6.11. Схемы электрических сетей

Схема электрической сети определяется применяемыми номинальными напряжениями, числом ступеней трансфор­- мации, схемой соединения подстанций (конфигурацией се­- ти) и схемами электрических соединений понижающих подстанций. Выбор номинального напряжения рассмотрен в § 6.5. При проектировании электрической сети и выборе ее схемы в первую очередь решается задача выбора U _ном и ступеней трансформации. Эта задача достаточно сложна и решается, с одной стороны, с учетом опыта проектирова­- ния и, с другой стороны, в результате технико-экономиче­- ских расчетов.

При применении ЭВМ для решения этой задачи эффек­- тивно использование оценочных моделей. Ниже рассмот­- рим различные схемы соединения сети и схемы подстанций, а также проанализируем их основные свойства и области применения.

Схема соединения сети или конфигурация сети опреде­- ляет соединение ветвей и узлов. Единой общепринятой

Рис. 6.16. Схемы разомкнутых сетей:

а, б, в–магистральная, радиальная и радиально-магистральная нерезервирован­- ные: г, д, е–магистральная, радиальная и радиальио-магистральная резервиро- ванные

классификации схем соединения сетей нет. Наиболее об­- щим является разделе ниесетей по их схемам соединения на разомкнутые (рис. 6.16) и замкнутые (рис. 6.17). Вто­- рым важным признаком, по которому делятся схемы со­-

Рис. 6.17. Простые замкнутые и сложнозамкнутые сети

а- одноцепная линия с двухсторонним питанием; б – одноцепная кольцевая; в – одноцепная петлевая; г – двухцепная линия с двухсторонним питанием; д – двух- цепная кольцевая; е – двухцепая петлевая; ж - сложнозамкнутая

единения сетей, является наличие или отсутствие резерви­- рования. В разомкнутых сетях резервирование соответству­- ет применению двух параллельных или двухцепных линий (рис. 6.16, г–е), нерезервированные разомкнутые сети вы­- полняются одноцспными линиями (рис. 6.16,а–в). В свою очередь разомкнутые и замкнутые сети могут выполняться по различным типам схем соединения, имеющим свои осо­- бенности. Рассмотрим более подробно различные типы схем соединения электрических сетей, приведенных на рис. 6.16 и 6.17.

Разомкнутые нерезервированные сети применяются для передачи электроэнергии к потребителям III категории и в некоторых специально обоснованных технико-экономи­- ческими расчетами случаях (см. § 6.4) для электроснабже­- ния потребителей II категории. Разомкнутые сети часто де­- лят на магистральные, радиальные и ради- ально-магистральные или разветвленные. На рис. 6.16,а приведена схема магистральной нерезерви­- рованной сети. Магистральная линия предназначена для питания нескольких потребителей, расположенных в одном направлении. Недостаток такой сети – в низкой надежно­- сти. При аварии на головном участке ЦП1 и его отключе­- нии отключаются все потребители, питающиеся от одной магистрали. При аварии на промежуточном участке отклю­- чаются все потребители, расположенные за этим участком. Например, при отключении участка 12 (рис. 6.16, а) необ­- ходимо отключение потребителей 2 и 3. В радиальной се­- ти (рис. 6.16, б) каждый потребитель питается по своему радиальному участку сети. Например, потребитель 1 на рис. 6.16, б питается по участку ЦП1, потребитель 2–по участку ЦП2 и т. д. Радиально-магистральная сеть (рис. 6.16,в) содержит как магистральные, так и радиальные линии.

Такие схемы широко применяются в сельских распреде­- лительных сетях, а также для электроснабжения бытовых потребителей небольших городов и поселков и промышлен- ных потребителей III категории.

Разомкнутые резервированные сети применяются для электроснабжения потребителей I, II категорий. Такие се­- ти выполняются в виде двух параллельных или двухцепных линий. При выходе из строя одной цепи вторая остается в работе и потребители I, а в большинстве случаев и II ка­- тегории продолжают снабжаться электроэнергией. Разомк­- нутые резервированные сети можно разделить на магист­- ральные (рис. 6.16, г), радиальные (рис. 616,д) и ради- ально-магистральные или разветвленные (рис. 6.16,е).

Разомкнутые резервированные схемы широко применя­- ют в питающих, а также в промышленных и городских сетях.

Замкнутые электрические сети (рис. 6.17) –это резер­- вированные сети. В этих сетях каждый потребитель полу­- чает питание не менее чем по двум ветвям. При отключении любой ветви в таких сетях потребитель получает питание по второй ветви. Замкнутые сети более надежны, чем ра- зомкнутые, в них меньше потери мощности. Недостаток замкнутых сетей состоит в усложнении эксплуатации. В этих сетях труднее осуществлять автоматизацию и до­- биться селективности релейной защиты, плавких предо­- хранителей и тепловых автоматов (см. § 6.10). Замкнутые сети подразделяются на простые и сложно-замкнутые. В простых замкнутых сетях (рис. 6.17, а, б, г, д) каждый узел питается не более чем по двум ветвям. Эти сети состоят из одного контура. В свою очередь простые замкнутые сети условно делятся на линии с двухсторонним питанием (рис. 6.17, а, г) и кольцевые (рис. 6.17, б, д). Ли­- нии с двухсторонним питанием и кольцевая сеть могут со­- стоять как из одноцеппых участков (рис. 6.17, а, б), так и из участков, выполненных двумя параллельными или двухцспными линиями (рис. 6.17,г, д). Линии с двухсто­- ронним питанием и простые замкнутые сети широко при­- меняются в сельских и городских распределительных сетях.

