ГЛАВА 11. ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ СХЕМ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

11.1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К СХЕМАМ И НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

При построении схем систем передачи и распределения электроэнергии ре­шаются основные задачи выбора схем выдачи мощности новых (реконструируе­мых) электростанций, мест размещения новых подстанций и схем их присоедине­ния к существующим (проектируемым) сетям, схем электрических соединений электростанций и подстанций, мест размещения компенсирующих и регулирую­щих устройств.

При построении схем системы передачи и распределения электроэнергии можно условно разделить на системообразующие и распределительные электри­ческие сети.

К системообразующим относят электрические сети, которые объединяют электрические станции и крупные узлы нагрузки. Они предназначены для переда­чи больших потоков мощности и выполняют функции формирования энергосис­темы как единого объекта. Системообразующие сети выполняют на напряжения 330, 500 и 750 кВ, обеспечивая тем самым их большую пропускную способность. Назначение распределительных сетей — передача электроэнергии от подстанций системообразующей сети к центрам питания сетей городов, промышленных пред­приятий и сельской местности. К первой ступени распределительных сетей отно­сятся сети напряжением 220, 110 и 35 кВ, а ко второй — сети 20,10 и 6 кВ. Конеч­но, такое деление сетей на системообразующие и распределительные достаточно условное. При относительно небольшой мощности энергосистемы сети напряже­нием 220 кВ, а иногда и 110 кВ могут выполнять системообразующую роль. По мере увеличения плотности нагрузок часть сетей утрачивают системное значение, превращаясь в распределительные. Обычно это происходит в результате «над­стройки» сети более высокого напряжения на существующую сеть.

При разработке схем сети важно обеспечить преемственность на временном уровне, то есть возможность перехода от предшествующего состояния сети в по­следующее состояние. Это оказывается возможным лишь в том случае, если при выборе предшествующих решений производится оценка их влияния на после­дующее развитие сети и, наоборот, оценивается влияние последующих решений на первоочередные решения.

Возможные варианты конфигураций и схем электрических сетей зависят от многих факторов: географических условий территории, мест расположения ис­точников энергии и предполагаемых потребителей и др. Поэтому число вариантов развития сети может быть очень большим. Для отбора ряда наиболее экономич­ных вариантов на основе формализованного подхода к построению конфигурации сети предлагаются специальные оптимизационные модели. Однако из-за их несовершенства они могут быть использованы лишь в качестве «советчика» проектировщика. Технико-экономическую оценку отработанных вариантов предлагается осуществлять с использованием оценочных моделей.

В соответствии с [6] к схемам электрических сетей предъявляются следую­щие требования:

1. Обеспечение необходимой надежности. Имеются два принципиальных подхода к оценке надежности схем сетей. Первый опирается на нормативные до­кументы [12,65], в которых все электроприемники по требуемой степени надеж­ности разделяются на три категории (см. параграф 12.4). Для электроснабжения потребителей каждой из категорий предъявляются соответствующие требования к схемам (питание от одного, двух и т. д. независимых источников). Реализация этого подхода при формировании схем сетей формально не представляет затруд­нений. Однако к узлам сети, как правило, подключаются потребители, относя­щиеся к различным категориям. При этом, если ориентироваться на наименее от­ветственных потребителей, т. е. выбирать наиболее простую и, следовательно, наиболее дешевую схему, то не будут обеспечены требуемым уровнем надежно­сти электроснабжения наиболее ответственные потребители. Если же при выборе схемы ориентироваться на них, то это может привести к неоправданному услож­нению и удорожанию схемы сети.

Второй подход предполагает экономическую (количественную) оценку ущерба от недоотпуска электроэнергии (см. параграф 12.4). Его рекомендуют ис­пользовать прежде всего в тех случаях, когда сравниваемые варианты схем сети существенно отличаются по надежности электроснабжения, а также для оценки эффективности мероприятий, направленных на повышение надежности. Недоста­ток такого подхода заключается в неоднозначности численных значений удель­ных ущербов от недоотпуска электроэнергии потребителям, несмотря на то, что их определению посвящено достаточно большое количество научных работ.

