Схемы выдачи мощности электростанций - Опыт использования схем подстанций

В § 4.2 выполнен статистический анализ схем электростанций. Для более полного представления о закономерностях использования различных типов схем коммутации аналогичная работа проведена для подстанций.

Подстанции с высшим напряжением 500 кВ.

Анализу подвергнуты 72 подстанции 500/220, 500/110 и 500/220/110 кВ. Не приняты во внимание переключательные пункты.  На семи подстанциях трансформация 500/110 кВ, на прочих - 500/220 и 500/220/110 кВ. Четверть подстанций с тремя РУ повышенного напряжения. К РУ 500 кВ чаще подключено два автотрансформатора (60% случаев); 14% подстанций находились на этапе развития, когда предусмотрен один автотрансформатор. В последнем случае для надежного электроснабжения потребителей использована группа из трех однофазных автотрансформаторов с резервной фазой. К оставшимся 26% РУ 500 кВ подключено три—четыре автотрансформатора, что является следствием роста нагрузки подстанций при эксплуатации. Лишь 5,5% подстанций подключены к сети по одной ВЛ, 44,5% - по двум, 22,2% - по трем, 20,8% - по четырем и 7% - по пяти-шести ВЛ. В табл. 4.10 для сравнения дано количество (авто) трансформаторов на подстанциях до 765 кВ за рубежом [112]. Респонденты [112] - 15 государств (Австралия, Великобритания,  Германия, Италия, США, Франция и др.).

Таблица 4.10. Количество трансформаторов, устанавливаемых на подстанциях

Таблица 4.11. Схемы коммутации подстанций 500 кВ

* В процессе реализации проектных решений некоторые РУ имеют схему треугольника.
** Четырехугольник, к каждому узлу которого может быть подключено более одного присоединения.

Число присоединений к одному РУ 500 кВ в диапазоне 2-10. Их среднее число - пять. Частота применения схем 500 кВ дана в табл. 4.11. Из нее следует, что, как правило (90% случаев), используются схемы четырехугольника и трансформаторы-шины. С точки зрения топологии они различны.  Однако конструктивно обе схемы предусматривают преобразование первой во вторую при увеличении присоединений более четырех при развитии РУ. Можно говорить о существенной унификации рассматриваемых схем. Подключение к РУ 500 кВ, выполненных по схеме трансформаторы-шины, более двух автотрансформаторов осуществлено двумя способами. По первому способу третий и последующие автотрансформаторы коммутируются, как и ВЛ, двумя выключателями. По второму способу их подключают к сборным шинам, как и предшествующие автотрансформаторы. Сборные шины секционированы выключателями. Максимальное число секций шесть при четырех секционных выключателях.
Подстанции с высшим напряжением 330 кВ. Анализировались 32 подстанции 330/1 10 (28 подстанций) и 330/220/110 кВ (четыре). Не приняты во внимание специфичные подстанции для стыка сетей с различными системами номинальных напряжений. К РУ 330 кВ в 60% случаев подключены два, в 25% - три, в 9% - четыре-шесть автотрансформаторов; 6% подстанций находились на этапе развития, предусмотрен один автотрансформатор. Одна подстанция подключена к сети по одной ВЛ, 47% - по двум, 31% - по трем и 19% - по четырем-шести. Число присоединений к одному РУ 330 кВ в диапазоне 3-10. Их среднее число - пять. Частота применения схем 330 кВ дана в табл. 4.12. Из нее следует, что как и для РУ 500 кВ преобладают схемы четырехугольника и трансформаторы-шины. Их суммарная частота использования свыше 60%. Но степень унификации схем заметно ниже.

Таблица 4.12. Схемы коммутации подстанции 330 кВ

* В процессе реализации проектных решений некоторые РУ имеют схему треугольника.

Подстанции с высшим напряжением 220 кВ.

Рассмотрены 272 подстанции 220/110 и 220/6-10 кВ (в ряде случаев 220/35 кВ) двух ОЭС. Не учтены специфичные подстанции, служащие для электроснабжения компрессорных станций газопроводов, тяговые подстанции. Около 90% подстанций с трансформацией 220/110 кВ. К РУ высшего напряжения подключено обычно не менее двух трансформаторов 220/6-10 кВ или автотрансформаторов 220/110 кВ и двух ВЛ. На семь-восемь двухтрансформаторных подстанций одна трех-четырех-трансформаторная. Число присоединений к РУ 220 кВ в диапазоне 2-11. Их среднее число - пять. Частота применения схем 220 кВ приведена в табл. 4.13. Как видно из этой таблицы, преимущественными являются схемы с двумя системами сборных шин с обходной либо без нее (39%), мостиков (24,6%) и блочные (13,2%). Их результирующая частота применения свыше 70%. Все заметнее в сравнении с РУ 500 и 330 кВ снижение унификации схем.

Таблица 4.13. Схемы коммутации подстанций 220 кВ

* В процессе реализации проектных решений некоторые РУ имеют схему треугольника.