Из-за сложности автоматизации и защиты простые замкнутые сети, питающие городских и сельских потреби­- телей, эксплуатируются в разомкнутом режиме. Такие простые замкнутые, но работающие в разомкнутом режи­- ме сети называются петлевыми (рис. 6.17, б, е). На рис. 6.17, в приведена кольцевая распределительная сеть напря­- жением 6–10 кВ, в которой в нормальном режиме разъ­- единитель отключен и сеть работает разомкнутой. При по­- вреждении головного участка, например ЦП1, питание по­- требителей на участке ЦПЗ, т. е. потребителей 1–3, прекращается на время, необходимое эксплуатационному персоналу для производства оперативных переключений. После переключений включается разъединитель и отклю­- чается поврежденный головной участок ЦП1. В результа­- те потребители 1–3 будут получать электроэнергию по длинному пути Ц,П4,5,6,3,2,1. В нормальном режиме пет­- левые сети работают в разомкнутом режиме и могут быть легко автоматизированы и защищены, их эксплуатация в нормальном режиме проста. При авариях потребители отключаются только на время оперативных переключений. Применение петлевых сетей возможно только для потреби­- телей, допускающих подобный перерыв в электроснабже­- нии. Таким образом, надежность петлевых сетей выше, чем разомкнутых, хотя и несколько ниже, чем если бы они ра- ботали в замкнутом режиме.

Сложнозамкнутые схемы (рис. 6.17, ж) содержат несколько замкнутых контуров. В этих сетях есть хотя бы один узел, получающий питание по трем и более ветвям, например узлы 1, 2. Сложнозамкнутые схемы широко рас­- пространены в питающих сетях напряжением 110 кВ и выше.

Способ присоединения подстанции к сети, напряжение и количество присоединяемых линий, а также вид приме­- няемых коммутационных аппаратов определяют схемы по­- нижающих подстанций.

Классификация подстанций по месту и способу присо­единения к сети нормативными документами не установле­на, и разные авторы используют несовпадающую термино­логию. Будем классифицировать подстанции по типу их присоединения к сети в основном по [10] (рис. 6.18).

Тупиковая или конце- вая подстанция присоеди- няется в конце магист- ральных, радиальных или радиально-магистральных сетей.

Подстанции, питаю- щие сеть рассматриваемо- го напряжения, будем на- зывать центром питания (ЦП). Как правило, это подстанции более высокой ступени напряжения. Например, подстанции

Рис. 6.18. Основные типы при- соединения подстанции к сети:

а, б–тупиковые к одной и двум ВЛ; в, г – ответвительные от од­- ной и двух магистральных ВЛ; д, е–ответвительные от одной и двух ВЛ с двухсторонним питанием; ж– проходная подстанция, присоединя- емая путем захода линии; з, и – узловые, присоединенные по трем или более питающим ВЛ

220/110 кВ–это центр питания сети 110 кВ, питающейся от данного ЦП. В литературе и некоторых нормативных до­- кументах иногда вместо ЦП применяют термин опорная подстанция. Мощность, текущая от ЦП к тупиковой под­- станции, поступает только к потребителю этой подстанции и не течет дальше, так как после этой подстанции нет дру­- гих линий. Именно поэтому подстанции этого типа называ­- ются тупиковыми. Тупиковая подстанция на рис. 6.18, а под­- ключена в конце одной или двух параллельных радиальных линий. В магистральной сети (см. рис. 6.16, а, б) последняя подстанция тупиковая. В радиальной сети на рис. 6.16, б, д все подстанции тупиковые. В радиально-магистральной сети (см. рис. 6.16, в, е) тупиковой является каждая последняя (концевая) на данном пути протекания мощности под­- станция.

Ответвительные подстанции питаются от линии элек­- тропередачи через ответвления. Присоединение к линии при помощи ответвлений дешевле, так как требует меньше ком­- мутационных аппаратов. Эксплуатация линии с ответвле­- ниями менее удобна, поскольку при ремонте каждого из ее участков надо отключать всю линию. Ответвления от ли­- ний широко применяются в воздушных сетях, но нецелесо­- образны в кабельных сетях из-за продолжительного ремон­- та кабельных линий. Ответвительные подстанции могут присоединяться к одной или двум магистральным линиям (рис. 6.18, в, г) либо к одной или двум линиям с двухсто­- ронним питанием (рис. 6.18, д, е).

Проходная подстанция присоединяется к сети путем за­- хода на нее одной линии с двухсторонним питанием (6.18, ж). Проходные подстанции применяются в простых замкнутых сетях.

