3.6. Забезпечення надійності електричних мереж на стадії проектування
Під час проектування ЕМ розробляють їх схеми, здатні забезпечувати надійні структурні зв'язки споживачів з джерелами живлення, а також формують ефективні системи керування режимами.
Загальний підхід до створення надійних схем ЕМ. Схеми ЕМ розробляють на перспективу 5-10 років. При цьому визначають місця розташування ПС, утворюють надійні зв'язки між ними та джерелами живлення ЕЕС, вибирають схеми головних з'єднань ПС.
Щоб забезпечити необхідний рівень надійності електропостачання споживачів, вибирають схеми з достатньою кількістю зв'язків між ними та джерелами живлення, тобто з достатньою кількістю каналів передачі електроенергії. Мінімальна кількість зв'язків регламентується категоріями споживачів мережі. Так споживачі першої категорії повинні отримувати живлення не менше ніж від двох незалежних джерел.
Рис. 3.15. Однотипні схеми з різним ступенем надійності
Надійність схеми ЕМ визначається не тільки кількістю каналів передачі електроенергії, а й віддаленістю джерел живлення від споживачів. Наприклад, надійність схеми рис. 3.15,а приблизно у два рази нижча порівняно з надійністю схеми рис. 3.15,б, хоча кількість каналів передачі енергії в них однакова. Розробка схеми ЕМ з необхідним рівнем надійності передбачає всебічний аналіз умов електропостачання споживачів для мінімально необхідної кількості зв'язків з наступним посиленням структури мережі.
Надійність схеми рис. 3.1, наприклад, відносно низька. У ній часто виникають перерви електропостачання споживачів (проаналізовано в § 3.1), а під час вимикання лінії W2 та примикаючих до неї елементів ПС може спостерігатися глибоке обмеження живлення споживачів Н3 і Н4. Надійність цієї схеми можна істотно підвищити, якщо між джерелом живлення та ПС2 спорудити ЛЕП W6 (рис. 3.16).
Рис.
3.16. Варіант посилення схеми мережі
У новій схемі жоден зі споживачів не буде обмежуватися у живленні за відмови будь-якого елемента мережі. Втрата електропостачання всіма споживачами наступає лише в разі відмови джерела живлення або трьох елементів мережі, що малоймовірне. Істотно поліпшуються умови електропостачання кожного споживача. Якщо у вихідній схемі (рис. 3.1) споживач Н1, наприклад, втрачає живлення, коли збігаються відмови W1W4, W1ПС2, W1W3, W1ПС3, W1W2, то в новій схемі (рис. 3.16) він втрачає живлення лише, коли збігаються відмови W1W4, W1ПС2. Споживач Н2 у новій схемі живлення практично не втрачає. Мало змінилися умови електропостачання тільки споживача Н4. Якщо він відповідальний, то доцільно дублювати лінію W5.
Детальний аналіз кожної конкретної схеми завжди показує, як потрібно посилити її структуру, щоб досягти бажаного ефекту підвищення надійності. Такий аналіз зручно виконувати шляхом побудови для кожного зі споживачів ЕМ еквівалентної паралельно-послідовної схеми. Якщо виявиться, що декілька споживачів мають спільні малоелементні перерізи, то можна істотно підвищити надійність схеми в цілому, утворивши додатковий канал передачі енергії, який шунтує виявлені спільні малоелементні перерізи.
До найпростіших способів підвищення надійності схем ЕМ належать: дублювання ліній чи трансформаторів, утворення замкнутих кілець, хордування кілець, спорудження перемичок між кільцями, утворення додаткових контурів, секціонування ділянок мережі, секціонування систем шин, встановлення пристроїв АВР (якщо за умовами режиму роботи схема мережі повинна бути розімкнутою).
Забезпечення надійності розподільних мереж. Вигідним для розподільних мереж режимом з погляду забезпечення нормальної роботи комутаційної апаратури, релейного захисту, якості електроенергії та мінімуму її втрат є режим розімкненого (одноканального) живлення. У той же час для підвищення надійності електропостачання споживачів необхідно забезпечити їх живлення від двох джерел. Одночасно ці дві умови виконуються під час приєднання ліній мережі до різних центрів живлення та створення в них так званих нормальних розрізів (рис. 3.17).
У місцях нормальних розрізів встановлюють комутаційні апарати (вимикачі, роз'єднувачі), які, будучи нормально вимкненими, забезпечують режим розімкнутого живлення, а в разі відмови основного джерела, перемикають споживачів на резервне. За наявності вимикача та пристрою АВР перемикання виконується автоматично, а за встановлення тільки роз'єднувача - виїзною оперативною бригадою.