Идеология обеспечения необходимой надежности схем сетей требует пере­смотра при переходе от плановой к рыночной экономике. Понятие «народнохо­зяйственного» ущерба от перерывов электроснабжения, использовавшееся в усло­виях плановой экономики, в какой-то мере должно быть скорректировано. Дейст­вительно, при наличии новых негосударственных форм собственности потребите­лю выгодно требовать от энергосистемы как можно более высокой степени на­дежности электроснабжения, не неся при этом каких-либо финансовых затрат. В то же время энергосистема вынуждена нести дополнительные капитальные затра­ты и ежегодные издержки на резервные элементы (например, прокладка двух па­раллельных линий вместо одной). При этом, как правило, в нормальном режиме не используется вся пропускная способность сети, что фактически приводит к «омертвлению» капиталовложений. Один из путей решения данной проблемы за­ключается в учете требуемой потребителем степени надежности в тарифе на элек­троэнергию, т. е. оплата энергосистеме за обеспечение надежности электроснаб­жения.

2. Обеспечение нормируемого качества электроэнергии. Действующий стандарт на качество электроэнергии устанавливает нормативные допустимые отклонения напряжения на зажимах электроприемников ± 5 % и предельно допус­тимые отклонения напряжения ± 10 % (см. параграф 10.3). Вероятность появления отклонений напряжения между нормативными допустимыми и предельно допус­тимыми не должна превышать 0,05. Очевидно, что при проектировании системо­образующих сетей, а также распределительных сетей напряжением 220—35 кВ невозможно контролировать отклонения напряжения у каждого электроприемни­ка. Поэтому контроль осуществляется на каждой ступени напряжения. Длительно допустимые рабочие напряжения установлены по условию нормальной работы электрооборудования (табл. П 1.2). Однако, в проектных расчетах на эти напря­жения ориентируются лишь в сетях 750—330 кВ, так как допустимые значения незначительно превышают номинальные напряжения.

В сетях 220—35 кВ схемы и параметры формируют обычно так, чтобы на­пряжения в любой точке сети в нормальных режимах составляли 1,1—1,0 от но­минального напряжения. При таких условиях за счет устройств регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) трансформаторов оказывается возможным обеспечивать режим встречного регулирования напряжения на шинах 10—6 кВ подстанции в пределах 1,1—1,0 или 1,05—1,0 номинального напряжения. Тогда требования по обеспечению допустимых отклонений на зажимах электроприем­ников могут быть выполнены при проектировании сетей 10—6 кВ за счет соот­ветствующего выбора их схем и параметров.

3. Достижение гибкости сети. Здесь подразумевается два аспекта. Первый предполагает, что схема сети должна быть приспособлена к обеспечению переда­чи и распределения мощности в различных режимах, в том числе в послеаварийных при отключении отдельных элементов. Второй аспект выражает требование создания такой конфигурации сети, которая позволяет ее последующее развитие без существенных изменений созданной ранее сети.

4. Максимальное использование существующих сетей. Это требование соче­тается с предыдущим (гибкость сети) и отражает то, что сеть должна представлять собой динамически развивающийся объект.

5. Обеспечение максимального охвата территории. Сущность этого требо­вания заключается в том, что конфигурация сети должна позволять подключение к ней всех потребителей, расположенных на данной территории, независимо от ведомственной подчиненности и форм собственности.

6. Обеспечение оптимальных уровней токов короткого замыкания. В схеме сети, с одной стороны, токи короткого замыкания должны быть достаточны по значению для реагирования на них устройств релейной защиты, а с другой — ог­раничены с целью возможности использования выключателей с меньшей отклю­чающей способностью. Для ограничения токов короткого замыкания рассматри­вается комплекс путей: применение трансформаторов с расщепленными обмотка­ми и токоограничивающих реакторов, секционирование основной сети энергосис­темы, шин электростанций и подстанций и др.

7. Обеспечение возможности выполнения релейной защиты, противоаварийной и режимной автоматики. Данное требование связано с оптимизацией то­ков короткого замыкания и различными допустимыми режимами.

8. Создание возможности построения сети из унифицированных элемен­тов. Применение унифицированных элементов линий электропередачи и под­станций позволяет снизить стоимость сооружения проектной схемы сети. Поэто­му целесообразно применять технически и экономически обоснованное мини­мальное количество схем новых решений.

