Унификация элементов сети - Конфигурация и схема сети 110-400 кВ за рубежом

 Многообразие экономических и географических условий, отсутствие единой технической политики во многих зарубежных странах обусловливают различные решения при проектировании схем электрических сетей. В то же время закономерность процессов, происходящих в энергетике,— концентрация генерирующей мощности, рост плотности электрических нагрузок, ужесточение экологических требований, повышение требований к надежности электроснабжения по мере увеличения потребления электроэнергии —  приводит к проявлению общих тенденций при построении схем распределительных электрических сетей всех классов напряжений.
Вопросам надежности электроснабжения уделяется большое внимание. В ряде стран требования к надежности электроснабжения потребителей закреплены в законодательных актах (ФРГ, НРБ). Большинство специалистов считают, что надежность электроснабжения потребителей является определяющим фактором при построении схем распределительных сетей, в то время как системообразующие сети должны формироваться по критической пропускной способности и надежности режимов.
Строгие методы количественной оценки надежности электрических сетей отсутствуют, планирование их развития осуществляется по практическим правилам, основанным на опыте эксплуатации. Создание абсолютно надежной системы электроснабжения считается экономически нецелесообразным. В основе всех правил заложен приоритетный принцип: для определенных потребителей (групп потребителей) должно быть обеспечено нормальное функционирование независимо от выхода любого элемента системы электроснабжения, для остальных потребителей нарушение нормальной работы допустимо в определенных границах.
В некоторых странах действуют нормы надежности электроснабжения потребителей и энергоузлов в зависимости от максимальной нагрузки. В Великобритании с 1964 г. установлены минимальные стандарты надежности электроснабжения при проектировании распределительных сетей, которые отражают необходимую степень резервирования и допустимую продолжительность перерывов питания (табл. 11).

Таблица 11

В ПНР при проектировании сетей 220—400 кВ приняты три степени надежности, которыми руководствуются при проектировании схемы сети энергорайонов: в зависимости от дефицита нагрузки питаемого района или величины выдачи мощности для избыточного района.
Во многих странах для оценки надежности систем электроснабжения применяются вероятностные методы, основанные на использовании статистических материалов об аварийности элементов схемы электроснабжения в расчетах для оценки ущерба в результате нарушений электроснабжения. Попытки такой оценки предпринимаются специалистами Великобритании, ФРГ, Швеции, США, однако это связано со значительными трудностями и пока не получило официального признания. Большинство специалистов сходятся в том, что учитываться должен ущерб потребителей, а не уменьшение дохода энергосистемы от продажи электроэнергии. Однако стоимостная оценка недоотпущенного 1 кВт-ч электроэнергии колеблется у разных авторов в широких пределах. Трудности усугубляются тем, что внезапные перерывы электроснабжения связаны с ограничением нагрузки подстанций с разной структурой потребителей. Ряд специалистов (например, в НРБ) считают, что для некоторых потребителей бесперебойность электроснабжения должна быть жестко нормирована на основе технических и социальных исследований (потребители, для которых нарушение питания может привести к опасности для жизни людей, нарушению важных функций управления или общественных функций и т. п.), для остальных потребителей выбор уровня бесперебойности электроснабжения следует выполнять на основе технико-экономических расчетов с учетом ущерба от нарушений.
Следует отметить разный подход к обеспечению надежности в развитых и развивающихся странах. Ограниченность средств и, как правило, большие расстояния между источниками электроснабжения и потребителями в развивающихся странах приводят к тому, что одиночная радиальная линия считается вполне приемлемой на ранних этапах развития системы. В тех случаях, когда стоимость варианта электроснабжения с двухцепной ВЛ меньшего напряжения равнозначна варианту одноцепной ВЛ высшего напряжения, по соображениям надежности предпочтение отдается двухцепной схеме. В Австралии (энергосистема Нового Южного Уэльса) при снабжении основных энергорайонов предусматривается резервирование, обеспечивающее покрытие нагрузки при выходе из работы одной цепи; для удаленных районов, питающихся по радиальным ВЛ 132 кВ, предусматривается одиночная линия при нагрузке до 40 МВт (частичное резервирование по сети СН) и дублирование ее при большей нагрузке.
Резюмируя подход к вопросу надежности электроснабжения при построении схемы распределительной сети 110 кВ и выше в зарубежных странах, можно констатировать, что основные элементы схем (линии и трансформаторы), как правило, дублируются.

