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

Категория: Д.Т. Комаров "Автоматизация электрических сетей 0,38-35 кВ в сельских районах"

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.

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.

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.