9. Обеспечение условий охраны окружающей среды. Это требование при по­строении схемы сети может быть выполнено за счет уменьшения отчуждаемой территории путем применения двухцепных и многоцепных линий, в том числе повышенной пропускной способности, простых схем подстанций и т. п.

При построении схем используется большое многообразие конфигураций электрических сетей. Условно их можно разделить на радиальные и замкнутые. В схемах радиальных сетей (рис. 11.1) узлы нагрузки получают ЭЭ от одного цен­тра питания ЦП. При этом к одноцепной линии может быть подключен только один узел нагрузки (рис. 11.1, а) или несколько узлов нагрузки (рис. 11.1, б). Ли­ния может быть разветвленной (рис. 11.1, в). В распределительных сетях 6 — 20 кВ центр питания может быть соединен с распределительным Пунктом РП, от ко­торого уже отходят линии непосредственно к узлам нагрузки (рис. 11.1, г). Между ЦП и РП может быть проложено две цепи. В этом случае сеть превращается в частично резервируемую (рис. 11.1, д).

Радиальные сети ввиду их простоты оказываются наиболее дешевыми, но в. то же время они обеспечивают наименьшую надежность электроснабжения. По­этому они используются обычно для питания узлов нагрузки небольшой мощно­сти, а также в случае возможности резервирования по сети низшего напряжения.

Для повышения надежности электроснабжения используют двойные ради­альные сети. Так же как и в одинарных радиальных сетях, к ним может быть под­ключен один узел нагрузки (рис. 11.1, е), несколько узлов (рис. МЛ, ж). Сеть мо­жет быть выполнена разветвленной (рис. 11.1, з). В такой сети обеспечивается ре­зервирование питания потребителей. Линии такой сети могут быть выполнены на двухцепных опорах либо в виде двух цепей на отдельных опорах. В зависимости от схем подключения подстанций в нормальном режиме линии могут работать параллельно либо раздельно.

В схемах замкнутых сетей узлы нагрузки могут получать питание с двух и более сторон [20]. Применяют замкнутые сети кольцевой конфигурации, выпол­ненные одинарными (рис.11.2, о) или двойными (рис. 11.2, б), подключенными к одному центру питания, что является некоторым их недостатком. Он устраняется в замкнутой одинарной (рис. 11.2, в) или двойной (рис. 11.2, г) сети, которая по­лучает питание от двух ЦП. Еще большую надежность имеет узловая сеть (рис. 11-2, д), в которой подстанции могут получать питание от трех ЦП. К более слож­ным относятся многоконтурные сети, отдельные участки которых могут выполняться одиночными либо двойными линиями (рис. 11.2, е) или полностью двой­ными линиями (рис. 11.2, ж).

Рис. 11.1. Варианты конфигураций радиальных сетей: а, 6, в — одинарная с одним узлом нагрузки, с несколькими узлами, разветвленная; г, д — с промежуточным распределительным пунктом; е, ж, з — двойная с одним узлом нагрузки, с несколькими узлами, разветвленная В заключение заметим, что при построении схем сетей следует стремиться по возможности применять простые типы конфигураций, но обеспечивающие требуемую степень надежности, например, такие, как двойные радиальные (рис. • 11.1, ж, з), одинарная и двойная с питанием от двух ЦП (рис. 11.2, в, г).

11.2. ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ СХЕМ ПРОТЯЖЕННЫХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ СИСТЕМООБРАЗУЮЩИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

Как уже отмечалось в главе 1, протяженные электропередачи предназначаются преж­де всего для выдачи мощности крупных удаленных электростанций в систему на высоких напряжениях 330 кВ и выше в систему. При развитии системообразующей сети они становятся ее составной частью. 11ринцшшально возможны две основные схемы выдачи мощно­сти удаленных электростанций: блочная (рис. 11.3, о) и связанная (рис. 11.3, б).

