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 25–30 тыс. км линий электропередачи 35 кВ и выше и вводом около 30 ГВ-А 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 (км ВЛ/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 технико-экономических 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 (U):
Ta=100/Up (4.2)
Амортизационные периоды основных элементов электрических сетей, соответствующие нормам ежегодных отчислений на реновацию, приведены ниже:
| Амортизационный период, лет | |
| Здание с железобетонными и металлическими | |
| каркасами со стенами из каменных материалов, | |
| блоков и панелей с площадью пола до 5000 м2 | |
| Силовое электрооборудование и распределительные | |
| устройства | |
| ВЛ 35 кВ и выше на стальных и железобетонных | |
| опорах | |
| ВЛ 35-220 кВ па деревянных опорах |
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 потребительной 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 па 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 па 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 под-стаициях 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. ГТА, а также управления (связь, телемеханика) с учетом изменения схемы сети и научно-технического прогресса в производстве необходимой аппаратуры.
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 но 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 | -10м |
| 35 кВ | -15м |
| 110 кВ | -20м |
| 150, 220 кВ | -25 м |
| 330, 500 кВ | -30 м |
| 750 кВ | -40м |
С учетом этих расстояний и применяемых конструкций ВЛ охранные зоны характеризуются данными табл. 4.9.
Таблица 4.9
