Пятница, Декабрь 15, 2017

1. Совершенствование первичных схем электроснабжения путем их реконструкции и технического перевооружения

В период электрификации сельского хозяйства линии электрических сетей 6—20 кВ строили в основном по радиальной схеме, при которой электроэнергия к потре­бителям подводилась от одного питающего центра — трансформаторной подстанции110—35/6—10 кВ. Такие схемы имеют существенный недостаток, так как при по­вреждении в любой точке линии 6—10 кВ обесточивают­ся все потребительские трансформаторные подстанции 6—10/0,4 кВ, присоединенные к этой линии.
Снизить вероятность появления повреждений и тем самым повысить надежность питания потребителей, под­ключенных к радиальной линии 10 кВ, можно за счет уменьшения протяженности линии и числа подключенных к ней потребительских подстанций. Однако такое реше­ние оказывается нецелесообразным по технико-эконо­мическим соображениям. Применяют и другие методы повышения надежности работы радиальных линий 6— 10 кВ. Один из них — секционирование — состоит в де­лении линии на несколько участков. Пункт секциониро­вания линии представляет собой ячейку напряжением 6—10 кВ, в которую входят коммутационный аппарат (выключатель), разъединители, трансформаторы напря­жения и тока, аппаратура релейной защиты и автомати­ки. Место установки пункта секционирования выбира­ют исходя из конкретных условий, учитывая в первую очередь характер потребителей, питающихся от данной линии, а также удобство эксплуатации, близость насе­ленных пунктов, наличие подъездных путей и другое, более удобным является использование распределитель­ных пунктов (РП). Пункты секционирования устанавли­вают как в магистрали линии, так и в начале ее протя­женных ответвлений, питающих менее ответственных по­требителей. Эффект от секционирования заключается в том, что при повреждении отдельных участков линии за пунктом секционирования сохраняется питание осталь­ных потребителей, включенных между питающим цент­ром и отключившимся секционирующим выключателем.


Однако эта схема имеет недостатки, которые заклю­чаются в том, что повреждение магистрального участка радиальной линии 6—10 кВ приводит к обесточиванию всех потребителей; для потребителей одной категории обеспечивается уровень надежности электроснабжения (потребители, подключенные ближе к источнику питания, имеют более высокую надежность), так как на участках, расположенных ближе к питающей подстанции, увели­чиваются выдержки времени релейной защиты.
Более чем в 2 раза сокращаются перерывы в электро­снабжении при использовании схем секционирования в сочетании с сетевым резервированием, когда участок линии, потерявшей основное питание, обеспечивается ре­зервным от другой не поврежденной линии. Взаиморе­зервируемые линии питаются либо от двух трансформа­торных подстанций 110—35/6—10 кВ, либо от разных секций шин одной двухтрансформаторной подстанции. Для включения сетевого резерва используются пункты сетевого автоматического включения резерва (АВР), представляющие собой ячейки с выключателями, срабатывающими при исчезновении напряжения на любой из подходящих к ним линий напряжением 6—10 кВ.
Одним из видов резервирования является кольцева­ние, когда электрическая связь двух ВЛ осуществляется через коммутационную аппаратуру, в нормальном режи­ме находящуюся в отключенном положении.
В нормальном режиме выключатель, через который осуществляется связь между линиями, отключен. Такая линия позволяет вести ремонтные работы на головном выключателе, а также на отдельных участках, ограни­чиваясь обесточиванием только ремонтируемого участ­ка, что особенно важно при повреждениях на линии. Кольцевание секционированных линий создает более гибкую структуру электрических сетей. Схема поддается автоматизации (о чем будет сказано ниже), что позволя­ет выделять поврежденный участок и продолжать элект­роснабжение неповрежденного.
С кольцеванием и автоматизацией ликвидируется один из недостатков секционирования, когда при повреж­дении одного участка прекращается электроснабжение секционированного. Таким образом, все потребители ставятся с точки зрения надежности электроснабжения приблизительно в одинаковые условия, и создается без­отказная работа автоматики.
Автоматизированная закольцованная секционирован­ная схема позволяет сохранить при повреждении на од­ном из участков электроснабжение не единичного по­требителя, а целого ряда потребителей, питающихся от неповрежденных участков. Это большое достоинство схемы. Другое важное свойство закольцованных линий состоит в том, что при применении магистрального сек­ционирования отдельные потребители в пунктах, где устанавливаются секционирующие аппараты, получают двойное питание.