Рис. 11.2. Варианты конфигураций замкнутых сетей:

а — одинарная с питанием от одного ЦП;

б — двойная с питанием от одного ЦП;

в — одинарная с питанием от двух ЦП;

г — двойная с питанием от двух ЦП; д — узловая;

е, ж — многоконтурные

В блочной схеме генератор (группа генераторов) электростанции работают на отдельную цепь линии, соединенную непосредственно с приемной системой С. Она дешевле связанной схемы, но обладает существенным недостатком, который проявляется в том, что при отключении одной из цепей линии мощность части соответствующих генераторов не может быть передана в систему. Этого недос­татка лишена связанная схема, в которой по пути от электростанции к системе выполнены промежуточные подстанции. Между каждой парой из них цепи линии электропередачи соединены параллельно. В результате при отключении одной из Цепей любого участка электропередачи сохраняется связь всех генераторов с сис­темой, хотя в некоторых случаях при этом предельная пропускная способность электропередачи в целом может несколько уменьшится.

Рис. 11.3. Схемы выдачи мощности удаленных электростанций в систему а — блочная; б — связанная.

Для регулирования напряжения вдоль электропередачи и повышения ее пропускной способности могут устанавливаться устройства поперечной компен­сации (шунтирующие реакторы, синхронные компенсаторы, статические тиристорные компенсаторы) и устройства продольной компенсации (см. главы 10 и 12). Шунтирующие реакторы могут быть подключены непосредственно к линии 330—1150 кВ, к шинам 35—ПО кВ промежуточной подстанции (рис. 11.4, а) ли­бо к шинам высшего напряжения (рис. 11.4, б). Синхронные компенсаторы и ста­тические тиристорные компенсаторы обычно подключают к шинам низшего или среднего напряжения подстанций (рис. 11.4, а). Схема включения конденсаторно­го устройства продольной компенсации показана на рис. 11.4, б.

Мощные протяженные электропередачи 500—750 кВ могут быть «над­стройкой» над существующей системообразующей замкнутой сетью 220—330 кВ. Пример сочетания протяженной электропередачи с замкнутой сетью низшего на­пряжения показан на рис. 11.5. В этом случае протяженная электропередача, со­единяющая несколько системных подстанций, является элементом системообра­зующей сети.

Схему системообразующей сети формируют, исходя из ее многофункцио­нального назначения. При этом должна обеспечиваться достаточная пропускная способность отдельных линий и «сечения» сети (группы линий, связывающих один регион с другим), надежная выдача мощности в систему крупных электро­станций, надежное питание крупных узлов нагрузки. Нецелесообразно сооруже­ние линий, непосредственно связывающих электростанции без промежуточных узлов нагрузки. С точки зрения обеспечения надежности электроснабжения при формировании схемы системообразующей сети используют критерий n — 1. Со­гласно ему, надежность питания узлов нагрузки и транзита мощности должна быть обеспечена в случае отключения, в том числе и аварийного, любого одного элемента сети (линии, трансформатора, шин подстанции и т. п.)

Рис. 11.4. Принципиальные схемы подключения компенсирующих устройств: а — поперечной компенсации; 6 — продольной и поперечной компенсации

Рис. 11.5. Схема протяженной электропередачи, параллельной замкнутой сети низшего напряжения

Развитие схемы системообразующей сети осуществляют также с учетом до­ведения потерь электроэнергии в ней до экономически обоснованного уровня.

В условиях рынка электроэнергии появляются дополнительные факторы, которые целесообразно учитывать. При этом возникает вопрос: каков критерий эффективности сооружения объектов в системообразующей сети, каковы особен­ности определения коммерческой эффективности сетевых объектов? При ответе на данный вопрос все линии электропередачи и подстанции системообразующей сети целесообразно разделить на группы:

- выдача мощности электростанций и избыточных энергосистем (районов) на оптовый рынок;

- питание дефицитных энергосистем (районов) с оптового рынка; ■

- межсистемные линии для реализации межсистемного эффекта;

- резервирование в соответствии с требованиями надежности;

- экспорт мощности и электроэнергии.

Целью сооружения системных объектов первых трех групп является сниже­ние топливной составляющей затрат на выработку электроэнергии на оптовом рынке. Эффективность сооружения объектов последней группы определяется разницей между контрактной стоимостью и топливной составляющей затрат на выработку поставляемой электроэнергии. Конечная цель в оценке целесообразно­сти сооружения дополнительного объекта заключается в обеспечении сетевым предприятиям достаточной прибыли, а потребителям — гарантированной мини­мальной стоимости электроэнергии. Количественная оценка эффективности со­оружения электросетевого объекта может быть произведена по показателю эф­фективности капитальных затрат

где З₀ и 3i — затраты на развитие и эксплуатацию энергосистемы соответственно при отсутствии и сооружении сетевого объекта; К — капитальные затраты по объекту.

