Идельчик В.И. Электрические системы и сети

Подождите немного. Документ загружается.

Введение

Энергетической программы включает решение как произ-

водственных задач по обеспечению растущих энергетиче-

ских потребностей страны, так и дальнейшую разработку

научно-технических проблем, вызванных потребностями

дальнейшего развития энергетики в XXI веке. В результате

энергосберегающей политики к концу второго этапа Энер-

гетической программы предполагается значительное сокра-

щение общей потребности в топливно-энергетических ресур-

сах в результате снижения норм удельных расходов элек-

трической и тепловой энергии, а также замещения

органического топлива нетопливными энергоресурсами,

т. е. ядерной и гидравлической энергией.

Оптимальная структура мощностей электростанций,

предусмотренная Энергетической программой, может фор-

мироваться только на основе непрерывного развития и со-

вершенствования ЕЭС СССР, т. е. усиления межсистемных

электрических связей (линий сверхвысокого напряжения).

На первом этапе реализации программы ЕЭС СССР будет

развиваться путем строительства линий электропередачи

(ЛЭП) переменного тока напряжением 750 и 1150 кВ и по-

стоянного тока 1500 кВ. В ОЭС Юга и Северо-Запада, где

сложилась система напряжений 150—330—750 кВ, в 12-й

пятилетке сооружаются ЛЭП 750 кВ для усиления межси-

стемных связей и выдачи мощности крупных АЭС.

К 1990 г. предусмотрено завершить сооружение уни-

кального энергомоста — ЛЭП 1150 кВ переменного тока

Сибирь (Канско-Ачинский топливно-энергетический комп-

лекс—

КАТЭК) — Казахстан (Экибастуз) — Урал и при-

ступить к строительству первых участков магистрали

Центр — Средняя Волга — Урал на этом напряжении, а так-

же связи ЕЭС СССР с ОЭС Средней Азии. В 12-й пятилет-

ке намечается ввести в действие около 2700 км ЛЭП

1150 кВ, что примерно в 3 раза больше, чем в 11-й пяти-

летке. В 1990 г. предусмотрено ввести в эксплуатацию пер-

вую в стране ЛЭП 1500 кВ постоянного тока Экибастуз—

Центр длиной 2414 км. В последующие годы эта электропе-

редача позволит создать оптимальный режим работы элек-

тростанций европейских районов страны и Сибири. После

завершения строительства линии постоянного тока 1500 кВ

возникнут также энергомосты Центр—Казахстан—Урал

и Центр—Казахстан—Сибирь, которые существенно повы-

сят надежность и маневренность всей ЕЭС СССР, а также

§ В Л Этапы и перспективы развития электроэнергетики 11

позволят привлекать мощности сибирских ГЭС для удов-

летворения потребностей европейских энергосистем в часы

их максимальной нагрузки.

Одновременно со строительством ЛЭП сверхвысокого

напряжения будут строиться распределительные сети на-

пряжением 35 кВ и выше, что имеет большое значение для

повышения надежности электроснабжения потребителей

и улучшения использования мощности электростанций.

На втором этапе реализации программы должно быть

завершено формирование ЕЭС СССР с повышением ее ма-

невренности и надежности. Создание сверхмощной межси-

стемной связи 1150 кВ переменного тока Центр—Средняя

Волга—Урал—Экибастуз—Средняя Азия—Сибирь, а так-

же работа ЛЭП 1500 кВ постоянного тока Экибастуз—

Центр позволят обеспечить выдачу мощности крупных теп-

ловых электростанций Экибастуза и КАТЭК в соседние

районы, наиболее рационально использовать энергоресур-

сы отдельных регионов страны и более полно реализовать

эффект снижения потребной установленной мощности элек-

тростанций за счет объединения энергосистем.

Важной задачей развития электроэнергетики является

модернизация и демонтаж устаревшего и малоэффективно-

го оборудования электростанций. Большие объемы демон-

тажа и модернизации устаревшего и малоэффективного

оборудования предъявляют высокие требования к энерго-

машиностроению, к организации ремонтных работ, в ходе

которых осуществляется модернизация, и к энергострои-

тельству.