Линии электропередачи напряжением 10 кВ, выполненные по петлевой схеме
Рис. 1. Линии электропередачи напряжением 10 кВ, выполненные по петлевой схеме

Для питания ответственных потребителей (I катего­рии надежности) линии выполняются по петлевой схеме (рис. 1). Такая схема обеспечивает практически беспе­ребойное электроснабжение потребителей, подключенных к шинам трансформаторных подстанций ТП1 и ТП2. Обесточивание потребителей возможно только при КЗ на шинах G—10 кВ этих подстанций, вероятность кото­рых крайне мала. Питание потребителей I категории надежности осуществляют по двум отдельным линиям, подключаемым к независимым источникам — разным трансформаторным подстанциям или разным секциям шин двухтрансформаторных подстанций. На практике используют два вида построения схем резервирования: первый — когда резервный источник предназначен только для резервирования основного питания (явный ре­зерв); второй — когда резервный источник одновременно с выполнением функции резервирования питает постоян­ную нагрузку (скрытый резерв).
За последние годы предприятиями электрических се­тей проводится значительная работа по совершенство­ванию эксплуатации электрических сетей и повышению надежности электроснабжения сельских потребителей. Эта работа проводится в плановом порядке по ежегод­но утверждаемым планам, в которых предусматрива­ются задания энергосистемам по следующим направле­ниям:

  • повышению технического состояния электрических се­тей и совершенствованию схем электроснабжения, со­кращению протяженности линий распределительных сетей 10 кВ, разукрупнению линий 6—10 кВ за счет уве­личения их числа на трансформаторных подстанциях,, строительству ВЛ 6—10 кВ для второго питания и ре­зервных перемычек;
  • улучшению капитального ремонта электрических се­тей, обеспечению трансформаторных подстанций 35— 110/6—10 кВ резервным питанием и созданию двухтранс­форматорных подстанций, замене перегруженных транс­форматоров; секционированию линий 6—10 кВ масляны­ми выключателями и оснащению их устройствами АПВ и АВР, телесигнализации подстанций НО—35/6—10 кВг созданию и оборудованию диспетчерских пунктов райо­нов электрических сетей (РЭС).