11.3. СПОСОБЫ ПРИСОЕДИНЕНИЯ ПОДСТАНЦИЙ К ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ

Конфигурация сети (рис. 11.1, 11.2) является основой для выбора способа подключения подстанций. В радиальных сетях к одной линии может быть при­соединена одна подстанция (рис. 11.6, а), несколько подстанций в виде ответвле­ний (рис. 11.6, 6) или с заходом линии на каждую подстанцию (рис. 11.6, в). В ра­диальных сетях с параллельными линиями также может быть присоединена одна подстанция (рис. 11.6, г), несколько подстанций в виде ответвлений одновременно от двух линий (рис. 11.6, д) или с заходом общих линий на каждую подстанцию (рис. 11.6, ё).

В сетях замкнутой конфигурации к линии между двумя центрами питания подстанции могут присоединяться в виде ответвлений (рис. 11.6, ж) либо с захо­дом линии на подстанции (рис. 11.6, з). Во втором случае каждая из подстанций превращается в проходную с возможностью транзита мощности в ту или другую сторону. При наличии двойных параллельных линий между двумя центрами пи­тания подстанции могут подключаться в виде ответвлений от каждой линии (рис. 11.6, и). И, наконец, при питании не менее чем по трем и более линиям с заходом их на подстанцию она превращается в узловую (рис. 11.6, к, л).

Способ присоединения подстанции к сети существенно влияет на ее схему электрических соединений, количество необходимых коммутационных аппаратов, другого электротехнического оборудования и, как следствие, на удобство экс­плуатации и технико-экономические показатели сети.

Рис. 11.6. Способы присоединения подстанций к сети: а, б, в — радиальной с одной линией;

г, д, е — двойной радиальной;

ж,з, и — с двумя центрами питания;

к, л — с тремя и более центрами питания

11.4. ТИПОВЫЕ СХЕМЫ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

При выборе схем распределительных устройств подстанции следует учиты­вать число присоединений (линий и трансформаторов), требования надежности электроснабжения потребителей и обеспечения транзита мощности через под­станцию в нормальном, ремонтных и послеаварийных режимах. Схемы подстан­ций должны формироваться таким образом, чтобы была возможность их поэтап­ного развития. При возникновении аварийных ситуаций должна быть возмож­ность восстановления электроснабжения потребителей средствами автоматики. Число и вид коммутационных аппаратов выбираются таким образом, чтобы обес­печивалась возможность проведения поочередного ремонта отдельных элементов подстанции без отключения других присоединений.

К схемам подстанций предъявляются требования простоты, наглядности и эконо­мичности. Эти требования могут быть достигнуты за счет унификации конструктивных, решений подстанции, которая наилучшим образом реализуется в случае применения ти­повых схем электрических соединений распределительных устройств.

Рассмотрим наиболее характерные типовые схемы распределительных уст­ройств, нашедшие широкое применение при проектировании подстанций с высшим напряжением 35—750 кВ [6, 20]. К простейшим схемам относятся блочные схемы линия — трансформатор с разъединителем (рис. 11.7, а) и выключателем (рис. 11.7, 5). На этих и последующих схемах указаны области рекомендуемых номинальных напряжений. Первая схема может использоваться для подстанций, присоединенных к линиям без ответвлений (рис. 11.7, а), если защита линии со стороны центра пита­ния охватывает трансформатор либо предусмотрен телеотключающий импульс на отключение линии от защиты трансформатора. Вторая схема применяется также для подстанций, подключенных к ответвлениям от линий (рис. 11.6, б). Для двухтрансформаторной подстанции, питающейся от двух параллельных линий, может быть применена схема с двумя блоками с выключателями в цепи трансформаторов и пе­ремычкой, содержащей два последовательно включенных разъединителя Р| и Pi (рис. 11.7, в). Такое включение разъединителей позволяет осуществлять их пооче­редный ремонт одновременно с соответствующим блоком линия — трансформатор. На практике находятся в эксплуатации подстанции, выполненные по упрощенным блочным схемам, в которых в качестве коммутационных аппаратов используются отделители и короткозамыкатели. Принципы работы таких схем подробно описаны в [24]. В связи с конструктивными недостатками этих аппаратов и отрицательным воздействием их работы на выключатели смежных подстанций при коротких замы­каниях на вновь сооружаемых подстанциях эти схемы применять не рекомендуется.