В Энергетической программе намечается создание мате-

риально-технической базы для использования новых нетра-

диционных возобновляемых источников энергии. Главными

из них в ближайшие десятилетия будут солнечная и геотер-

мальная энергия, а также энергия биомассы, а в более от-

даленной перспективе — ветровая и приливная энергия.

Годовое производство энергоресурсов за счет этих источни-

ков будет невелико. Их значение в основном в создании на-

учно-технических заделов для энергетики XXI века.

Целесообразность создания мощных объединенных энер-

госистем и ЕЭС СССР обусловлена их большими технико-

экономическими преимуществами. С увеличением мощно-

сти объединения появляется возможность сооружения

крупных электрических станций с мощными, более эконо-

Введение

минными агрегатами. При увеличении числа связей нагру-

зок с разными станциями в энергообъединении повышается

надежность электроснабжения потребителей, увеличивает-

ся возможность более полного и рационального использо-

вания всего имеющегося оборудования. При этом возмож-

но снижение суммарной установленной мощности электро-

станций за счет уменьшения общего резерва и обменных

передач мощности в момент максимума потребления между

районами с большой разницей во времени и поэтому с не-

одновременным максимумом потребления. Например, раз-

ница во времени в

часа между Москвой

Уралом позволяет

уже сейчас за счет обменных потоков уменьшить не-

обходимую установленную мощность. В будущем при элек-

трической связи районов с разницей до 4 часов это умень-

шение мощности будет еще значительнее.

При выполнении Энергетической программы необходи-

мо учитывать вопросы охраны окружающей среды. Суще-

ственное влияние на развитие энергосистем оказывают все

возрастающие требования к ограничению неблагоприятных

воздействий энергетических объектов на окружающую сре-

ду. Повышение экологических требований к электростанци-

ям усложняет их размещение и как следствие приводит

к удалению электростанций от центров потребления. По-

вышение экологических требований к электрическим сетям

проявляется прежде всего в необходимости сокращения за-

нимаемых ими земельных площадей. Из этого вытекают

новые технические решения: широкое распространение мно-

гоцепных линий электропередачи (до четырех—шести цепей

разных напряжений на одной опоре), внедрение оборудо-

вания с элегазовой изоляцией, расширение применения ка-

белей высокого напряжения.

В.2. ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ

Производство (генерация), распределение и потребле-

ние электрической и тепловой энергии схематически пока-

заны на рис. В.1,а.

Электростанция

производит (или гене-

рирует) электрическую энергию, а теплофикационная элек-

тростанция — электрическую и тепловую энергию. По виду

первичного источника энергии, преобразуемого в электри-

ческую или тепловую энергию, электростанции делятся на

В 2 Электроэнергетические системы

электрические сети

тепловые (ТЭС), атомные ((АЭС) и гидравлические (ГЭС).

На ТЭС первичный источник энергии — органическое топ-

ливо (уголь, газ, нефть), на А$С — урановый концентрат,

на ГЭС — вода (гидроресурсы). ТЭС делятся на конденса-

ционные тепловые станции (конденсационные электростан-

Электростанции jj

Электричес-

кие сети

Потребители

электро-

энергии

Электроэнергетическая

система

= " а " I I И" ' "I

Ч'«Г''»1 i

Тепловые

сети

ПотреШтМи

тёп№

Энергетическая

система,

ьЛ

П1

04-GD-}

Линии

Электрическая

дещ

\<Ь

Электроэнергетическая

система.

)

Рис.

В.1. Схемы производства, распределения и потребления электриче-

ской и тепловой энергии

ции — КЭС или государственные районные электростан-

ции— ГРЭС), вырабатывающие только электроэнергию,

и теплофикационные (ТЭЦ), вырабатывающие и электро-

энергию, и тепло.

Кроме ТЭС, АЭС и ГЭС существуют и другие виды элек-

тростанций (гидроаккумулирующие, дизельные, солнечные,

геотермальные, приливные и ветроэлектростанции). Одна-

ко мощность их невелика.

Электрическая часть электростанции включает в себя

разнообразное основное и вспомогательное оборудование.