Подстанции с высшим напряжением 110 кВ. Отобраны четыре сетевых района региональной энергосистемы, имеющих различную плотность нагрузки. В одних она 70 кВт/км2, в других - 1700 кВт/км2. Учтено 108 подстанций 110/6-35 кВ. К РУ 110 кВ, как правило, подключено не менее двух трансформаторов и двух ВЛ. В 89% случаев подстанции двух-, в 7% - трех- и в 4% - четырехтрансформаторные. И на этот раз среднее число присоединений пять. Частота применения схем 110 кВ отражена в табл. 4.14. Из нее следует, что как и для РУ 220 кВ, преимущественно применяются схемы с двумя системами шин с обходной либо без нее (38%), мостиков (22,2%) и блочные (17,6%). Их результирующая частота применения близка к 80%.

Таблица 4.14. Схемы коммутации подстанции 110 кВ

* Вместо выключателей установлены разъединители, в цепях трансформаторов - отделители.

Схемы коммутации на вторичной стороне подстанций с высшим напряжением 220-500 кВ.

Данные РУ для отдельно взятой подстанции - среднего напряжения, т.е. РУ 110-220 кВ подстанций с высшим напряжением 220-500 кВ. Последние в сети соответствующего класса напряжения являются нагрузочными узлами, вторичная сторона подстанций - источники питания сети рассматриваемого класса напряжения. В подавляющем числе случаев РУ 110-220 кВ выполнены по схеме с двумя системами сборных шин с обходной либо без нее. Для РУ 110-220 кВ подстанций 500/220, 500/110, 500/220/110, 330/110 и 330/220/110 кВ обходная система присутствовала всегда. Анализируемые РУ имели в среднем 8-10 присоединений. Меньшее число относится к РУ 110 кВ подстанций 220/110 кВ, большая - к РУ 110-220 кВ подстанций 500/220, 500/110 и 500/220/110 кВ. Максимальное число присоединений 31, минимальное -три. В 20% РУ 110-220 кВ подстанций с высшим напряжением 500 кВ сборные шины секционированы выключателями. Предельное число секций шесть при четырех секционных выключателях. Таким образом, частота использования схемы с двумя системами шин в сетях 110-220 кВ выше, чем следует из приведенных данных, если при ее определении учитывать одновременно и питающие, и нагрузочные узлы. Статистика показала, для обширного региона соотношение между числом питающих и нагрузочных узлов оказывается 1:3.
Число подстанций 750 кВ невелико, что не позволяет провести представительную выборку данных. Из 11 подстанций шесть имеют трансформацию 750/330 кВ, прочие -750/500, 750/500/330/110, 750/500/220 и 750/220. Среди них три с одним, шесть с двумя и две с тремя автотрансформаторами. По одной, двум и трем ВЛ 750 кВ соответственно подключены к сети две, четыре и пять подстанций. В качестве схем 750 кВ использованы: четырехугольник (треугольник) - шесть, по типу расширенного четырехугольника - одна, трансформаторы-шины - две, полуторная - две подстанции. Преимущественная схема 330 кВ подстанций с высшим напряжением 750 кВ - полуторная.
Представительность статистической выборки. Учтенные 72 подстанции 500 кВ — большая их часть в России. Так, в региональной системе Мосэнерго, на которую приходится 10% выработки электроэнергии в стране, количество подстанций 500 кВ около 10% от указанного выше. Принятые во внимание 272 подстанции 220 кВ взяты из ОЭС Центра и Сибири. Они наиболее крупные. Для сравнения, в той же региональной системе 20% (от 272) подстанций 220 кВ. Расширение выборки по подстанциям 110 кВ повысило бы представительность данных, но не сказалось бы на выявленных закономерностях. В [113] опубликованы альтернативные данные, подтверждающие, что при 110-220 кВ схемы подстанций формируют с использованием преимущественно трех схем: две системы сборных шин с обходной либо без нее, мостики и блочные.
Приведенное свидетельствует о некоторых закономерностях в структуре сетей. Независимо от напряжения к нагрузочным узлам в среднем скоммутировано пять присоединений. На вторичной стороне подстанций, являвшихся источником питания сети соответствующего напряжения, среднее число присоединений удваивалось. Количество присоединений - один из основных влияющих факторов при обосновании типовой сетки схем.  Поэтому для сетей, выполняющих одинаковые функции, она должна быть максимально идентичной.
Анализ схем коммутации подстанций позволил сформулировать следующее.
Частота применения на практике типовых схем, рекомендованных НТП, различна. При напряжении 110-220 кВ используются преимущественно три схемы: две системы сборных шин с обходной либо без нее, мостики, блочные. Наиболее распространена схема с двумя системами шин. При 330 кВ и выше задействованы, как правило, две схемы: трансформаторы-шины и четырехугольник. С увеличением номинального напряжения растет унификация схем.
Принцип выполнения подстанций двухтрансформаторными с заменой трансформаторов на более мощные при росте нагрузки не всегда соблюдается. Заметно появление трех-четырех трансформаторных подстанций. Связь между сетями 110 кВ и выше осуществлена автотрансформаторами, что затрудняет регулирование режима нейтралей.
Независимо от номинального напряжения при средних условиях подстанция имеет на стороне высшего напряжения пять присоединений, на вторичной стороне их число удваивается, поэтому для сетей, выполняющих одинаковые функции, целесообразна дальнейшая унификация схем коммутации.