Один из вариантов схемы мостика с выключателями в цепях линий и ре­монтной перемычкой со стороны линий показан на рис. 11.8. Такая схема приме­няется в радиальных линиях и линиях с двухсторонним питанием с заходом их на подстанции (рис. 11.6, в, з). Здесь на четыре присоединения (две линии и два трансформатора) устанавливается три выключателя.

Рис. 11.7. Блочные схемы подстанций: а — блок (линия__

трансформатор) с разъединителем; б — блок (линия — транс­форматор) с выключателем; в — два блока с выключателем и неавтоматической перемычкой со стороны линии

Рис. 11.8. Схема мостика

На подстанциях с двумя линиями и двумя трансформаторами может быть исполь­зована схема, в которой число выключателей равно числу присоединений. При этом включение и отключение каждого присоединения производится двумя выключателями (рис, 11.9). Недостатком схемы является то, что она не позволяет увеличивать количество линий. На напряжении 220 кВ эта схема в [20] рекомендуется при мощности трансфор­маторов 125 MB-А и более.

При числе линий три и более рекомендуется ряд типовых схем распределительных устройств со сборными системой шин. Наиболее простая схема выполняется с одной секционированной системой шин (рис. 11.10, о), В ней каждая линия и каждый трансфор­матор подключены к одной из секций шин, между которыми установлен секционный вы­ключатель СВ. Более сложная схема содержит также одну секционированную систему шин, но в ней добавляется обходная система шин (рис. 11,10, 6). Секции шин I и II соеди­няются между собой секционным выключателем СВ. Дополнительно предусмотрен об­ходной выключатель ОВ, предназначенный для соединения посредством соответствующих разъединителей одной или другой секции шин с обходной системой шин. Такая схе­ма позволяет использовать обходной выключатель для замены выключателя любого при­соединения при необходимости вывода его в ремонт. Здесь, так же как и в схеме по рис. 11.10, о, каждое присоединение в нормальном режиме подстанции может быть подключе­но только к одной из секций шин. В соответствии с рекомендациями [20] в схеме с одной секционированной системой шин и обходной системой шин количество радиальных ли­ний должно быть не более одной на секцию. При невыполнении этого условия с числом линий до 13 применяют схему с двумя несекционированными системами и обходной сис­темой шин (рис. 11.10, в). В ней I и П рабочие системы шин соединены между собой с по­мощью шнносоединительного выключателя ШСВ. Обходной выключатель ОВ посредст­вом соответствующих разъединителей позволяет соединить обходную систему шин с I или II рабочей системой шин. Отличие данной схемы от схемы с одной рабочей секциони­рованной системой шин заключается в том, что каждое присоединение (линия, трансфор­матор) в зависимости от требуемого режима подстанции может быть подключено с помо­щью соответствующих разъединителей к I иII системе шин. Обходной выключатель, так же как и в схеме с одной секционированной системой шин, позволяет поочередно выво­дить в ремонт выключатель любого присоединения без его отключения.

Рис. 11.9. Схема четырехугольника

Рис. 11.10. Схемы подстанций со сборными системами шин:

а — с одной секционированной системой шин;

б — с одной секционированной системой шин

и обходной системой шин; в — с двумя несекционированными

системами шин и обходной системой шин; г — с двумя несекционированными системами

Наметившаяся тенденция применения элегазовых и вакуумных выключате­лей, не требующих ремонта практически в течение всего срока службы, вместо масляных и воздушных, видимо, будет позволять переход к упрощенной схеме распределительных устройств с двумя системами шин без обходной системы шин (рис. 11.10, г).

При числе линий более 13 в схеме по рис. 11.10, в применяют секциониро­вание I и II рабочей системы шин и дополнительно предусматривают второй об­ходной выключатель.

