Унификация элементов сети - Роль и назначение электрических сетей 110—330 кВ в современных энергосистемах

Глава первая. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
РОЛЬ И НАЗНАЧЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ 110—330 кВ В СОВРЕМЕННЫХ ЭНЕРГОСИСТЕМАХ
Рост производства электроэнергии и установленной мощности электростанций во всем мире и в СССР за последние 30 лет характеризуется данными табл. 1.
Таблица 1

Несмотря на существенное снижение темпов прироста выработки электроэнергии в семидесятые годы продолжается рост плотности электрических нагрузок, которая достигла особенно значительных величин в промышленно развитых странах со сравнительно небольшой территорией: в Японии—370, ФРГ — 350, Великобритании — 325, Франции —  105 кВт/км² (1979 г.).

Таблица 2

* По территории, охваченной централизованным электроснабжением (принято 7,3 млн. км²).
Рост производства электроэнергии сопровождается развитием электроэнергетических систем, которое идет по пути централизации выработки электроэнергии на крупных электростанциях, строительства электросетей для их объединения и распределения электроэнергии. В табл. 2 приведены данные о развитии электрических сетей напряжением 110 кВ и выше за последнее десятилетие в СССР и в ряде зарубежных стран.
По мере роста плотности электрических нагрузок значение сетевого коэффициента снижается: по странам, приведенным в табл. 2, это снижение за последние 10 лет составило 15—20%. В то же время продолжает расти плотность электрических сетей: в большинстве стран на 30— 40%, во Франции и Великобритании — на 10—15%.
Системообразующие сети электроэнергетической системы осуществляют функции формирования системы, объединяя важнейшие энергетические узлы, и одновременно обеспечивают первый этап распределения электроэнергии от крупных электростанций к распределительным узлам. Назначением распределительных сетей энергосистемы является дальнейшее распределение электроэнергии от подстанций системообразующей сети (и частично от шин распределительного напряжения электростанций) до центров питания промышленных, городских и сельских сетей.

Общепринятого деления сетей по номинальному напряжению на системообразующие (основные) и распределительные не существует; такое деление возможно только для рассматриваемого этапа развития энергетики в конкретной энергосистеме (стране). Однако на определенном этапе конкретное напряжение электрической сети становится высшим напряжением распределительной сети для большинства стран. Так, например, созданная в 1971 г. Международная конференция по электрическим распределительным сетям (CIRED) рассматривает сети до 150 кВ; тем самым признается, что для всех входящих в нее стран это напряжение является распределительным [1].
Очевидно, что по мере развития и роста напряжений электрических сетей растет и напряжение сети, предназначенной для распределения электроэнергии. Для отнесения электрических сетей к распределительным или системообразующим необходим анализ их функций в данной энергосистеме, стране, регионе.
В США, Канаде, Японии, где значительное развитие получили сети 500—765 кВ, распределительные функции постепенно переходят к сетям напряжением до 275—345 кВ; в развитых европейских странах, где высшим напряжением сетей является 380—400 кВ, эти сети имеют как системное, так и распределительное назначение.
В СССР сложились две системы напряжений для сетей напряжением 110 кВ и выше: 110—220—500 кВ и 110(150) — 330—750 кВ. Первая система получила распространение в большинстве объединенных энергосистем (ОЭС); вторая применяется в ОЭС Юга и Северо-Запада, а также частично в ОЭС Северного Кавказа и Закавказья и в районах ОЭС Центра, примыкающих к ОЭС Юга и Северо-Запада.

Сети 110(150) кВ

Сети 110(150) кВ являются основными распределительными сетями энергосистем, которые развиваются во всех ОЭС, независимо от принятой системы напряжений. На напряжении 110 кВ осуществляется электроснабжение промышленных узлов, больших городов, электрификация железнодорожного и трубопроводного транспорта, первая ступень распределения электроэнергии в сельской местности.
Удельный вес линий 110(150) кВ продолжает оставаться достаточно высоким несмотря на усиленное развитие сетей 500—750 кВ и составляет около 70 % протяженности сетей 110 кВ и выше. Сети 150 кВ получили распространение только в Днепровской и частично в примыкающих к ней соседних энергосистемах, а также в Кольской энергосистеме. Сети 110 кВ продолжают развиваться во всех ОЭС при системе 110—220—500 и 110—330—750 кВ. В течение каждого пятилетия сооружается более 50 тыс. км ВЛ и 1500 подстанций 110 кВ. Устанавливаемые на подстанциях 220 и 330 кВ автотрансформаторы (АТ) имеют преимущественно вторичное напряжение 110 кВ: 88% (по мощности) — для высшего напряжения (ВН) 220 кВ и 55 % — для ВН 330 кВ (20% АТ с ВН 330 кВ имеют вторичное напряжение 150 кВ). На подстанциях с ВН 500 кВ 15% АТ имеют вторичное напряжение 110 кВ.

Сети 220 кВ

Сети 220 кВ используются в основном для питания крупных узлов сети 110 кВ, электроснабжения энергоемких промпредприятий путем сооружения глубоких вводов 220/10 кВ, внешнего электроснабжения электрифицированных железных дорог в районах с малыми плотностями нагрузок, где значительны расстояния между опорными подстанциями. В меньшей степени сети этого класса напряжения используются для выдачи мощности электростанций: главным образом для станций сравнительно небольшой мощности, сооруженных в 60-х годах. В течение пятилетия сооружается около 20 тыс. км ВЛ и более 150 подстанций 220 кВ. В последнее десятилетие сети 220 кВ приобрели в основном распределительные функции. Об этом, в частности, свидетельствуют снижение средней длины линии (на 30%), снижение средневзвешенного сечения проводов (на 10 %), а также незначительный рост средней мощности подстанций (на 7 %) и увеличение ввода трансформаторов малой мощности (20—63 МВ-А) в ряде энергосистем. На современном этапе развития электросетей в тех районах, где принята система напряжений 110—220—500 кВ, напряжение 220 кВ является высшим напряжением распределительной сети.

Сети 330 кВ

Сети 330 кВ предназначаются для питания крупных нагрузочных узлов 110 кВ и для выдачи мощности электростанций и обеспечения межсистемных связей. В течение пятилетия вводится 5—6 тыс. км ВЛ и примерно 35 подстанций 330 кВ. Несмотря на развитие в последнее время сетей 750 кВ, значительная часть сетей 330 кВ выполняет функции основной сети энергосистем. Однако по мере роста плотности нагрузок и единичной мощности электростанций удельный вес системообразующих сетей 330 кВ снижается: так, например, в ОЭС Юга только треть намечаемых к сооружению ВЛ 330 кВ предназначается для выдачи мощности электростанций и усиления межсистемных связей; остальные предназначаются для питания новых нагрузочных узлов сети и повышения надежности питания существующих узлов. Таким образом, в тех энергосистемах, где принята система напряжений 110(150) — 330—750 кВ, уже в ближайшей перспективе высшим напряжением распределительной сети будет 330 кВ.