2.4 Составление вариантов схемы сети и выбор конкурентоспособных

Географическое расположение источника питания и потребителей показано на рис. 2.1, на котором указаны расстояния между пунктами в километрах. В пунктах 2, 3, 4 и 5 имеются потребители I, II и III категории; в пунктах 1 и 6 - II и III категории по надежности электроснабжения.

Для обеспечения надежности электроснабжения (п. 2.1) все потребители должны питаться по резервированным схемам. Следовательно, все подстанции (ПС) должны быть двухтрансформаторными и в радиально-магистральных сетях питаться по двухцепным линиям электропередачи.

Составление вариантов начинаем с наиболее простых радиально-магистральных схем [1].

Вариант 1 (рис. 2.2) представляет собой радиально-магистральную сеть наименьшей суммарной длины. Подстанции 1, 2, 5 и 6 являются тупиковыми, ПС4 - проходной, а ПС3 - узловой.

Общая длина линий в одноцепном исчислении по формуле (2.1)

_Σ = kΣL₂ = 1,5 (20 + 26 + 31 + 46 + 20 + 14) = 235,5 км.

Общее количество выключателей N_Σ складывается из выключателей на РПП (по одному выключателю на каждую отходящую цепь) и выключателей на стороне высшего напряжения (ВН) подстанций потребителей.

Тупиковые двухтрансформаторные ПС имеют (см. Приложение) на стороне ВН 3 выключателя: по одному в цепи трансформаторов и один - в автоматической перемычке со стороны трансформаторов.

Проходная двухтрансформаторная ПС в сети с двухцепными линиями имеет в распределительном устройстве (РУ) ВН 7 выключателей: 6 на присоединениях (4 цепи линий и 2 трансформатора) и 1 секционирующий выключатель на системе шин.

Узловая двухтрансформаторная ПС имеет в РУ ВН 10 выключателей: 8 на присоединениях (6 цепей линий и 2 трансформатора) и 2 секционирующих выключателя на рабочей и обходной системе шин.

Всего выключателей в этом варианте

_Σ = 6·1+4·3+1·7+1·10 = 35 шт.

Приведенная длина линий в одноцепном исчислении по (2.2)

ґ_Σ = L_Σ + 4N_Σ = 235,5 + 4·35 = 375,5 км.

Найденные оценки этого и последующих вариантов указываем рядом с их схемами.

Основные недостатки варианта 1:

)наличие сложной и дорогой узловой ПСЗ;

)большая загруженность линии с головным участком РПП-3:

суммарный момент электрических нагрузок ее потребителей относительно источника питания

ΣΜ = ΣΡ_iL_i = 23,1·31+18,4·45+10,8·77+24,5·97 = 4752,2 МВт·км.

Это может вызвать увеличение сечений проводов или повышение номинального напряжения сети, т.е. существенное ее удорожание.

Вариант 2 нацелен на исключение узловой ПСЗ (замену ее на проходную) и разгрузку участка РПП-3 путем подключения ПС4 к ПС1.

Находим оценки этого варианта:

_Σ = 235,5 - 46·1,5 + 53·1,5 = 246,0 км;_Σ = 6·1 + 3·3 + 3·7 = 36 шт.ґ_Σ = 246,0 + 4·36 = 390 км.

Сравним суммарные моменты электрических нагрузок изменяющейся части сети, т.е. без участка РПП-5, в вариантах 1 и 2:

ΣΜ₁ = 4752,2 + 22,2·26 = 5329,4 МВт·км;

ΣΜ₂ = 23,1·31 + 18,4·45 + 22,2·26+10,8·79+24,5·99 = 5400,0 МВт·км.

Как видим, ΣΜ₂ возрос всего лишь на 1,3%, т.е. практически не изменился.

Недостатками варианта 2 по сравнению с вариантом 1 являются увеличение и L_Σ, и N_Σ.

Вариант 3 нацелен на уменьшение показателя N_Σ путем подключения ПС4 непосредственно к РПП.

Оценки варианта 3:

_Σ = 235,5 - 46·1,5 + 70·1,5 = 271,5 км;_Σ = 8·1 + 4·3 + 2·7 = 34 шт.;ґ_Σ = 271,5 + 4·34 = 407,5 км.

Вариант 3 имеет наилучший показатель N_Σ, но наихудшие показатели L_Σ и Lґ_Σ.

Составленные варианты 1-3 представляют собой радиально-магистральные резервированные схемы с двухцепными линиями и двухтрансформаторными ПС, и следовательно, имеют примерно одинаковый уровень надежности. Поэтому сравниваем их по результирующему показателю Lґ_Σ. Наименьшее значение Lґ_Σ имеет вариант 1, который и признается конкурентоспособным из группы разомкнутых резервированных схем.

Далее рассматриваем комбинированные варианты, где часть сети имеет радиально-магистральную конфигурацию, а часть - кольцевую.

Вариант 4 комбинированной сети имеет целью удешевить вариант 1 путем удешевления ПС4 и уменьшения суммарной длины линий путем объединения подстанций 3, 4 и 2 в кольцевую сеть с одноцепными линиями. Остальные линии остаются двухцепными, что помечено двумя черточками. ПС4 становится проходной в кольцевой сети (как и ПС2) и будет иметь в РУ ВН 4 выключателя (см. Приложение).

Находим оценочные показатели варианта:

_Σ = 1,5(26+31+14+20) + 46+20+54 = 256,5 км;_Σ = 6·1 + 3·3 + 2·4 + 1·10 = 33 шт.;ґ_Σ = 256,5 + 4·33 = 388,5 км.

