ВЫБОР СХЕМ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ПОДСТАНЦИИ
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).
Основной особенностью электроснабжения сельскохозяйственных потребителей является необходимость охвата сетями большой территории с малыми плотностями нагрузок (для начальной стадии электрификации – 1-5 кВт/км, при дальнейшем развитии – 7-15 кВт/км2). Это предопределяет значительные затраты на сооружение распределительных сетей 0,4 и 10 кВ, которые составляют 70 % общих затрат на сельское электроснабжение.
На первом этапе электрификации, когда электроэнергия использовалась главным образом для осуществления и привода некоторых вспомогательных процессов, большинство сельскохозяйственных потребителей по требованиям надежности относилось к 3-й категории. По мере электрификации технологических процессов эти требования повышались. 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 ч.
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. Напряжение 6 кВ для электроснабжения сельского хозяйства не рекомендуется, действующие сети этого напряжения переводятся на 10 кВ.
Система централизованного электроснабжения сельских предприятий состоит из двух типов сетей:
- питающих (ВЛ 110 и 35 кВ и подстанции 110/35/10, 110/10 или 35/10 кВ);
- распределительных (ВЛ 10 кВ, потребительские подстанции 10/0,4 и 35/0,4 кВ и линии 380/220 В).
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 автоматического повторного включения (АПВ). На этом этапе основной задачей являлся максимальный охват сельской местности централизованным электроснабжением при минимальных капитальных затратах.
На современном этапе электрификации сельского хозяйства возникают 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 схемы питающих и распределительных сельских сетей следующих мероприятий:
- сооружение разукрупняющих питающих подстанций 110/35/10 и 110(35)/10 кВ для сокращения радиусов действия сети 10 кВ и протяженности ВЛ 10 кВ, отходящих от одной подстанции. За последние годы удельная протяженность ВЛ 10 кВ на одну подстанцию снизилась в 2 раза (до 100-150 км), а средний радиус действия уменьшился до 15 км;
- увеличение количества двухтрансформаторных подстанций 110(35)/10 кВ. В настоящее время подстанции с нагрузкой свыше 2 МВт, как правило, сооружаются двухтрансформаторными;
- увеличение количества подстанций с двухсторонним питанием. Одиночная радиальная схема сетей 35-110 кВ (см. рис. 1.1,а) проектируется, как правило, с учетом ее замыкания в перспективе на ближайший центр питания ЦП. Наибольшее применение находит замкнутая сеть, опирающаяся на два ЦП (см. рис. 1.1,д). Двойная радиальная сеть (см. рис. 1.1,б) в сельских районах не получила распространения, так как ее применение целесообразно при значительных сосредоточенных электрических нагрузках. В настоящее время более половины сельскохозяйственных подстанций 110(35)/10 кВ имеют двухстороннее питание;
- замыкание сети 10 кВ – от разных питающих подстанций или двух секций одной подстанции – путем сооружения перемычек. На смену радиальным приходят петлевые схемы сети 10 кВ;
- автоматическое секционирование сетей 35 и 10 кВ, применение автоматического включения резерва (АВР) и АПВ.
Понижающие подстанции предназначены для распределения энергии по сетям НН и создания пунктов соединения сети ВН (коммутационных пунктов). Определяющей для выбора места размещения подстанции является схема сети НН, для питания которой предназначена рассматриваемая подстанция. Оптимальная мощность и радиус действия подстанции 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.
Классификация подстанций по их месту и способу присоединения к сети нормативными документами не установлена. Исходя из применяющихся типов конфигурации сети и возможных схем присоединения подстанций, их можно подразделить на следующие (рис. 1.2):
тупиковые –питаемые по одной (рис. 1.2,а) или двум радиальным линиям; схема 1.2,а рассматривается как первый этап развития сети с последующим преобразованием в схему 1.2,б или 1.2,д;
ответвительные –присоединяемые к одной (рис. 1.2,в) или двум (рис. 1.2,г) проходящим ВЛ на ответвлениях; схема 1.2,в является первым этапом развития с последующим преобразованием в схему 1.2,г и 1.2,д;
проходные - присоединяемые к сети путем захода одной линии с двухсторонним питанием (рис. 1.2,д);
узловые – присоединяемые к сети не менее чем по трем питающим линиям (рис. 1.2,е, ж).
 |
Ответвительные и проходные подстанции объединяют термином промежуточные, который определяет размещение подстанции между двумя центрами питания сети (или узловыми подстанциями).
Проходные или узловые подстанции, через шины которых осуществляются перетоки мощности между отдельными точками сети, называются транзитными.
В литературе и некоторых нормативных документах используется также термин опорнаяподстанция, под которым, как правило, подразумеваются подстанции более высокой ступени напряжения (например, подстанции 220/110 кВ при рассмотрении сети 110 кВ). Однако в ГОСТ 24291-80 этот термин использован для определения эксплуатационной роли подстанции. Поэтому для подстанций, питающих сеть рассматриваемого напряжения, целесообразно использовать термин центр питания (ЦП).
В табл. 1.1 приведены данные статистического анализа частоты применения приведенных выше схем присоединения подстанций в сети 110-330 кВ.
Таблица 1.1
Частота использования разных схем присоединения подстанций в сети 110-330 кВ
| Напряжение сети, кВ | Частота использования схем, %, по рис. 1.2 | |||||
| а | б | в | г | д | е, ж | |
| - | - |
Из приведенных данных видно, что большинство подстанций присоединяются к сети по двум линиям, при этом следует иметь в виду тенденцию к увеличению этого числа за счет уменьшения доли подстанций, присоединяемых на первом этапе по одной линии. Удельный вес узловых подстанций увеличивается с ростом напряжения сети, одновременно снижается доля тупиковых и ответвительных подстанций. Наиболее распространенным типом подстанции 110-330 кВ является проходная.
Анализ схем присоединения электрической сети 110-330 кВ показывает, что к узловым подстанциям целесообразно присоединять до четырех ВЛ.
Схемы присоединения подстанции к сети, допустимое количество промежуточных подстанций между двумя центрами питания выбираются в зависимости от нагрузки и ответственности потребителей подстанции, 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) эти вопросы регламентированы нормативными документами.
Для учета при выполнении проектов понижающих подстанций в схемах развития энергосистем и электрических сетей предварительно должны быть определены район размещения подстанций, электрические нагрузки на расчетные периоды, напряжения распределительных устройств, число и направление линий по напряжениям, тип и мощность компенсирующих устройств, 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 с учетом наличия или отсутствия независимых резервных источников питания;
· схема должна обеспечивать надежность транзита мощности через подстанцию 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 средствами автоматики восстановление питания потребителей в послеаварийной ситуации 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 подстанциям. Наибольший эффект может быть достигнут при унификации наиболее массовых подстанций, являющихся элементами распределительной сети энергосистем. Необходимым условием для этого является типизация главных схем электрических соединений, определяющих технические решения при проектировании и сооружении подстанций.
Главная схема электрических соединений подстанции выбирается с использованием типовых схем РУ 35-750 кВ. Нетиповая главная схема может применяться только при наличии технико-экономических обоснований. Обычно нетиповые схемы применяются при реконструкции действующих подстанций.
На рис. 1.3 приведены типовые схемы РУ 35-750 кВ, а в табл. 1.1 – перечень схем и области их применения. Типовые схемы РУ обозначаются двумя числами, указывающими напряжение сети и номер схемы (например, 110-5, 330-7 и т.п.).
 |
Таблица 1.2