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