиболее дешевой, однако обеспечивает наименьшую надежность; получила широкое распространение как первый этап развития сети - при небольших нагрузках присоединенных подстанций и возможности их резервирования по сети среднего (СН) или низкого напряжения (НН).

Двойная радиальная сеть (рис. 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. 1, в) и двойные (рис. 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 (рис. 1, д), опирающаяся на два ЦП, - линия с двусторонним питанием. Эта конфигурация образуется в результате поэтапного развития сети между двумя ЦП. Преимущества такой конфигурации: возможность охвата территории сетями, создание «шин» между двумя ЦП для присоединения по мере необходимости новых подстанций, уменьшение суммарной длины воздушных линий (ВЛ) по сравнению с присоединением каждой подстанции по кратчайшему пути, что приводит к созданию сложнозамкнутой сети, возможности присоединения подстанций по упрощенным схемам.

Модификацией замкнутой одинарной сети является замкнутая двойная сеть, опирающаяся на два ЦП (рис. 1, е). Применяется при более высоких плотностях нагрузок, обладает теми же преимуществами, что и одинарная сеть.

Узловая сеть (рис. 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. 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 1

Рассмотреть варианты конфигурации схемы электрической сети для электроснабжения трех новых нагрузок, план расположения которых на местности относительно ЦП в масштабе дан на рис. 2, а. Расстояния между ближайшими пунктами нанесено на плане в километрах (рис. 2, а). Мощности нагрузок новых пунктов равны: Р ₁ = 40 МВт, Р ₂ = 30 МВт, Р ₃ = 25 МВт.

Решение. Пункт 1 расположен ближе всех к ЦП и мощность его нагрузки самая большая, следовательно, надо 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 п. 1: трем вариантам разомкнутого типа (рис. 2, б, в, г) и двум вариантам замкнутого типа (рис. 2, д, е).Следует сразу убрать из рассмотрения вариант д, т. к. дублирование линий в кольце является излишним и приведет к необоснованному удорожанию сети.

Сравним три варианта разомкнутых схем б, в и г с 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: L _в = 15 + 20 = 35 км; другие варианты: L _б = 20 + 25 = 45 км, L _г = 25 + 15 = 40 км.

а)

ЦП

в)

ЦП

ЦП

б)

д)

ЦП

ЦП

г)

ЦП

е)

Рис. 2. Варианты конфигурации схем электрической сети

Из дальнейшего рассмотрения можно убрать вариант г, т. к. по способу присоединения подстанций он равноценен лучшему варианту в, а также имеет питание пункт 2 «по обходному пути», т. е. через пункт 3 слева направо и далее назад к пункт 2. Это необоснованно увеличивает длину пути питания пункта 2, что скажется как на увеличении стоимости сооружаемых линий, так и на завышении потерь электрической 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, т. к. в варианте б подстанция 2 становится тупиковой, схема присоединения которой к сети является одной из самых простых и дешевых.

Вариант кольцевого типа е ничем не уступает по надежности электроснабжения и ориентировочной стоимости сооружения сети вариантам разомкнутого типа (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.