Для ответственных системообразующих подстанций напряжением 330—750 кВ используют более надежные схемы, предусматривающие подключение при­соединений к шинам не одним выключателем, а двумя и более. На рис. 11.11, а приведена схема трансформатор — шины с присоединением линий через два вы­ключателя, которая рекомендуется на подстанциях 330—500 кВ при четырех ли­ниях, а на подстанциях 750 кВ — при трех линиях. Здесь каждая линия подключа­ется через выключатель к I и II системе шин, а трансформаторы присоединены непосредственно к шинам. Таким образом, отключение любой линии производит­ся двумя выключателями, а любого трансформатора — числом линейных выклю­чателей, подключенных к соответствующей системе шин.

Рис. 11.11. Схемы с двумя (а) и полутора (б) выключателями на линии

В полуторной схеме на каждое присоединение приходится 1,5 выключателя (рис. 11.11, б). Ее применяют в распределительных устройствах 330—750 кВ при числе линий 6 и более. Отключение любой линии и любого трансформатора про­изводится двумя выключателями. При этом связь между I и II системами шин со­храняется.

Наиболее характерные схемы распределительных устройств 10(6) кВ, при­соединяемых к распределительным устройствам высшего и среднего напряжений (РУ ВН, РУ СН) подстанций 35—750 кВ, показаны на рис. 11.12. При одном трансформаторе используется одна несекционированная система шин (рис. 11.12, я), при двух трансформаторах — одна секционированная система шин (рис. 11.12, б, в). Если на подстанции предусматриваются трансформаторы с расщепленными обмотками, то создается схема с двумя секционированными системами шин, т. е. фактически образуются четыре секции шин (рис. 11.12, г).

Рис. 11.12. Схемы распределительных устройств низшего напряжения:

а - с одной несекционированной системой шин; 6, в — с одной секционированной системой шин; г — с двумя секционированными системами шин

11.5. СХЕМЫ ГОРОДСКИХ СИСТЕМ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Принципы построения систем распределения электроэнергии в городах ос­новываются на ряде особенностей, заключающихся в:

- большой плотности электрических нагрузок, составляющих от 1 до 20 МВт/км;

- относительно равномерном распределении нагрузок на ограниченной тер­ритории;

- стесненных условиях для выбора трасс линий и площадок для подстанций;

- требованиях высокой надежности электроснабжения.

С учетом этих особенностей стремятся применять простые схемы подстан­ций, двухцепные воздушные и кабельные линии. В системы электроснабжения городов входят:

- сети внешнего электроснабжения напряжением 110 кВ и выше, которые связаны с системными подстанциями;

- сети внутреннего электроснабжения напряжением 110—35 кВ, предназна­ченные для связи сетей внешнего электроснабжения с сетями 10(6) кВ;

- питающие сети напряжением 10(6) кВ;

- распределительные сети напряжением 10(6) кВ.

Схемы сетей внешнего электроснабжения формируются по принципам, из­ложенным в параграфе 11.1, в соответствии с рис. 11.7—11.12. При этом предпоч­тительной считается схема в виде кольца, охватывающего весь город и состояще­го из двухцепных линий напряжением 110 кВ и выше (рис. 11.2, б). Часть под­станций, включенных в кольцо, соединяется с источниками питания (электро­станциями и системными подстанциями).

Сети внутреннего электроснабжения напряжением 110—35 кВ выполняют­ся в виде глубоких вводов, которые доставляют электроэнергию от подстанций сети внешнего электроснабжения к центрам нагрузки с наименьшим количеством ступеней промежуточной трансформации.

Питающие сети напряжением 10(6) кВ соединяют шины подстанции глубо­кого ввода, являющиеся центром питания распределительной сети ЦП, с распре­делительными пунктами РП. К наиболее характерным относятся схемы питающих сетей, приведенные на рис. 11.13. При питании РП от одного центра питания (рис. 11.13, а) две линии подключаются к двум секциям шин ЦП, разделенным секци­онным выключателем СВ, и двум секциям шин РП. Между секциями РП также устанавливают секционный выключатель СВ. Если по условию нормального ре­жима сети секционные выключатели в ЦП и (или) РП отключены, то на них вы­полняют устройства автоматического ввода резерва (АВР). Тогда в случае не­предвиденного исчезновения напряжения на одной из секций оно подается от другой секции автоматическим включением секционного выключателя.

