13. СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ ДЛЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ХАРАКТЕРНЫХ ГРУПП ПОТРЕБИТЕЛЕЙ
Практика проектирования выработала определенные принципы и нормы построения электрической сети для электроснабжения групп потребителей, объединенных общностью территории или технологического процесса. К ним относятся комплексы потребителей, расположенных на территории городов, крупные промышленные предприятия и узлы, потребители электрифицированного железнодорожного и трубопроводного транспорта, потребители в сельской местности.
В городах нашей страны сосредоточена большая часть потребителей электроэнергии; электропотребление в них составляет примерно 75 % общего. Это предопределяет существенное влияние схем электроснабжения городов на .общее построение электрической сети.
Схемы электрических сетей городов должны удовлетворять специфическим условиям: высокой плотности электрических нагрузок (в районах преимущественного коммунально-бытового потребления — до 9—12 МВт/км2, в отдельных промышленных зонах — до 30 МВт/км2), ограниченной возможности выбора трасс ВЛ и площадок подстанций, повышенным архитектурно-эстетическим требованиям к сооружаемым элементам сети.
Решающая роль электроэнергии в обеспечении жизнедеятельности города требует высокой надежности электроснабжения. Значительное количество электроприемников относится к первой категории (некоторые отделения лечебных учреждений, узлы связи, электротранспорт, противопожарные устройства и лифты жилых и общественных зданий высотой 16 этажей и более и др.).
Схема питания городского ЦП с суммарной нагрузкой 10 МВ-А и более также должна удовлетворять требованиям, предъявляемым к системе электроснабжения электроприемников первой категории.
Источниками электроснабжения больших (150—250 тыс. жителей), крупных (250—500 тыс. жителей) и крупнейших (500 тыс. и более жителей) городов являются электростанции, размещенные на территории города (как правило, ТЭЦ), и сети энергосистем (в основном 220 кВ и выше). В перспективе удельный вес сетей энергосистем в балансе электроснабжения города растет, что предъявляет требования создания системы многостороннего электроснабжения, которое характеризуется числом независимых направлений связи городских сетей с сетями энергосистемы.
Основной системой напряжений для электроснабжения городов является 110/10 кВ, а для крупных — 220 (330)/110/10 кВ. Сети 35 кВ, получившие на определенном этапе значительное развитие, постепенно ликвидируются. Доля глубоких вводов 220(330)/10 кВ в настоящее время незначительна (менее 1 % нагрузки городов). Это объясняется тем, что трудности вывода с подстанции 220(330)/10 кВ значительного количества кабельных линий 10 кВ предопределяют ее максимальную мощность, соизмеримую с мощностью подстанции 110/10 кВ (2x63 МВ-А). С учетом незначительных расстояний передачи мощности в условиях города глубокие вводы 220(330)/10 кВ, как правило, не имеют технико-экономических преимуществ.
Конфигурация и схема электроснабжающей сети 110— 220(330) кВ города зависит от ряда конкретных условий: географического положения, конфигурации селитебной территории и размещения промышленных зон, плотности и распределения электрических нагрузок, энергобаланса города — дефицита мощности, покрываемого от системы. Тем не менее существуют общие принципы рационального построения сети.
Для больших городов можно отметить несколько этапов развития электрической сети 110—220(330) кВ (рис. 38). Первый этап является начальной стадией организации сети от городской ТЭЦ, при которой отдельные линии и подстанции 110 кВ еще не представляют единой четкой системы электроснабжения. На втором этапе, связанном с появлением первой подстанции 220/110 кВ, уже проступают принципы формирования сети. Третий и четвертый этапы характеризуются процессом окончательного формирования сети 110 кВ и создания сети 220 кВ системы электроснабжения города.
Рис. 39. Схема сети 110—330 кВ кольцевой конфигурации для электроснабжения крупного города (коммутационные аппараты условно не показаны)
Рис. 38. Этапы развития электроснабжающей сети крупного города:
1— территория города; 2 — ТЭЦ; 3 — подстанция 110 кВ; 4 — подстанция 220 кВ;
б — двухцепная ВЛ 110 кВ; 6 — ВЛ 220 кВ
Сеть 110 кВ, как правило, сооружается в виде кольца, охватывающего город и проходящего по его окраинам (рис. 39). Это кольцо выполняет роль сборных шин, которые принимают электроэнергию от ЦП и распределяют ее по районам города через подстанции 110/10 кВ. Замкнутая сеть кольцевой конфигурации обеспечивает надежную и гибкую систему электроснабжения, поскольку в нормальных и послеаварийных режимах возможно использование реверсивных потоков мощности. Кроме того, обеспечивается экономичное развитие сети 110 кВ по мере роста электрических нагрузок: пропускная способность сети может увеличиваться за счет «разрезания» кольца и подключения его к новым ЦП. Таким образом, конфигурация городской сети 110 кВ по мере развития претерпевает преобразования от Р2 к 32, а затем к Д2. Хотя радиальные схемы обладают рядом преимуществ по сравнению с замкнутыми (см. выше), применение их в качестве конечных в городах крайне ограничено, так как они характеризуются худшим использованием ВЛ, меньшей гибкостью и надежностью электроснабжения.
Осуществление глубоких вводов в центральную, наиболее застроенную часть города возможно только при использовании кабельных линий 110 кВ. Однако ввиду высокой стоимости КЛ (в 12—15 раз большей, чем ВЛ) их применение пока ограничено несколькими крупнейшими городами. В перспективе с учетом прогресса в кабельной промышленности применение КЛ 110 кВ и выше возрастет, что окажет существенное влияние на построение схем электрических сетей городов.
Для городов, вытянутых вдоль морских побережий или рек, опорная сеть 110 кВ обычно представлена магистральной двухцепной ВЛ, проходящей вдоль города и присоединенной в нескольких точках к ЦП с использованием главным образом конфигурации Д2 и частично Р2 (рис. 40).
Рис. 40. Схема «ленточной» сети 110—220 кВ для электроснабжения города, вытянутого вдоль реки:
1, 2 — существующие подстанции, напряжением соответственно 220 и 110 кВ; 3, 4 — то же, намечаемые подстанции 5, 6 — то же, существующие ВЛ; 7, 8 — то же, намечаемые ВЛ По мере развития города и роста его электрической нагрузки вокруг города создается сеть 220—330 кВ (обычно кольцевой конфигурации), соединяющая ЦП сети 110 кВ (см. рис. 39). На сеть 220— 330 кВ перекладывается обеспечение параллельной работы центров питания, сеть 110 кВ может работать разомкнуто, исходя из оптимального распределения потоков мощности и обеспечения целесообразных уровней токов КЗ.
Учитывая высокую ценность городской территории, все ВЛ в городах рекомендуется выполнять двухцепными с сечениями проводов на одну-две ступени выше расчетных [39]. Анализ показывает, что около 70 % ВЛ 110 кВ в городах в настоящее время выполнено с большими сечениями проводов (185 мм2 и выше).
Все подстанции 110 кВ присоединяются к сети по двум цепям с попеременным использованием схем ответвления без выключателей и заходов одной ВЛ по схеме «мостика» с выключателем в перемычке. Применение простых схем на стороне 110 кВ в условиях города особенно важно в связи с ограниченностью территории для их размещения, а также необходимостью выполнения некоторых подстанций закрытыми (для ограничения шума трансформаторов либо по архитектурным требованиям). Поэтому в качестве коммутационных пунктов сети 110 кВ следует использовать центры питания — подстанции 220(330)/110 кВ.