Практика работы предприятий электрических сетей показывает, что проводимыми ежегодно указанными вы­ше мероприятиями по повышению надежности работы сельских электрических сетей добиться высоких резуль­татов не представляется возможным. Требуются более целенаправленные усилия по разработке и внедрению комплекса мер, охватывающего все основные стороны функционирования электрических сетей. Одним из наи­более эффективных способов достижения этой цели яв­ляется автоматизация распределительных сетей сель­скохозяйственного назначения. Внедрение устройств ав­томатизации требует сравнительно небольших затрат, которые быстро окупаются.
Как показывает опыт, перед тем, как решать вопрос об автоматизации распределительных сетей какого-либо района электрических сетей, необходимо осуществить реконструкцию схемы его электрических сетей. Возника­ет необходимость в строительстве новых участков линии, требующихся для создания автоматизированной схемы сети, новых электросетевых объектов — распределитель­ных пунктов, пунктов секционирования, АВР и др., а некоторые линии, поскольку их наличие становится не­нужным, демонтировать. При этом создают гибкую схе­му электроснабжения, обеспечивающую возможность локализации повреждений и резервирования питания максимального числа потребителей.
В настоящее время имеются объективные условия для успешного решения задачи автоматизации сельских электрических сетей. Переход техники релейной защиты и автоматики на полупроводниковую и микро интегральную элементную базу позволяет создать устройства, оптимально соответствующие тем техническим требова­ниям, которые возникают в автоматизированных сетях. Автоматизация распределительных электрических се­тей включает в себя: оснащение сетей комплексом рас­пределительно-коммутационной аппаратуры, устройств релейной защиты, автоматики, определения мест по­вреждения, телемеханики, мини-ЭВМ и других средств, обеспечивающих при минимальных затратах требуемые надежность электроснабжения потребителей и качество электроэнергии, а также позволяющих обслуживать электрические сети с максимальной безопасностью и наименьшими трудозатратами при высокой культуре эксплуатации.
Надежность работы распределительной сети в зна­чительной мере зависит от ее схемы, так как именно схема определяет возможности резервирования нагрузок, а также эффективность установленных в сети коммута­ционных аппаратов, устройств автоматики, средств сбора, фиксации и передачи информации о месте повреждения. Основные требования к схеме — обеспечение максималь­ной степени резервирования при минимальной общей длине и количестве резервных связей и оборудования. Дополнительное требование к схеме сети
35—110 кВ, получающей все большее развитие в связи с приближе­нием этих напряжений к потребителям,—обеспечение возможностей резервирования любого потребителя [трансформаторной подстанции (ТП) 10/0,4 кВ] от неза­висимого источника питания.
Этим требованиям удовлетворяет при минимальных капитальных вложениях схема сети 35—110 кВ, магист­ральная, в которую однотрансформаторные подстанции 35(110)/10 кВ включаются по схеме «заход—выход». На подстанции, где выполняется нормальный разрез ли­нии, предусматривается АВР, на других подстанциях — автоматическое секционирование. При наличии двух-трансформаторных подстанций автоматическое секцио­нирование на них осуществляется установкой секцион­ного выключателя в открытом распределительном уст­ройстве (ОРУ) 35(110)/10 кВ; при этом нагрузки на подстанции резервируются по сети 10 кВ от соседних подстанций.
Применение двухтрансформаторных подстанций дол­жно быть обосновано технико-экономическими расчета­ми. Крупные ответственные потребители (животноводче­ские комплексы, птицефабрики) с нагрузкой 1 МВт и больше, как правило, должны питаться от своей под­станции 35(110)/10 кВ.
Основным элементом электрических сетей сельскохо­зяйственного назначения 10 кВ является распредели­тельная линия, которую рекомендуется выполнять в виде магистрали с минимальным количеством коротких от­ветвлений. Резервная связь между концами магистралей двух выполненных по такой схеме линий при достаточ­ной пропускной способности магистралей обеспечивает потенциальные возможности двухстороннего питания для большинства потребителей обеих линий. При этом, как правило, нецелесообразно наличие других резервных связей.
Такой принцип построения схемы обеспечивает и ряд эксплуатационных преимуществ: существенное сниже­ние трудозатрат на выполнение требований техники без­опасности при подготовке схем к ремонтным работам; высокую эффективность устанавливаемых на подстанции средств определения расстояния до места повреждения на линии в связи с тем, что их показаниям, как прави­ло, соответствует одна точка на линии. Для удобства обслуживания следует стремиться к подключению от­ветвлений к магистрали в узлах, конструктивно оформ­ляемых в виде закрытых ТП или РП. Последние реко­мендуется строить в местах, перспективных для соору­жения будущих подстанций. Магистраль рекомендуется выполнять проводом одного сечения (не менее 50 мм2), обеспечивающего возможность питания по одной линии в послеаварийных и ремонтных режимах нагрузок обеих взаиморезервируемых линий.
Рекомендуемые принципы построения схем распреде­лительных сетей предопределяют и принципы оснащения их противоаварийной автоматикой. Основными из них являются установка АВР на связи между концами ма­гистралей двух распределительных линий и секциониро­вание этих магистралей автоматическими устройствами. Целесообразность автоматизации, количество и очеред­ность установки устройств автоматики определяются по экономическим условиям путем сопоставления затрат на автоматизацию с достигаемым годовым экономическим эффектом, т. е. ожидаемым предотвращением народно­хозяйственного ущерба.
Для определения целесообразных количеств и очеред­ности установки устройств автоматики в Белорусском отделении института «Энергосетьпроект» разработаны номограммы, которые позволяют обойтись без трудоем­ких расчетов, но принять достаточно оптимальные реше­ния. Методические материалы этого института могут также быть использованы для уточнения целесообразно­сти установки разъединителей с учетом местных условий. В общем случае разъединители рекомендуется устанав­ливать:

  • на магистралях распределительных линий между автоматическими коммутационными аппаратами (ли­нейными и секционирующими выключателями, АВР) при расстояниях между ними по линии не менее5 км;
  • на ответвлениях от магистрали при протяженности их более 2,5 км, если на них не устанавливаются авто­матические устройства секционирования;
  • на магистрали с обеих сторон от ответвления, питаю­щего потребителя II категории, если полная длина несекционированного участка линии составляет 5 км и более.

