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

К преимуществам 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, один из которых питается от первого луча линии, а другой — от второго луча линии. В нормальном ре­жиме секция 1 шин 0,38 кВ питается от трансформатора Т 1, подключенного к первому лучу, через включенный контактор К1, а секция П — от трансформатора Т 2, подклю­ченного ко второму лучу через контактор К 2. Контакторы К 3 и К 4 при этом отключе­ны. Если один из лучей линии или один из трансформаторов ТП повреждается, то на со­ответствующей секции шин 0,38 кВ исчезает напряжение. При этом рабочий контактор К 1 (или К 2) автоматически отключаются, а контактор К 3 (или соответственно К 4) включается от устройства АВР. В результате нагрузка погашенной секции 0,38 кВ полу­чает питание от трансформатора, оставшегося под напряжением.

Рис. 11.16. Двухлучевые схемы распределительной сети с АВР на стороне: а — высшего напряжения; б — низшего напряжения

11.6. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СХЕМ СЕЛЬСКИХ СИСТЕМ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

В отличие от городов, особенности электроснабжения в сельской местности заключаются в охвате электрическими сетями большой территории с малыми плотностями электрических нагрузок, составляющими 1—15 кВт/км². Вместе с тем, ряд сельских потребителей предъявляет повышенные требования к надежно­сти электроснабжения. Особо ответственные потребители допускают перерыв в электроснабжении лишь на время автоматического включения резерва, ряд дру­гих — до 0,5—3,5 часов [20]. Для остальных, менее ответственных потребителей допустимы перерывы в электроснабжении до 1 суток. Указанные требования должны быть учтены при построении систем распределения электроэнергии. Эта система состоит из:

- питающих сетей, включающих воздушные линии напряжением 110 и 35 кВ и подстанции с напряжениями 110/35/10, 110/10, 35/10 кВ;

- распределительных сетей, состоящих из воздушных линий напряжением 10 кВ, трансформаторных подстанций 10/0,38 и 35/0,38 кВ и линий напряжением 0,38 кВ.

Возможна также система напряжений 110/20/0,38 кВ. Перспективным считается постепенный переход от системы 110/35/10/0,38 кВ к системе 110/10/0,38 кВ.

Питающие сети ПО и 35 кВ могут выполняться по конфигурации радиаль­ной сети, приведенной на рис. 11.1,6, когда к линии от одного источника питания подключается несколько подстанций. Получают распространение сети с одноцепными воздушными линиями с двухсторонним питанием (рис. 11.2, в).

Распределительные сельские сети 10 (20) кВ в зависимости от требуемой степени надежности выполняют одноцепными радиальными с питанием от одно­го ЦП по одной из конфигураций рис.11.1, а, б, в и одноцепными с питанием от двух и более ЦП по конфигурациям рис. 11.2, в, д. На подстанциях 10/0,38 кВ обычно устанавливают один трансформатор.

При неответственных потребителях радиальные сети формируют по схеме рис. 11.17, в которой трансформаторные подстанции 10(20)/0,38 кВ подключают­ся к линии в виде ответвлений от нее. На стороне высшего напряжения защита трансформаторов осуществляется с помощью предохранителей П или выключа­телей В, а на стороне низшего напряжения — с помощью предохранителей П или автоматических воздушных выключателей А.

Некоторого повышения надежности электроснабжения радиальной нерезерви­рованной сети можно добиться путем применения секционирующих устройств. В качестве их могут использоваться выключатели В, разъединители Р или выключате­ли нагрузки ВН (рис. 11.18). Если происходит повреждение на каком-то участке се­ти, то линия отключается в центре питания. После этого поврежденный участок вручную отсоединяется ближайшим секционирующим устройством, а неповреж­денная часть линии включается в работу. Находят применение секционирующие устройства с выключателями, оборудованные соответствующей аппаратурой для ав­томатического отключения поврежденного участка линии (реклоузеры).

Рис. 11.17. Схема радиальной нерезервированной сети с ответвлениями

Рис. 11.18. Схема распределительной сети с секционирующими устройствами

Развитие распределительных сельских сетей достигло такого уровня, что они в большинстве случаев опираются на два и более центра питания (рис.11.19). В нормальном режиме эта сеть представляет собой разомкнутую с разрывами на выключателях В 1 и В 2. При этом на каждый участок сети подается напряжение от центров питания ЦП 1, ЦП 2 или ЦП 3. В случае повреждения какого-то участ­ка сети или центра питания он отсоединяется соответствующими ближайшими секционирующими устройствами, а на неповрежденную часть подается напряже­ние от другого ЦП.

Для особенно ответственных потребителей подстанции 10(20)/0,38 кВ могут выполняться двухтрансформаторными с питанием каждого из них от отдельной линии и устройством автоматического ввода резерва.

Рис. 11.19. Схема резервированной распределительной сети с секционирующими устройствами и питанием от трех ЦП