Ответвительные и проходные подстанции объединяют термином промежуточные, который соответствует размещению подстанций между двумя центрами питания (или узловыми подстанциями) либо между ЦП и концом линии.

Узловые подстанции (рис. 6.18,з,и) присоединяются к сети не менее чем по трем линиям, по которым мощность течет к подстанции (питающие линии). Узловые подстан­- ции применяются в сложнозамкнутых сетях.

Проходные или узловые подстанции, через шины кото-

Таблица 6.8 Типовые схемы РУ 35–750 кВ

Номер типовой схемы по рис. 6.19	Наименование схемы	Область применения			Дополнительные условия применения
		Напряже­- ние, кВ	Сторона подстанции	Количество присоединяе­- мых линий'
1	Блок (линия –трансформатор) с разъединителем	35–330	ВН	1	1. Тупиковые подстанции (ПС), питаемые линией без ответ­- влений. 2. Охват трансформатора ли­- нейной защитой со стороны питающего конца или пере- дача телеотключающего им- пульса.
2	Блок (линия–трансформатор) с предохранителем	35	ВН	1	1.Тупиковые и ответвительные ПС. 2. Обеспечение предохраните­- лем надежной защиты транс- форматора. 3. Селективность с защитой ли­- ний НН. 4. Селективность с защитой пи­- тающей линии (при присо- единении к ней более одной ПС).
3	Блок (линия - трансформатор) с отделителем	35-220	ВН	1	1. Тупиковые и ответвительные ПС 2. Необходимость автоматиче- ского отключения повреж- денного трансформатора от линии, питающей несколько ПС 3. Для 35 кВ - при несоблюде- нии условий для применения схемы 2
4	Два блока с отделителями и неавтоматической перемыч- кой со стороны линии	35-220	ВН	2	Тупиковые и ответвительные ПС
5	Мостик с выключателем в пе- ремычке и отделителями в цепях трансформаторов	35-220	ВН	2	Проходные ПС Мощность трансформаторов не более 125 МВ.А При отсутствии ОАПВ на ВЛ (для 220 кВ)
6	Сдвоенный мостик с отделите- лями в цепях трансформато- ров	110	ВН	3	Отсутствие перспективы увеличения количества линий Допустимость разрыва тран- зита при отключении сред- ней линии или при ревизии выключателя
7	Четырехугольник	220-750	ВН	2	На напряжении 220 кВ - при невыполнении условий для применения схем 4 и 5
8	Расширенный четырехугольник	220-330	ВН	4	1. Отсутствие перспективы уве- личения количества линий 2. Наличие двух ВЛ, не имею- щих ОАПВ
9	Одна секционированная систе- ма шин	35	ВН, СН, НН	8	________
10	Одна секционированная систе- ма шин с обходной с отдели- телями в цепях трансформа- торов и совмещенным секци- онным и обходным выключа- телем	110	ВН	До 4	1. Количество радиальных ВЛ - не более одной на секцию 2. Возможность деления РУ на время ремонта любого вы- ключателя 3. Отсутствие перспективы уве- личения количества ВЛ

Продолжение табл. 6.8.
Номер типовой схемы по рис. 6.19	Наименование схемы	Область применения			Дополнительные условия применения
		Напряже­- ние, кВ	Сторона подстанции	Количество присоединяе­- мых линий'
11	Одна секционированная систе­ма шин с обходной с совме- щенным секционным и обход- ным выключателем	110–220	ВН, СН	До 4	1. Количество радиальных ВЛ– не более одной на секцию 2. Возможность деления РУ на время ремонта любого вы- ключателя
12	Одна секционированная систе­- ма шин с обходной с отдель- ным секционными обход- ным выключателями	110–220	ВН, СН	5-13	Количество радиальных ВЛ – не более одной на секцию
13	Две несекционированные си­- стемы шин с обходной	110–220	ВН, СН	5-13	При невыполнении условий для применения схемы 12
14	Две секционированные системы шин с обходной	110–220	СН	Более 13	–
1 Количество присоединений равно количеству линий плюс два трансформатора (за исключением схем 1-3, предусмат- ривающих установку одного трансформатора)

Вопросы для самопроверки

1. Каковы составные элементы капиталовложений на сооружение электрических сетей?

2. Как охарактеризовать ежегодные эксплуатационные расходы?

3. Что такое приведенные затраты и какие вопросы в проектах электрических сетей решаются на основе этого критерия?

4. Что такое коэффициент сравнительной эффективно­- сти капиталовложений?

5. Каковы показатели надежности электроснабжения, какими средствами она достигается и как учитывается при технико-экономическом сравнении вариантов?

6. Что такое экономическая плотность тока, от каких факторов зависит ее значение и почему?

7. В чем существо метода экономических интервалов для определения сечений проводов?

8. Каковы способы определения сечений проводов в рас­- пределительных сетях по допускаемым потерям напря­- жения?

9. Как проверяются сечения проводов и кабелей по до­- пустимому длительному току при коротком замыкании?

10. Чем обусловлена допустимая температура для кабе­- лей и проводов?

11. Что такое плавкие предохранители и по каким усло­- виям производится их выбор?

12. Как можно классифицировать схемы электрических сетей?