Місця нормальних розрізів вибирають з умови забезпечення максимальної надійності електропостачання споживачів, мінімуму втрат електроенергії та мінімальних відхилень напруги на електроприймачах. Цим умовам переважно відповідає розміщення нормального розрізу в точці потокорозподілу. За наявності споживачів з більшими порівняно з іншими споживачами збитками від порушень електропостачання ділянка мережі, від якої живляться такі споживачі, повинна бути коротшою від визначеної за потокорозподілом.
Рис. 3.17. Нормальні розрізи в розподільних мережах 6-10 кВ
У розподільних мережах 6-10 кВ для підвищення надійності електропостачання споживачів виконують автоматичне та неавтоматичне секціонування, яке полягає у поділі ліній мережі на ділянки за допомогою комутаційних апаратів. Таке секціонування зменшує число вимикань споживачів під час планових ремонтів і під час пошкоджень на лініях, оскільки дозволяє ізолювати невелику частину мережі (рис. 3.18), забезпечивши живлення решти споживачів від власного ЦЖ1 та від суміжного ЦЖ2 після вмикання вимикача нормального розрізу.
Рис. 3.18. Секціонування розподільної мережі 6-10 кВ
Автоматичне секціонування виконують комутаційними апаратами, обладнаними приводами (вимикачі, вимикачі навантаження, відокремлювачі) та пристроями автоматики, що діють на зміну положення апаратів під напругою чи у безструмову паузу. Неавтоматичне секціонування виконують за допомогою роз'єднувачів і вимикачів навантаження, які не мають пристроїв для автоматичного вимикання.
На рис. 3.19 зображена базова схема сільських розподільних мереж напругою 35-110/6-10 кВ, в якій реалізовано описані вище принципи побудови мережі і яка відзначається високими показниками економічності та надійності електропостачання споживачів.
Рис. 3.19. Базова схема розподільних мереж 35-110/6-10 кВ
Мережа 35-110 кВ цієї схеми має нормальний розріз (НР) з АВР і живиться від двох вузлових (районних) ПС ЕЕС. До ліній 35-110 кВ приєднують понижувальні транзитні ПС (ПС2, ПС4) та ПС на відгалуженнях (ПС1, ПС3, ПС5). Кожна пара шин 6-10 кВ має незалежне живлення, оскільки вихід з ладу будь-якої ділянки лінії 35-110 кВ чи трансформаторів будь-якої ПС призводить до знеструмлення лише одної системи шин 6-10 кВ, а споживачі, що живляться від цієї системи шин у нормальному режимі, тепер отримують живлення від шин сусідніх ПС. Лінії 6-10 кВ секціоновані. Усі ПС можуть виконуватися як одно-, так і двотрансформаторними.
Формування ефективних систем керування режимами. Роль систем оперативного й автоматичного керування режимами у забезпеченні надійності ЕЕС висвітлена в § 1.5. Керування режимами живильних та розподільних мереж виконують на нижніх рівнях АСДУ, тому системи керування режимами мають тут дещо вужчий спектр функцій.
Для ЕМ важливо уникати перевантажень ЛЕП та устаткування ПС у нормальних умовах роботи, забезпечувати ефективну роботу систем РЗА під час пошкоджень та аварій в мережі, активно запобігати розвиткові аварій, що супроводжуються каскадними перевантаженнями елементів мережі, забезпечувати надійне керування післяаварійними режимами з метою мінімізації збитків споживачів, швидко і точно визначати місце пошкодження на ЛЕП.
Систему керування режимами ЕМ розробляють на стадії проектування разом з розробкою схеми мережі. В першу чергу вибирають засоби РЗА, важливе місце у складі яких займають пристрої АПВ й АВР. Мережі оснащують необхідними апаратами керування і телемеханізують. Розподільні мережі 35-110 кВ оснащують пристроями автоматики, які дозволяють автоматично вимикати пошкоджені ділянки ЛЕП та ПС і вмикати резервне живлення, а також дистанційно керувати режимами роботи мережі.
До нових умов у зміненій схемі ЕМ пристосовують технічні засоби АСДУ, які включають: засоби виявлення місця пошкодження (апаратура фіксації та обробки інформації про пошкодження); засоби збирання, передачі та обробки інформації про режими і схему мережі (системи приймання та передачі інформації диспетчерських пунктів, обчислювальна техніка); засоби прийняття рішень під час керування післяаварійними режимами (засоби обчислювальної техніки та відображення інформації).
На стадії проектування ЕМ інколи докорінно переглядають всю структуру та технічну базу системи керування режимами та впроваджують ефективніші від існуючих засоби керування. Найчастіше такі зміни зумовлені надходженням у промислове використання нової обчислювальної техніки, а також зміною елементної бази пристроїв автоматики. Впроваджувані нові системи РЗА і АСДУ повинні відповідати новому рівневі вимог щодо керування режимами та забезпечувати підвищення ступеня надійності й економічності ЕМ.