Сети 380 кВ служат для передачи электроэнергии; их задачи сводятся к обеспечению связи между электростанциями и центрами потребления, резервированию на случай выхода из строя электростанции, обеспечению связи с энергосистемами соседних стран. Сети 110 кВ и ниже относят к распределительным, сети 220 кВ занимают промежуточное положение. Как указывалось выше, выполненные исследования показали преимущество системы 380/110 кВ по сравнению с 380/220/110 кВ.
Критерием для выбора конфигурации сети считается совокупность таких факторов, как гибкость с точки зрения повышения пропускной способности на перспективу до 30 лет, занимаемая площадь, перегрузочная способность при аварийных ситуациях, наглядность построения и затраты на эксплуатацию.
Рис. 16. Характерные схемы сетей 380—110 кВ в ФРГ: а —радиальная сеть 110 кВ; б — кольцевая сеть 110 кВ
Характерные идеализированные схемы построения сетей приведены на рис. 16. Первая схема (рис. 16, а) представляет собой кольцо 380 кВ с узловыми подстанциями 380/110 кВ, от которых питается радиальная сеть 110 кВ (воздушные и кабельные линии) с распределительными подстанциями 110/НН кВ; резервирование осуществляется по сети НН. Другая схема (рис. 16,б) построена на базе магистральной ВЛ 380 кВ, проходящей через узловые подстанции 380/110 кВ, каждая из которых питает кабельное (или воздушное) кольцо 110 кВ; соседние кольца связаны через транзитные подстанции 110 кВ, оснащенные АВР; в нормальном режиме кольца разделены и АВР работает только при погашении шин 110 кВ соответствующей узловой подстанции 380/110 кВ. Возможны комбинации обеих схем.
В последнее время в связи с ростом мощностей КЗ проявляется тенденция к построению сети в виде разомкнутых колец или открытых радиальных линий, в первую очередь для сети 110 кВ, в будущем такие схемы станут целесообразными и для сети 380 кВ.
Рисунок 17 иллюстрирует подход к разработке схемы электроснабжения промышленного центра, в котором средняя плотность нагрузки составляет до 10 МВ-А/км2, а в центральной части — до 100 МВ-А/км2. Схемы электроснабжения состоят из ВЛ 380 кВ (1), 110 кВ (2) и кабельных передач большой мощности (3). Общим для обоих вариантов (а, б) является кольцо из двухцепных ВЛ 380 кВ, к которому присоединены электростанции и связь с системой. В варианте а распределение электроэнергии осуществляется с шин районных подстанций, которые питаются по четырехцепным ВЛ 110 кВ. Реализация варианта требует наличия свободного места для прокладки трасс ВЛ. В варианте б трассы ВЛ проходят только по окраинам промышленного узла. В центральную часть ввод осуществляется маслонаполненными кабельными линиями на напряжение 380 кВ.
Рис. 17. Схема электроснабжения промышленного центра в ФРГ:
а, б — варианты схемы: в — схема подстанции 380/110 кВ; 1 — двухцепная ВЛ 380 кВ; 2 — четырехцепная ВЛ 110 кВ; 3 — распределительная ВЛ 110 кВ; 4 — кабельные линии 380 кВ; 5 — электростанция: 6 — связь с энергосистемой: 7 — площадь зоны, км3; 8 — максимальная нагрузка, МВ-А; 9 — плотность нагрузки, МВ · А/км3
Рис. 18. Схема развития электрических сетей Гамбурга:
а — по плану 1955 г.; б — по плану 1967 г.; 1 — городская подстанция 25/6 кВ, рабочая мощность 2x20 МВ- А, третий трансформатор резервный: 2 — городская подстанция 110/10(20) кВ, рабочая мощность 3X63 МВ · А, четвертый трансформатор резервный
Этот вариант требует сооруже ния в центре промышленного узла крупных понижающих подстанций 380/110 кВ (напряжение распределительных сетей, как и в варианте а, 110 кВ). Схема такой подстанции приведена на рис. 17, в. От РУ 110 кВ отходит ряд линий сети, шесть ячеек предназначены для присоединения устанавливаемых на этой же подстанции трансформаторов 110/10 кВ 31—40 МВ-А. Подстанция выполняется закрытой с комплектными элегазовыми ячейками РУ.
