ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ СХЕМ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ

Электрической сетью называется совокупность ЛЭП и подстанций, работающих на определённой территории. Сети делятся на системообразующие и распределительные. Системообразующие сети осуществляют функцию формирования энергосистемы, объединяя электрические станции и обеспечивая их функционирование как единого объекта управления. Одновременно эти сети осуществляют передачу электроэнергии от электростанций к крупным узлам. Распределительные сети предназначены для дальнейшего распределения электроэнергии от подстанции системообразующей сети до центров питания промышленных, городских и сельских электросетей. Выбор схемы электрической сети производится одновременно с выбором напряжения, с учетом перспективы на 5-10 лет.

5.1 Основные требования к схеме сети

К сетям предъявляются следующие требования:

1. Схема должна обеспечивать необходимую надёжность в соответствии с разделением потребителей на категории. Если рассматриваемые варианты существенно отличаются по надёжности, то рекомендуется давать экономическую оценку ущерба от недоотпуска электроэнергии.

2. Необходимо обеспечивать нормируемое качество электроэнергии, согласно ГОСТ 13109-97.

3. Схема должна быть достаточно гибкой, приспособленной к разным режимам распределения мощности, в том числе и при аварийных и плановых отключениях отдельных элементов. Конфигурация и параметры сети должны обеспечивать возможность дальнейшего развития без коренных изменений, с учётом рационального сочетания с будущими сетями более высокого напряжения.

4. Развитие электрической сети должно предусматривать рациональное сочетание сооружаемых сетей с действующими сетями. Должно обеспечиваться максимальное использование действующих сетей с учётом их возможной реконструкции.

5. Схема сети должна строиться с максимальным охватом территории для комплексного электроснабжения всех расположенных здесь потребителей, независимо от их ведомственной и экономической принадлежности. Следует избегать протяжённых незагруженных участков, используемых только в послеаварийных режимах.

6. Схема должна обеспечивать оптимальный уровень токов КЗ, значение которых на шинах электростанций и подстанций не должны превышать следующие значения:

	110-150	220-330	500-750
	31.5	40	63

Для ограничения уровня токов КЗ следует рассматривать схемные и режимные мероприятия.

6.1 В сетях 6 – 10 кВ применяют реакторы, трансформаторы с расщеплёнными обмотками или повышенными напряжениями короткого замыкания, глубокое секционирование.

6.2 В сетях 35 кВ применяют секционирование сети, опережающее деление сети.

6.3 Сети 110 – 220 кВ должны предусматривать возможность раздельной работы участков сети между опорными пунктами сети с более высоким напряжением. Если ток к.з. превышает , то такой режим должен быть основным.

6.4 Снижение токов однофазного к.з. Однофазные к.з. происходят чаще в 20 - 30 раз чем другие виды к.з. Для уменьшения токов к.з. предлагается:

- разземление нейтралей части трансформаторов в сети 110 кВ (режим эффективно - заземлённой нейтрали);

- применение резисторов из электротехнического бетона или индуктивных сопротивлений, подключаемых в нейтраль трансформаторов или автортрансформаторов.

5.2 Места размещения подстанций

Территориальное расположение подстанций зависит от категории, мощности и расположения потребителей электроэнергии. Подстанции необходимо размещать по возможности ближе к центрам сосредоточения нагрузок. Приближение подстанции к нагрузкам позволяет повысить экономичность и надежность электроснабжения потребителей по следующим причинам:

 - сокращается протяженность сетей вторичного напряжения;

 - уменьшаются потери электроэнергии и отклонение напряжения;

 - уменьшаются зоны возможных аварий;

 - облегчаются условия развития электрической системы за счет поэтапного сооружения подстанций.

При выборе места расположения подстанции необходимо учитывать условия окружающей среды, требуемую степень бесперебойности и динамику роста электрических нагрузок.

5.3 Способы присоединения подстанций к электрической сети

Конфигурация сети является основой для выбора способа подключения подстанций. В радиальных сетях к одной линии может быть присоединена одна подстанция (рис. 5.1, а), несколько подстанций в виде ответвлений (рис. 5.1, б) или с заходом линии на каждую подстанцию (рис. 5.1, в). В радиальных сетях с параллельными линиями также может быть присоединена одна подстанция (рис. 5.3, г), несколько подстанций в виде ответвлений одновременно от двух линий (рис. 5.3, д) или с заходом общих линий на каждую подстанцию (рис. 5.3, е).

В сетях замкнутой конфигурации к линии между двумя центрами питания подстанции могут присоединяться в виде ответвлений (рис. 5.1, ж) либо с заходом линии на подстанции (рис. 5.1, з). Во втором случае каждая из подстанций превращается в проходную с возможностью транзита мощности в ту или другую сторону. При наличии двух параллельных линий между двумя центрами питания подстанции могут подключаться в виде ответвлений от каждой линии (рис. 5.1, и). При питании по трем и более линиям с заходом на подстанцию последняя превращается в узловую (рис. 5.1, к, л).