Требования к защите окружающей среды

Повышение требований к защите окружающей среды оказывает все большее влияние на подход к развитию электрических сетей. Важнейшим из аспектов этой проблемы является отчуждение земли для трасс новых ВЛ. Этот вопрос стоит особенно остро в густонаселенных странах Европы и в Японии, плотность населения и нагрузки в которых иллюстрируется следующими данными:

В ряде исследований указывается, что возрастающие трудности с отводом земли для трасс ВЛ делают необходимой разработку общей концепции развития энергосистем на далекую перспективу таким образом, чтобы число и длина линий существенно не возрастали при сохранении необходимой надежности. Рассматриваются различные способы уменьшения количества и суммарной длины новых ВЛ: сооружение двухцепных линий; при этом выражается определенное беспокойство по поводу снижения надежности (считается, что двухцепная ВЛ повреждается в 3 раза чаще, чем одноцепная); отмечается, что сооружение двухцепных ВЛ вместо одноцепных приемлемо до известных пределов, определяемых схемой сети;
увеличение сечений применяемых проводов (например, во Франции для линий 400 кВ вместо ранее применявшихся проводов 2X411 мм² рекомендуется применение 3Х570 мм², в НРБ для ВЛ 110 кВ применяются провода 400 мм² и т. п.);

увеличение токовых нагрузок на провода за счет повышения допустимой максимальной температуры провода; так, в Великобритании за счет улучшения качества антикоррозийных смазок допустимая температура повышена с 50 до 75 °C, что позволило увеличить токовую нагрузку на провод сечением 400 мм² на 30 %;
демонтаж линий низших напряжений и использование их трасс для сооружения новых ВЛ высшего напряжения (например, двухцепные ВЛ 400 кВ по трассам демонтируемых одноцепных ВЛ 225 кВ во Франции, демонтаж за 12 лет 2400 км ВЛ 132 кВ в Англии и т. п.);
сооружение кабельных линий (КЛ) 110 кВ и выше; однако вследствие высокой стоимости КЛ сооружаются в ограниченных объемах: на городских и промышленных территориях, для сохранения наиболее ценных ландшафтов (в Великобритании за 1962—1974 гг. сооружено 400 км КЛ 132 кВ, 110 км 275 кВ и 26 км 400 кВ; в США в 1979 г. введено 67 км КЛ 115—161 кВ, 21 км 230 кВ и выше); увеличение количества новых подстанций для питания сети низшего напряжения, что позволит уменьшить ее протяженность;
увеличение шага шкалы напряжений в диапазоне 110— 400 кВ за счет ограничения развития сетей промежуточного напряжения (220 кВ).

С тандартизация и унификация

При построении электрических сетей большое внимание уделяется стандартизации и унификации схем сети и ее элементов: линий и подстанций. Признано, что стандартизация уменьшает расходы на проектирование и снижает стоимость строительства, исключает ошибки в проектах и упрощает управление и эксплуатацию сети. Типовые схемы электроснабжения различных потребителей применяются в Великобритании, ФРГ, Швеции и др. Указанные выше общие тенденции в той или иной степени проявляются в конфигурациях сети большинства зарубежных стран.
Рост генерирующей мощности и развитие сети сверхвысокого напряжения оказывают влияние на сеть более низкого напряжения, выражающееся в росте токов короткого замыкания и возникновении проблемы их ограничения. Этим, в частности, объясняется отдаваемое специалистами многих стран предпочтение радиальному принципу построения сети. Однако ознакомление с конфигурацией сетей 110—220—400 кВ большинства развитых стран показывает, как правило, их кольцевое построение. Это является естественным следствием постепенного развития сети от источников к отдельным нагрузочным узлам с последующим объединением отдельных энергоузлов, замыканием сетей по условиям надежности и т. п. Поэтому в большинстве случаев в электрической сети развитых энергосистем для ограничения токов КЗ приходится прибегать к размыканию сети низшего напряжения (с применением АВР) по мере осуществления «надстройки» сети более высокого напряжения.