Практическую реализацию развития схемы электроснабжения крупного города можно проследить на примере г. Гамбурга (рис. 18). На первом этапе (до начала 60-х годов) напряжение питающей сети составляло 110 кВ, от опорных подстанций 110/25 кВ 4X40 МВ-А питались городские подстанции 25/6 кВ 3X20 MB-А (в том числе один трансформатор резервный). В начале 70-х годов было сооружено двухцепное полукольцо 380 кВ между северной и южной частями города; опорные подстанции 380/110 кВ предусматривают установку четырех трансформаторов по 300 МВ-А, городские подстанции 110/10 кВ — 4X63 МВ-А (в том числе один резервный). При полном развитии системы 380 кВ эта схема удовлетворит питание нагрузки города до 10 ГВ-А при мощности КЗ на шинах 380 кВ порядка 40—50 ГВ-А.
Рассмотренные структурные схемы построены на принципе резервирования всех элементов сети 380—110 кВ: не менее двух питающих цепей на каждую подстанцию, на которых устанавливается не менее двух трансформаторов.
Рис. 19. Схема сети электроснабжения крупного города с глубокими вводами 110 кВ (ФРГ)
Для снижения стоимости и экономии места в отдельных городах (Мюнхен) наблюдается тенденция существенного упрощения подстанций 110/10 кВ с соответствующим изменением конфигурации сети (рис. 19): на небольшой территории сооружается несколько упрощенных однотрансформаторных подстанций с полным резервированием потребителей по сети 10—20 кВ от соседних подстанций. Такая схема представляет собой как бы территориально разнесенную укрупненную подстанцию.
Одними из признаков рассмотренных схем являются стандартизация параметров и типизация основного оборудования, в том числе идентичность количества и единичных мощностей трансформаторов на подстанциях энергорайона.
Западный Берлин.
Энергосистема Западного Берлина не имеет связей с сетями других энергосистем, выработка и распределение электроэнергии осуществляются на ограниченной территории (480 км2). Средняя плотность нагрузки застроенной территории (190 км2) 8,1 МВт/км2, плотность в центре города (2 км2) 20—25 МВт/км2.
До конца 60-х годов распределение электроэнергии осуществлялось по системе 110/30/6/0,4 кВ. В начале 70-х годов принято решение о переходе на систему 110/10/0,4 кВ, при этом сеть 6 кВ постепенно переводится на 10 кВ, новые сети 30 кВ не строятся.
Во второй половине 70-х годов возникла необходимость создания сети более высокого напряжения, способной обеспечить электроснабжение города до 2000 г.: при средней плотности нагрузок в застроенной части — 20 МВт/км2, а в центральной части—100 МВт/км2. К этой сети предполагалось присоединять новые энергоисточники — электростанции с агрегатами 300 и 600 МВт. При выборе напряжения сети учитывалась невозможность прокладки в застроенных районах воздушных линий. В результате выполненных расчетов в качестве следующей ступени напряжения выбрано 380 кВ. К 1978 г. был сооружен первый участок сети: ВЛ 380 кВ (в том числе 5 км — двухцепная воздушная, 16 км — шесть одножильных маслонаполненных кабелей) и две подстанции 380/110 кВ по 800 МВ·А. Подстанции выполнены закрытыми с комплектными РУ с элегазовой изоляцией. На стороне 380 кВ (восемь присоединений: четыре линии и четыре трансформатора) предусмотрена схема с двумя системами сборных шин, секционированных разъединителями, с шиносоединительным выключателем.
Рис. 20. Схема построения распределительной сети 110 кВ Западного Берлина
Кабельная сеть 110 кВ получает питание от электростанций или подстанций 380/110 кВ (рис. 20). Кольца 110 кВ эксплуатируются замкнуто. На подстанциях 110/10 кВ устанавливаются по три трансформатора 31,5 МВ-А, в том числе один резервный, который автоматически подключается при выходе рабочего.
Для определения стратегии развития сети 110 кВ на 20 лет рассмотрен ряд вариантов схем. Признано, что применяемая в настоящее время кольцевая схема является рациональной также на ближайшие годы. В более далекой перспективе для отдельных участков может оказаться целесообразным применение радиальных блочных схем (два кабеля — два трансформатора 110/10 кВ). Оптимальная мощность подстанции составляет 63 МВ-А.