По сравнению с вариантом 1 удалось улучшить лишь показатель N_Σ.

Вариант 5 нацелен на улучшение всех показателей варианта 4 путем объединения в кольцо подстанций 3, 4, 2 и 6. При этом удешевляется ПС3, так как она остается узловой, но с 6-ью присоединениями. Следовательно, у нее будет в РУ ВН 8 выключателей.

Показатели варианта:

_Σ = 1,5(26+31+20) + 46+20+58 + 14 = 253,5 км;_Σ = 6·1 + 2·3 + 3·4 + 1·8 = 32 шт.;ґ_Σ = 253,5 + 4·32 = 381,5 км.

Вариант 5 лучше варианта 4 по всем трем показателям. Они имеют и общий недостаток - строительство довольно протяженных дополнительных линий 2 - 3 и 2 - 6.

Вариант 6 дает надежду на улучшение хотя бы одного показателя L_Σ, т.к. он предлагает строительство более короткой линии 1 - 4 для объединения в кольцо подстанций 1, 4 и 3.

Показатели варианта 6:

L_Σ = 1,5(20+14+20) + 26+53+46+31 = 237,0 км;

N_Σ = 4·1 + 3·3 + 1·4 + 2·8 = 33 шт.;ґ_Σ = 237,0 + 4·33 = 369,0 км.

Вариант 6 оказался лучше вариантов 4 и 5 по показателям L_Σ и Lґ_Σ.

Однако целесообразно исследовать возможность создания и более короткого кольца со строительством более короткой линии.

Вариант 7 дает надежду на улучшение показателя L_Σ, т.к. он предлагает строительство более короткой линии 1 - 3 для объединения в кольцо подстанций 1 и 3.

Находим оценочные показатели варианта 7:

_Σ = 1,5(20+14+46+20) + 26+33+31 = 240,0 км;_Σ = 4·1 + 3·3 + 1·4 + 1·8+1·10 = 35 шт.;ґ_Σ = 240,0 + 4·35 = 380,0 км.

К сожалению, вариант 7 уступает варианту 6 по всем трем показателям.

Рассмотрим еще один вариант с кольцом из трех подстанций.

Вариант 8 имеет целью создание кольцевой части комбинированной сети из подстанций 3, 6 и 5 для удешевления ПС3.

В варианте 8 создается кольцо РПП-3-6-5-РПП. Здесь ПС3 остается узловой, но имеет на стороне ВН 6 присоединений, а следовательно 8, а не 10 выключателей.

Показатели варианта:

_Σ = 1,5(26+46+20) + 31+14+38+20 = 241,0 км;_Σ = 4·1 + 2·3 + 2·4 + 1·7 + 1·8 = 33 шт.;ґ_Σ = 241,0 + 4·33 = 373,0 км.

Вариант 8 уступает варианту 6 по показателям L_Σ и Lґ_Σ на 4 км и имеет одинаковый показатель N_Σ.

Вариант 9 имеет целью улучшить показатели варианта 8 путем создания кольца из четырех подстанций: РПП-1-3-6-5-РПП. В нем ПС3 будет узловой и иметь в РУ ВН 8 выключателей.

Находим оценочные показатели варианта:

_Σ = 1,5(46+20) + 26+33+14+38+20 = 230,0 км;_Σ = 2·1 + 1·3 + 3·4 + 1·7 +1·8 = 32 шт.;ґ_Σ = 230,0 + 4·32 = 358,0 км.

Вариант 9 действительно улучшил все показатели варианта 8.

Недостатком этого варианта являются наличие дорогой узловой ПС3.

Вариант 10 комбинированной сети имеет целью удешевить ПС3 путем включения в кольцо варианта 9 и подстанции 4. Для этого целесообразнее построить не линию 4-6, а более короткую линию 1-4. При этом дополнительно исключается более длинная линия 1-3, а не короткая линия 3-6.

Показатели варианта 10:

_Σ = 1,5·20 + 26+53+46+14+38+20 = 227,0 км;_Σ = 2·1 + 4·4 + 1·3 + 1·8 = 29 шт.;ґ_Σ = 227,0 + 4·29 = 343,0 км.

Таким образом, вариант 10 имеет самые лучшие оценки по трем показателям L_Σ, N_Σ, Lґ_Σ из вариантов 4-10. Следовательно, вариант 10 признается конкурентоспособным из группы комбинированных схем.

Вариант 11 кольцевой сети получаем из варианта 10 путем строительства линии 2-3, исключения линии 4-3 и преобразования линии 4-2 в одноцепную.

Показатели варианта 11:

_Σ = 26+53+20+54 + 14+38+20 = 225,0 км;

N_Σ = 2·1 + 6·4 = 26 шт.;ґ_Σ = 225,0 + 4·26 = 329,0 км.

Среди рассмотренных 11 вариантов схем кольцевая сеть имеет наилучшие оценки по всем трем показателям, по которым она является несомненно конкурентоспособной.

Недостаток варианта 11 - большая протяженность кольца. В связи с этим в послеаварийном режиме, возникающем после отказа одного из головных участков, общая потеря напряжения может оказаться чрезмерно большой. Будем надеяться, что этого не произойдет.

Итак, предварительный расчет и технико-экономическое сравнение будем выполнять для конкурентоспособных вариантов сети 1, 10 и 11.