Наиболее полно требованиям ПУЭ к надежности электроснабжения потребителей I категории отвечает их питание по двухлучевым схемам сети 10 кВ с под­ключением лучей к независимым источникам. При при­менении таких схем питание потребителей I категории осуществляется от двухтрансформаторной ТП [двух комплектных трансформаторных подстанций (КТП)], причем трансформаторы (КТП) подключаются к разным лучам с обеспечением раздельной их работы в нормаль­ном режиме.
В качестве наиболее экономичной схемы питания потребителей I категории рекомендуется автоматизиро­ванная магистральная (петлевая) схема 10 кВ. При этой системе внешнего электроснабжения должны преду­сматриваться АВР 0,4 кВ, которые рекомендуется уста­навливать непосредственно у потребителя. Допускается установка таких АВР в закрытых трансформаторных подстанциях (ЗТП).
Схемы электроснабжения потребителей II категории надежности должны обеспечивать восстановление пита­ния этих потребителей путем переключения на резерв вручную без выполнения ремонта или замены повреж­денных элементов на линии. Допускается питание ТП потребителей II категории ответвлением от магистрали или радиальной линией, отходящей от РУ 10 кВ, вклю­ченной в магистраль ТП, при длине ответвления не бо­лее 5 км.
Принципы построения схем электроснабжения ответ­ственных потребителей вытекают из условий обеспечения нормированной надежности их электроснабжения с минимальными капитальными вложениями.
В сетях сельскохозяйственного назначения, выполняе­мых в основном воздушными линиями, петлевые авто­матизированные схемы с небольшими ответвлениями должны постепенно стать основными для питания потре­бителей всех категорий надежности, так как они обеспе­чивают двустороннее питание при минимальном ущербе земельным угодиям. Для снижения затрат на оборудо­вание управления необходима разработка специальной отключающей аппаратуры. В этом отношении перспек­тивным является оборудование для каскадной петлевой схемы, в которой секционирующие аппараты только включаются на короткое замыкание, а отключение его осуществляется головными выключателями.
Создание проектов автоматизированных и телемеха­низированных распределительных сетей 10 кВ предпо­лагает выполнение следующих элементов работ, которые реализуются поэтапно:

  • переустройство схем действующих распределитель­ных электрических сетей с учетом последующей авто­матизации;
  • внедрение средств релейной защиты и противоаварийной автоматики, а также средств автоматического поис­ка повреждений;
  • внедрение средств диспетчерского и технологического управления (СДТУ) распределительными сетями с уче­том организации службы эксплуатации РЭС.

Когда по техническим и экономическим условиям целесообразно или по хозяйственным соображениям не­обходимо одновременно с реконструкцией объекта осу­ществлять расширение (или новое строительство ВЛ 0,38—20 кВ), при разработке проектно-сметной докумен­тации следует относить эти объекты к одной форме вос­производства в зависимости от преобладания сметной стоимости работ соответствующего характера. Мероприя­тия по автоматизации действующих электрических сетей предусматриваются в рабочих проектах их реконструк­ции и технического перевооружения.
Рабочие проекты разрабатываются в соответствии с этапами на основе утвержденных схем развития электри­ческих сетей 6—20 кВ РЭС. При разработке схем разви­тия электрических сетей РЭС реализуются основные на­правления развития электрических сетей (принципы построения схем, их автоматизация, телемеханизация, организация службы эксплуатации и т.д.).
Схемы РЭС используются: для перспективного и те­кущего планирования развития сетей 10 кВ; составления заданий на проектирование В Л 10 кВ; при выдаче тех­нических условий на присоединение потребителей к электрическим сетям РЭС; для разработки рабочих про­ектов на техническое перевооружение, расширение, ре­конструкцию и новое строительство сетей 10 кВ; при вы­полнении проектов строительства сетей 0,38 кВ; при составлении схем развития сетей 35—110 кВ.
На Всесоюзном совещании по «Совершенствованию управления и автоматизации сельских электрических се­тей», проведенном в сентябре 1984 г. в г. Гродно, для электроснабжения потребителей I категории рекомендо­вана магистральная автоматизированная схема сети 10 кВ, приведенная на рис. 2, где показан и способ включения в нее двухтрансформаторных ТП. Эту схему можно считать универсальной, так как ТП по такой схеме может быть включена как в рассечку ВЛ 10 кВ, так и ответвлениями к двум линиям. В первом случае установленные в ТП секционные включатели использу­ются не только для сохранения электроснабжения потребителей I категории при повреждении питающей ли­нии 10 кВ, но и обеспечивают сохранение питания и других потребителей, подключенных к неповрежденным участкам рассматриваемой линии. Наличие такой схе­мы существенно облегчает и оперативные переключения по выводу в ремонт и вводу в работу отдельных участков линии. То же преимущество имеется и при подключении рассматриваемой ТП к двухлучевой схеме 10 кВ.