Рис. 3. Карта-схема основных электрических сетей стран Западной Европы (СКППЭ)

На рис. 3—13 приведены карты-схемы электрических сетей 110—400 кВ объединений энергосистем СКППЭ и НОРДЭЛЬ, а также отдельных европейских стран. Конфигурация сети в большой степени зависит от географических условий, взаимного расположения энергоисточников и узлов нагрузки. Так, например, сети НОРДЭЛЬ имеют в основном направление с севера на юг — от гидроэлектростанций к нагрузочным узлам — и состоят из протяженных параллельных линий с короткими поперечными связями; сети СКППЭ благодаря более равномерному расположению энергоисточников не имеют четко выраженной топологии. При всем различии конфигураций можно отметить, что сети 220—400 кВ являются, как правило, многоконтурными; к большинству подстанций 220—400 кВ присоединяется от четырех до восьми линий; в сети 110 кВ подстанции в большинстве случаев присоединяются по двум ВЛ.

Рис. 4. Карта-схема основных электрических сетей скандинавских стран (НОРДЭЛЬ)

Рис. 5. Карта-схема электрических сетей 275—400 кВ Великобритании
Наибольшая концентрация сетей наблюдается в районах крупных городов и агломераций. Это является следствием стремительных темпов урбанизации, характерных для всего мира во второй половине XX века. По прогнозам демографов к концу века в городах будет сосредоточено более половины населения земного шара. Уже в 70-х годах в развитых странах Западной Европы, Северной Америки и в Японии в городах проживало значительно больше половины населения (Великобритания — 79%, Франция — 77%, ФРГ — 82%, Швеция — 81%, Италия — 51%, США — 73 %, Канада — 76 %, Япония — 72 %). 

Рис. 6. Карта-схема электрических сетей 380 кВ ФРГ
Концентрация населения в городах характерна и для социалистических стран Европы (ГДР — 76%, ЧССР — 66%, НРБ — 59%). Урбанизация характеризуется пространственной концентрацией общественного производства и населения в сравнительно немногочисленных центрах, разрастанием крупнейших городов и промышленно-городских агломераций. Электрические нагрузки крупнейших городов мира уже в начале 70-х годов составляли 1—4 ГВт, а к концу века прогнозируется их рост до 8—10 ГВт. Плотность нагрузок на небольших территориях достигает 30 МВт/км², а в ядре такой зоны к концу века может составлять 300 МВт/км².

Рис. 7. Карта-схема электрических сетей 380 кВ Италии
Этим объясняется повышенное внимание к принципам построения систем электроснабжения крупных городов и агломераций, влияние этих принципов на общий подход к построению схем распределительных сетей 110—400 кВ. Ниже приводится описание построения схем сети в ряде европейских стран.

Рис. 8. Карта-схема электрических сетей 220—400 кВ НРБ

Рис. 9. Карта-схема электрических сетей 220—400 кВ ВНР

Рис. 10. Карта-схема электрических сетей 220—380 кВ ГДР

Рис. 11. Карта-схема электрических сетей 220—400 кВ ПНР

Рис. 12. Карта-схема электрических сетей 220—400 кВ СРР

Рис. 13. Карта-схема электрических сетей 220—400 кВ ЧССР