К основному оборудованию, предназначенному для произ-

водства и распределения электроэнергии, относятся: син-

Введение

хронные

генераторы,

вырабатывающие электроэнергию (на

ТЭС — турбогенераторы); сборные шины, предназначен-

ные для приема электроэнергии от генераторов и распреде-

ления ее к потребителям; коммутационные

аппараты

— вы-

ключатели, предназначенные для включения и отключения

цепей в нормальных и аварийных условиях, и разъедините-

ли,

предназначенные для снятия напряжения с обесточен-

ных частей электроустановок и для создания видимого раз-

рыва цепи (разъединители, как правило, не предназначены

для разрыва рабочего тока установки); электроприемники

собственных нужд (насосы, вентиляторы, аварийное элек-

трическое освещение и т. д.). Вспомогательное оборудова-

ние предназначено для выполнения функций измерения,

сигнализации, защиты и автоматики и т. д.

Энергетическая система (энергосистема) (рис. ВЛ,а)

состоит из электрических станций, электрических сетей

и потребителей электроэнергии, соединенных между собой

и связанных общностью режима в непрерывном процессе

производства, распределения и потребления электрической

и тепловой энергии, при общем управлении этим режимом.

Электроэнергетическая (электрическая) система (рис.

В.1,а, б)—это совокупность электрических частей элек-

тростанций, электрических сетей и потребителей электро-

энергии, связанных общностью режима и непрерывностью

процесса производства, распределения и потребления элек-

троэнергии. Электрическая система

—

это часть энергоси-

стемы, за исключением тепловых сетей и тепловых потре-

бителей. Электрическая

сеть

— это совокупность электро-

установок для распределения электрической энергии,

состоящая из подстанций, распределительных устройств,

воздушных и кабельных линий электропередачи. По элек-

трической сети осуществляется распределение электро-

энергии от электростанций к потребителям. Линия электро-

передачи (воздушная или кабельная)—электроустановка,

предназначенная для передачи электроэнергии.

У нас в стране применяются стандартные номинальные

(междуфазные) напряжения -трехфазного тока частотой

50 Гц в диапазоне 6—1150 кВ (см. табл. 6.4), а также на-

пряжения 0,66; 0,38 (0,22) кВ.

Напряжение 0,22 кВ не рекомендуется для вновь про-

ектируемых сетей. Для генераторов применяют номиналь-

ные напряжения 3—21 кВ,

§ В.2 Электроэнергетические системы

электрические

сети

Передача электроэнергии от электростанций по лини-

ям электропередачи осуществляется при напряжениях

ПО—1150 кВ, т. е. значительно превышающих напряжения

генераторов. Электрические подстанции применяются для

преобразования электроэнергии одного напряжения в элек-

троэнергию другого напряжения. Электрическая подстан-

ция — это электроустановка, предназначенная для преобра-

зования и распределения электрической энергии. Под-

станции состоят из трансформаторов, сборных шин

и коммутационных аппаратов, а также вспомогательного

оборудования: устройств релейной защиты и автоматики,

измерительных приборов. Подстанции предназначены для

связи генераторов и потребителей с линиями электропере-

дачи (повышающая и понижающая подстанции П1 и П2 на

рис.

В.1,6), а также для связи отдельных частей электри-

ческой системы.

Классификация электрических сетей может осуществ-

ляться по роду тока, номинальному напряжению, выпол-

няемым функциям, характеру потребителя, конфигурации

схемы сети и т. д. По роду тока различаются

сети

перемен-

ного и постоянного тока; по напряжению: сверхвысокого

напряжения — £/

НО

м^330 кВ, высокого напряжения

—

£/ном=3-т-220 кВ, низкого напряжения — £/

НО

м<1 кВ. По

конфигурации схемы сети делятся на замкнутые и разомк-

нутые.