Магистральная автоматизированная схема сети 10 кВ
Рис. 2. Магистральная автоматизированная схема сети 10 кВ
I — ЗТП с секционным выключателем для питания потребителей I категории

В рациональном построении схем сельских электриче­ских сетей важнейшее значение имеет установление тре­буемого уровня надежности электроснабжения сельско­хозяйственных потребителей. Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) все электроприемники делят­ся на три категории. При этом устанавливают условия питания не потребителей, а входящих в их состав от­дельных электроприемников.
Сельскохозяйственные производственные потребители по требованиям к надежности электроснабжения также делятся на три категории. Крупные животноводческие фермы и комплексы, производящие продукцию на про­мышленной основе, по надежности электроснабжения отнесены к потребителям I категории. Министерством энергетики и электрификации СССР совместно с Мини­стерством сельского хозяйства СССР разработаны сле­дующие показатели отнесения крупных ферм и комплек­сов к потребителям I категории:

Фермы и комплексы Производственная мощность, не менее
По производству молока с числом коров, голов 400 тыс
По выращиванию и откорму свиней, голов/год 12 тыс
По выращиванию и откорму молодняка крупного рогатого скота, голов/год 5 тыс
Открытые площадки по откорму молодняка круп­ного рогатого скота, скотомест 20 тыс
По откорму коров мясных пород (с законченным оборотом стада), голов 600 тыс
Племенные хозяйства и хозяйства по выращива­нию молодняка, голов:
кур 25 тыс
гусей, уток, индюков 10 тыс
кур-несушек 100 тыс
мясных цыплят 1 млн

Определена также категоричность токоприемников промышленных сельскохозяйственных потребителей.
На предприятиях по производству молока к I катего­рии относятся электроприемники системы доения, охлаж­дения, сбора, первичной обработки и переработки моло­ка, создания микроклимата, дежурного освещения; ко II категории — токоприемники систем обогрева живот­ных, раздачи кормов для взрослых свиней, установок навозоудаления.
На предприятиях по выращиванию и откорму круп­ного рогатого скота на мясо к I категории относятся ли­нии подготовки и раздачи кормов для телят до четырех­месячного возраста на выращивании, дежурное освеще­ние; ко II категории — линии подготовки и раздачи кормов, установки микроклимата для молодняка на от­корме, навозоудаления, приготовления и раздачи кормов на открытых площадках.
На птицефабриках к токоприемникам I категории отнесены установки кормоприготовления, приема и раз­дачи кормов, поения птицы, местного обогрева молодня­ка первого возраста, сбора, приема и обработки яиц, их инкубации, систем создания микроклимата и техно­логического освещения; ко II категории — установки уборки помета, убоя и переработки птицы.
При строительстве новых крупных ферм и комплек­сов I категории внешнее электроснабжение должно быть выполнено от двух независимых источников питания. При выходе из строя одного оставшийся в работе дол­жен обеспечить покрытие нагрузок электроприемников I и II категорий при отклонении напряжения у них не
более чем на 10 %. Для действующих потребителей ре­зервные источники электропитания электроприемников I категории должны включаться автоматически. При от­сутствии автоматического ввода резервного источника, т. е. при несоответствии схемы питания потребителей I и II категорий требованиям ПУЭ, перерыв в электро­снабжении их токоприемников не должен превышать 10 ч. Если этот перерыв превышает 10 ч, то такое от­ключение учитывается электроснабжающей организацией как авария. Для электроснабжающей организации ава­рией считается также отключение потребителей III кате­гории на время более 24 ч.
Перерыв в электроснабжении потребителей I и II ка­тегорий на срок от 2 до 10 ч при условии несоответствия схем питания требованиям ПУЭ учитывается как отказ в работе 1-й степени; таким же нарушением считается обесточивание потребителей III категории на срок от 8 до 24 ч.
В соответствии с основными требованиями надежно­сти электроснабжения потребителей принимают те или иные схемы решения при построении распределительных электрических сетей, определяют объемы их автоматизации.