Схемы электрических сетей

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

Выбор схемы электрических сетей выполняется на следующие расчетные уровни:

единая электрическая сеть – расчетный срок 10 лет;

распределительная сеть – 5 лет;

сеть внешнего электроснабжения промышленного предприятия – срок ввода в работу (освоения полной мощности) предприятия.

При проектировании электрических сетей должна обеспечиваться экономичность их развития и функционирования с учетом рационального сочетания сооружаемых элементов сети с действующими.

Общепринятая классификация электрических сетей по их конфигурации отсутствует. Однако, несмотря на многообразие применяемых схем, любую электрическую сеть можно разделить на отдельные участки, опирающиеся на центры питания ЦП, и отнести к одному из рассмотренных ниже типов [5].

Одинарная радиальная (магистральная) сеть (рис. 4.2,а) является наиболее дешевой, но наименее надежной. Эта сеть получила широкое распространение как первый этап развития сети. Однако уже на первом этапе следует решить, в каком направлении намечается дальнейшее развитие сети, чтобы привести ее к одному из типов по рис. 4.2,б, в или г.

Рис.4.2. Основные типы конфигурации сети

Двойная радиальная (магистральная) сеть (рис. 4.2,б) обеспечивает резервирование питания потребителей и возможность подключения подстанций по простейшим блочным схемам или по упрощенным схемам без сборных шин.

Замкнутая кольцевая сеть (рис. 4.2,в), как и предыдущая, обладает высокой надежностью и обеспечивает возможность подключения подстанций по упрощенным схемам без сборных шин.

Широко применяется замкнутая сеть, опирающаяся на два ЦП (рис. 4.2,г). Такая сеть (одинарная или двойная) образуется в результате поэтапного развития сети между двумя ЦП. Преимуществами такой сети являются возможность охвата большой территории сетями, возможность присоединения подстанций по упрощенным схемам без сборных шин и возможность присоединения новых подстанций. Недостатками такой сети являются неэкономичное потокораспределение при разных напряжениях ЦП и повышенный уровень токов КЗ.

Узловая сеть (рис. 4.2,д) имеет более высокую надежность за счет присоединения к трем ЦП, однако плохо управляема в режимном отношении и требует сооружения сложной узловой подстанции. Создание такой сети, как правило, бывает вынужденным.

Многоконтурная сеть (рис. 4.2,е) является, как правило, результатом неуправляемого развития сети в условиях ограниченного количества и неравномерного размещения ЦП. Такая сеть характеризуется сложными схемами присоединения подстанций, трудностями обеспечения оптимального режима, повышенными уровнями токов КЗ.

Основой рационального развития сети является применение простых типов конфигураций сетей. Для распределительной сети такими конфигурациями являются, в первую очередь, двойная радиальная (магистральная) сеть и одинарная замкнутая, опирающаяся на два ЦП.

Двойная радиальная сеть эффективнее при небольших расстояниях от потребителей до ЦП и при высоких уровнях нагрузки. Этот тип сети находит применение для электроснабжения промышленных предприятий и отдельных районов крупных городов на напряжении 110 кВ. К двойной радиальной сети 110 кВ, выполненной двухцепной линией, присоединяется, как правило, не более двух подстанций, при двух одноцепных линиях – не более трех подстанций.

Одинарная замкнутая сеть, опирающаяся на два ЦП, находит широкое применение в распределительных сетях 110 кВ для электроснабжения сельскохозяйственных потребителей, а также в распределительных сетях 220 кВ, обеспечивая с наименьшими затратами максимальный охват территории. Присоединение к такой сети подстанций осуществляется по упрощенным схемам без сборных шин.

Одним техническим ограничением для одинарной замкнутой сети является пропускная способность головных участков, каждый из которых должен обеспечить электроснабжение всех потребителей при аварийном отключении другого головного участка. Другими техническими ограничениями для такой конфигурации сети являются количество присоединенных подстанций и предельная длина сети. Количество присоединенных подстанций, как правило, не более трех, предельная длина сети при напряжении 220 кВ, как правило, не должна превышать 250 км, а при напряжении 110 кВ – 120 км.

При возникновении таких ограничений одинарная замкнутая сеть, опирающаяся на два ЦП, может быть преобразована по одному из вариантов, показанных на рис. 4.3. Схема рис. 4.3,а является предпочтительнее, так как не усложняет конфигурацию сети. Однако, возможность применения такой схемы обусловлена благоприятным размещением нового ЦП3 относительно рассматриваемой сети.

Рис. 4.3. Варианты развития замкнутой сети

Схемы рис. 4.3,б и в приводят к созданию узловых (б) и многоконтурных (в) конфигураций сети и усложнению схем отдельных подстанций. Схема рис. 4.3,в применяется в тех случаях, когда сооружение нового ЦП оказывается нецелесообразным.

Двойная замкнутая сеть обладает большой пропускной способностью и может использоваться длительное время без преобразования в другие типы. Она применяется, в частности, в сетях 110 кВ систем электроснабжения крупных городов и транспортных систем (участков железных дорог, газо- и нефтепроводов). При напряжениях 110 и 220 кВ к такой сети можно подключать до пяти промежуточных подстанций по упрощенным схемам без сборных шин.

Замкнутые кольцевые сети, опирающиеся на один ЦП, используются, как правило, на первом этапе развития сети в сельской местности и городах с последующим преобразованием на два участка одинарной или двойной замкнутой сети, опирающейся на два ЦП.

Применение сложнозамкнутых конфигураций распределительной сети из-за присущих им недостатков 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 следует размещать в узловых точках сети.