По выполняемым функциям будем различать системо-

образующие, питающие и распределительные сети. Систе-

мообразующие сети напряжением 330—1150 кВ осуществ-

ляют функции формирования объединенных энергосистем,

объединяя мощные электростанции и обеспечивая их функ-

ционирование как единого объекта управления, и одновре-

менно обеспечивают передачу электроэнергии от мощных

электростанций. Системообразующие сети осуществляют

системные связи, т. е. связи очень большой длины между

энергосистемами. Режимом системообразующих сетей

управляет диспетчер объединенного диспетчерского управ-

ления (ОДУ). В ОДУ входит несколько районных энерго-

систем— районных энергетических управлений (РЭУ),

Питающие сети предназначены для передачи электро-

энергии от подстанций системообразующей сети и частич-

но от шин ПО—220 кВ электростанций к центрам питания

(ЦП) распределительных сетей — районным подстанциям,

Введение

Питающие сети обычно замкнутые. Как правило, напря-

жение этих сетей ранее было ПО—220 кВ. По мере роста

плотности нагрузок, мощности электростанций и протяжен-

ности электрических сетей увеличивается напряжение рас-

пределительных сетей. Так, в последнее время напряжение

питающих сетей иногда бывает 330—500 кВ.

Районная подстанция имеет обычно высшее напряже-

ние 110—220 кВ и низшее напряжение

6—35

кВ. На этой

подстанции устанавливают трансформаторы, позволяющие

регулировать под нагрузкой [РПН (см. гл. 5)] напряже-

ние на шинах низшего напряжения. Эти шины — ЦП рас-

пределительной сети, которая присоединена к ним.

£ети ПО—220 кВ обычно административно подчиняют-

ся РЭУ. Их режимом управляет диспетчер РЭУ.

Распределительная сеть предназначена для передачи

электроэнергии на небольшие расстояния от шин низшего

напряжения районных подстанций к промышленным, го-

родским, сельским потребителям. Такие распределитель-

ные сети обычно разомкнутые или работают в разомкнутом

режиме. Различают распределительные сети высокого

(fAp^^l кв) и низкого (£/

НО

м<!1 кВ) напряжения. В свою

очередь по характеру потребителя распределительные се-

ти подразделяются на промышленные, городские и сель-

скохозяйственного-

назначения. Ранее такие распредели-

тельные сети выполнялись с напряжением 35 кВ и ниже,

а в настоящее время — до ПО и даже 220 кВ. Преимуще-

ственное распространение в распределительных сетях име-

ет напряжение 10 кВ, сети б кВ применяются при наличии

на предприятиях значительной нагрузки электродвигате-

лей с номинальным напряжением 6 кВ. Электрические сети

20 кВ применяются только в Латвийской энергосистеме.

Напряжение 35 кВ широко используется для создания цент-

ров питания сетей 6 и 10 кВ в основном в сельской местно-

сти.

Передача электроэнергии на напряжении 35 кВ непо-

средственно потребителям, т. е. трансформация 35/0,4 кВ,

используется реже.

Для электроснабжения больших промышленных пред-

приятий и крупных городов осуществляется глубокий ввод

высокого напряжения, т. е. сооружение подстанций с пер-

вичным напряжением ПО—500 кВ вблизи центров нагру-

зок. Сети внутреннего электроснабжения крупных горо-

дов—

это сети ПО кВ, а в отдельных случаях к ним

§ В.2 Электроэнергетические

системы

и электрические

сети

относятся глубокие вводы 220/10 кВ. Сети сельскохозяйст-

венного назначения в настоящее время выполняют на на-

пряжение 0,4—ПО кВ, а также на 220 кВ при большой

протяженности сельских линий в районах Сибири или

Дальнего Востока.

На рис. В.2 показан упрощенный путь передачи элек-

троэнергии от электростанций к потребителям, иллюстри-

Рис.

В.2. Схема электрических сетей:

—

системообразующие; б

—

питающие; в — распределительные

рующий взаимосвязь системообразующих, питающих и рас-

пределительных сетей. На мощных электростанциях ЭС1

и ЭС2 электроэнергия трансформируется с повышением ге-

нераторного напряжения (t/

i =

кВ,

С/

НО

м2

= 20 кВ) до

500 кВ. Подстанции ПС1 и ПС

2—

повышающие. Системой

образующая сеть состоит из линий сверхвысокого напря-

жения 12, 14 и 24. (Линию, связующую узлы 1 и 2, будем

обозначать двойным номером 12, как это делается при ко-

дировании сети на ЭВМ). Линия 12 — связь между ЭС1

и ЭС2, линии 14 и 24 предназначены для выдачи электро-

энергии от ЭС1 и ЭС2. На подстанции системообразую-

щей сети ПС4 электроэнергия трансформируется на

£/

ом

= 220 кВ и поступает в питающую сеть. На станции не-

большой мощности ЭСЗ электроэнергия сразу трансформи-

руется на 220 кВ и поступает в питающую сеть. Питающие

сети содержат большей частью замкнутые контуры, что по-

2—237

18 Введение

вышает надежность электроснабжения потребителей. Ши-

ны низкого и среднего напряжения районной подстанции

ПС7 являются центрами питания (ЦП) распределитель-

ных сетей

6—35

кВ. Районные подстанции ПС4, ПС5, ПС6

образуют также ЦП распределительных сетей 10 кВ, ко-

торые условно показаны на рис. В.2 стрелками, направлен-

ными от шин ЦП.

От ЦП распределительных сетей электроэнергия либо

подводится к распределительным пунктам (РП) электриче-

ских сетей и далее распределяется на том же напряжении

между электроустановками потребителей, либо поступает

в трансформаторные подстанции (ТП), где трансформиру-

ется на низкие напряжения и после этого распределяется

между отдельными потребителями. Распределительная

сеть,

питающаяся от ЦП9, т. е. от шин 35 кВ ПС7, разомк-

нутая; РП1 и РП2 питаются по линиям 75 и 76. Хотя сеть

567 замкнутая, она обычно работает в разомкнутом режи-

ме (линия 56 разомкнута). Это упрощает эксплуатацию

и повышает надежность работы распределительной сети

(см.

подробнее § 6.11).

На рис. В.2 показан только один из возможных вари-

антов схемы передачи энергии. В действительности от Шин

каждой из подстанций отходит разное число других линий,

условно показанных стрелками. Поэтому сети, особенно пи-

тающие и распределительные, в действительности значи-

тельно сложнее, чем на рис. В.2.

Следует отметить, что в имеющейся технической и учеб-

ной литературе отсутствует единая классификация электри-

ческих сетей. Более того, при классификации сетей исполь-

зуются разнообразные термины. В значительной мере

различия в терминах и классификации объясняются разно-

образием и сложностью электрических сетей.

В ГОСТ 24291—80 ив [10] электрические сети делятся

на системообразующие и распределительные. Кроме того,

в [10] выделяются промышленные, городские и сельские

сети. Назначением распределительных сетей в соответствии

с [10] является дальнейшее распределение электроэнергии

от подстанций системообразующей сети (частично также

от шин распределительного напряжения электростанции)

до центров питания промышленных, городских и сельских

электросетей. Первой ступенью распределительных сетей

общего пользования являются сети 220, 330, 500 кВ, второй

§ В.2

Электроэнергетические системы

электрические сети

ступенью— ПО и 220 кВ; затем электроэнергия распреде-

ляется по сети электроснабжения отдельных потребителей.

Легко убедиться, что термин «распределительные» сети

в [10] имеет тот же смысл, что в вышеприведенном тексте

термин «питающие» сети. Приведенная выше классифика-

ция сетей близка к данной в [10]. Разница в терминах от-

ражена в табл. В.2.

Таблица В.2. Классификация электрических сетей

Литература Используемая терминология

Системообразую-

щие

Питающие

§В.2

Системообразую-

щие

330—

500 кВ

ПО—

220 кВ

Распределитель-

ные

Системообразую-

щие

Распределительные

Сети электроснаб-

[10]

Системообразую-

щие

первой

ступени

второй

ступени

жения отдель-

ных потребите-

лей

[1,5]

Электропередачи

сверхвысокого

напряжения

Райе яшые

Местные

В учебной литературе, например в [1, 5] электрические

сети подразделяются на местные и районные и, кроме того,

на питающие и распределительные. К местным относят се-

ти с номинальным напряжением 35 кВ и ниже, к район-

ным — с номинальным напряжением, превышающим 35 кВ.

Питающей линией называется линия, идущая от ЦП к РП

или непосредственно к подстанции, без распределения элек-

троэнергии по ее длине, например линии 75 и 76 на рис. В.2.

Распределительной линией называется такая, к которой

вдоль ее длины присоединено несколько трансформаторных

подстанций или вводов к электроустановкам потребителей.

Понятия «местная» [1, 5] и «распределительная» (§ В.2)

сети (так же как «районная» [1, 5] и «питающая» в § В.2)