а)	б)
в)	г)
д)	е)
ж)	з)
и)	к)
л)
Рисунок 5.1 - Способы присоединения подстанций к электрической сети а – радиальной с одной линией; б, в – магистральной с одной линией;  г – радиальной с двумя линиями; д, е – магистральной с двумя линиями;  ж, з, и – с двумя центрами питания; к, л – с тремя и более центрами питания

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.

5.4. 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. К простейшим схемам относятся блочные схемы линия – трансформатор с разъединителем (рис. 5.2, а) и выключателем (рис. 5.2, б). На этих и последующих схемах указаны области рекомендуемых номинальных напряжений. Первая схема может использоваться для подстанций, присоединенных к линиям без ответвлений (рис. 5.1, 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. 5.1, б). Для двухтрансформаторной подстанции, питающейся от двух параллельных линий, может быть применена схема с двумя блоками (спаренный блок) с выключателями в цепи трансформаторов и перемычкой, содержащей два последовательно включенных разъединителя Р1 и Р2 (рис. 5.2, 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. 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.

а)	б)	в)
Рисунок. 5.2. Блочные схемы подстанций:  а – блок (линия – трансформатор) с разъединителем;  б − блок (линия – трансформатор) с выключателем;  в – спаренный блок с выключателем и неавтоматической перемычкой со стороны линии

Один из вариантов схемы по типу мостика с выключателями в цепях линий и ремонтной перемычкой со стороны линий показан на рис. 5.3. Такая схема применяется в радиальных линиях и линиях с двухсторонним питанием с заходом их на подстанции (рис. 5.1, в, з). Здесь на четыре присоединения (две линии и два трансформатора) устанавливается три выключателя.

Рисунок 5.3 - Схема по типу мостика	Рисунок 5.4 - Схема по типу четырёхугольника

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 – схема по типу четырёхугольника (рис. 5.4). Недостатком схемы является то, что она не позволяет увеличивать количество линий. На напряжении 220 кВ эта схема рекомендуется при мощности трансформаторов 125 МВ⋅А и более.

При числе линий три и более рекомендуется ряд типовых схем распределительных устройств со сборными системами шин. Наиболее простая схема выполняется с одной секционированной системой шин (рис. 5.5, а). 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 добав- ляется обходная система шин (рис. 5.5, б).

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, также как и в схеме по рис. 5.5, а, каждое присоединение в нормальном режиме подстанции может быть подключено только к одной из секций шин. В соответствии с рекомендациями в схеме с одной секционированной системой шин и обходной системой шин количество радиальных линий должно быть не более одной на секцию.

а)	б)

в)

Рисунок 5.5 - Схемы подстанций со сборными системами шин:  а – c одной секционированной системой шин; б – c одной секционированной системой шин и обходной системой шин; в – c двумя несекционированными системами шин и обходной системой шин.

При невыполнении этого условия с числом линий до 13 применяют схему c двумя несекционированными системами и обходной системой шин (рис. 5.5, в). В ней I и II рабочие системы шин соединены между собой с помощью шиносоединительного 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 и II 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.

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. 5.6).

При числе линий более 13 в схеме по рис. 5.5, в, применяют секционирование I и II рабочей системы шин и дополнительно предусматриваютв второй обходной выключатель.

Рисунок 5.6 - Схемы подстанций с двумя несекционированными системами

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. 5.6, 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.

а)	б)
Рисунок 5.6 - Схемы для подстанций напряжением 330–750 кВ: а – с двумя выключателями на линии; б – с полутора выключателями на линии

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.

В полуторной схеме на каждое присоединение приходится 1,5 выключателя (рис. 5.6, б). Ее применяют в распределительных устройствах 330–750 кВ при числе линий 6 и более. Отключение любой линии и любоготрансформатора производится двумя вылючателями. 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 напряжения (РУ ВН, РУ СН) подстанций 35 – 750 кВ показаны на рис. 5.7, 5.8. При одном трансформаторе используется одна несекционированная система шин (рис. 5.7, а), при двух трансформаторах – одна секционированная система шин (рис. 5.7, б, рис. 5.8, а). Если на подстанции предусматриваются трансформаторы с расщепленными обмотками, то создается схема с двумя секционированными системами шин, т. е. фактически образуются четыре секции шин (рис. 5.8, б).

а)	б)
Рисунок 5.7 - Схемы распределительных устройств низшего напряжения: а – с одной несекционированной системой шин; б,– с одной секционированной системой шин
а)	б)
Рисунок 5.8 - Схемы распределительных устройств низшего напряжения: а – с одной секционированной системой шин; б– с двумя секционированными системами шин

Лекция 6