Отдельные распределительные пункты могут получать питание от двух ЦП путем сооружения перемычки между РП (рис. 11.13, б). Если в нормальном ре­жиме сети перемычка отключена, то устройство автоматического ввода резерва выполняют на выключателе перемычки со стороны РП с одной секцией шин.

Распределительные сети напряжением 10(6) кВ в зависимости от категории потребителей по надежности формируются по следующим схемам:

- радиальным без резервирования, в которых при повреждении любого ли­нейного участка происходит полное погашение;

- замкнутым, работающим в разомкнутом режиме, в которых при поврежде­нии какого-либо участка сети восстановление электроснабжения осуществляется вручную после отыскания и отключения поврежденного участка;

Рис. 11.13. Схемы городских питающих сетей:

а — с двумя раздельно работающими линиями;

б — с резервной перемычкой между РП

- разомкнутым с автоматическим вводом резерва для всех ответственных потребителей.

Распределительные сети подключаются непосредственно к центрам питания либо к распределительным пунктам.

В радиальной нерезервированной сети (рис. 11.14) все трансформаторные подстанции ТП питаются от одной линии, которая заходит на каждую ТП. При повреждении любого участка линии она автоматически отключается выключате­лем со стороны ЦП. Если повреждение произошло на неголовном участке, то он вручную может быть отключен ближайшим разъединителем со стороны ЦП, по­сле чего часть ТП обеспечивается питанием от ЦП. Трансформаторы на ТП могут присоединяться к сети на высшем напряжении через разъединители и выключа­тель В, предохранитель II или выключатель нагрузки ВН. На низшем напряжении 0,38 кВ в цепи трансформатора используются контактор К или предохранители с разъединителями (рубильниками).

Рис. 11.14. Схема радиальной нерезервированной распределительной сети

Кпреимуществам радиальной нерезервированной сети относится простота, невысокая стоимость, отсутствие повышенных нагрузок в послеаварийных режи­мах по сравнению с нормальным режимом. Недостаток проявляется в погашении всех ТП в случае повреждения линии в любом месте.

Замкнутая распределительная сеть может быть выполнена по конфигура­ции, приведенной на рис. 11.2, а, в виде петли, питающейся от одного ЦП. На од­ной из ТП петлю разрывают, и сеть работает в разомкнутом режиме. Однако, наи­более часто используют конфигурацию сети с питанием от двух ЦП (рис. 11.2, в). Такая сеть обладает свойствами замкнутой сети, так как каждая ТП может полу­чать питание с двух сторон. В этом случае схема сети выглядит так, как показано на рис. 11.15. При размыкании сети, например, разъединителем Р в нормальном режиме ТП 1 и ТП 2 получают питание от ЦП 1, а ТП 3 — от ЦП 2. Если проис­ходит повреждение на одном из участков сети, то оно устраняется отключением выключателя на соответствующем ЦП. После этого поврежденный участок вруч­ную может быть отключен разъединителями с двух сторон, и подано напряжение на погашенные ТП. Здесь важно то, что после отключения поврежденного участка имеется возможность обеспечить питанием все ТП от того или иного ЦП. Заме­тим, что площади сечения проводников участков сети должны быть такими, кото­рые позволяют пропускать необходимую мощность и обеспечивать качество на­пряжения в наиболее тяжелых послеаварийных режимах, когда повреждается уча­сток, примыкающий к тому и другому ЦП.

Рис. 11.15. Схема распределительной сети с двумя источниками питания

В случае необходимости обеспечить надежное питание ответственным потребите­лям применяют разомкнутые многолучевые автоматизированные схемы с АВР на сторо­не высшего или низшего напряжения. В двухлучевой схеме (рис. 11.16, а) устройство АВР на высшем напряжении выполняют с помощью выключателей нагрузки ВН 1 и ВН 2. В нормальном режиме каждая ТП питается от одной из линий через ВН 1 или ВН 2. Если какая-то линия повреждается, то все трансформаторы ТП, подключенные к этой линии, с помощью устройства АВР посредством выключателей нагрузки автоматически переключаются на питание от другой линии. При двухлучевой схеме в нормальном ре­жиме сети загрузка каждой лини не должна превышать 50 % допустимой по условию на­гревания.

На рис. 11.16, б показана двухлучевая схема с устройствами АВР на стороне низ­шего напряжения. На каждой ТП установлено по два трансформатора,