Городские электрические сети доклад
Обновлено: 02.07.2024
2. Надежность электроснабжения городовопределяется категорийностью электроприемников:
К I категории относится электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, нарушение функционирования особо важных элементов городского хозяйства, их мощность составляет 10-15% суммарной мощности всех потребителей – это: электроприемники лечебно-профилактических учреждений операционные и родильные отделения больниц, котельные первой категории, электродвигатели сетевых и питательных насосов котельных второй категории, водопроводные и канализационные станции, телевизионные станции, ретрансляторы, лифты, музеи государственного значения, центральные диспетчерские пункты электрических и тепловых сетей, сети газоснабжения и наружного освещения. Правительственные здания и учреждения относятся к особой группе электроприемников I категории.
Ко II категории относятся электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к нарушению нормальной деятельности значительного количества городских жителей, их мощность составляет 40-50% суммарной мощности – это: учебные заведения, медицинские учреждения, аптеки, жилые дома с электроприемниками для приготовления пищи и количеством квартир более 8, дома в 6 и более этажей, общежития, диспетчерские пункты районов и микрорайонов .
III группа – все остальные электроприемники, не относящиеся к I и II категориям.
(Городская электрическая сеть представляет собой комплекс электроснабжающих сетей напряжением 35-110 кВ и выше, распределительных сетей напряжением 6-20 кВ, содержащих ТП и линии, соединяющие ЦП с ТП и ТП между собой, а также выводы к потребителям и распределительные сети напряжением 0,4 кВ.)
Электроприемники I категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервируемых источников питания, их перерыв в электроснабжении может быть допущен лишь на время автоматического ввода резервного питания. Независимым источником питания могут быть две секции или системы шин одной либо двух электростанций и подстанций.
Электроприемники II категории рекомендуется также обеспечивать электроэнергией от двух независимых взаимно резервируемых источников питания. При нарушении электроснабжения от одного из источников питания, перерыв электроснабжения допускается на время, необходимое для включения резервного питания дежурным персоналом или выездной оперативной бригадой. Допускается питание электроприемников II категории по одной воздушной линии, если обеспечена возможность проведения оперативного ремонта этой линии за время не более суток. Допускается питание по одной кабельной линии, состоящей из двух кабелей, присоединенных к одному аппарату. При наличии резерва и возможности замены трансформатора за время не более суток, допускается питание электроприемников II категории от одного трансформатора.
Для электроприемников III категории электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы в электроснабжении, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения не превышают одних суток.
Основными группами потребителей в системах ЭСГ являются:
а) бытовые, коммунальные, административные и другие потребители, располагающиеся на территории жилых районов, характеризующиеся значительными установленными мощностями электроприемников (сотни киловатт).
б) промышленные потребители электроэнергии. В первую очередь это предприятия: пищевой промышленности, строительных материалов, производства тканей и одежды, электроники и приборостроения, хладокомбинаты. Установленная мощность данных потребителей изменяется от 5 до нескольких десятков мегаватт. Мелкие предприятия могут располагаться в жилых районах, крупные в специальных промышленных зонах.
в) потребители электрифицированного городского транспорта питаются по электросетям 6-20 кВ. Расчетные нагрузки подстанций трамваев и троллейбусов находятся в пределах 1-2 МВт. Подстанции узлов пригородного и железнодорожного транспорта, а также метрополитена питаются по локальным линиям напряжением 6-20кВ или более высоких напряжений, их нагрузки составляют от единиц до нескольких десятков МВт.
Назначением систем электроснабжения городов является обеспечение электроэнергией всех технологических процессов коммунально-бытовых, промышленных, транспортных и других потребителей.
В состав систем ЭСГ входят:
1) Источники питания жилых и промышленных зон – это теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) и понижающие подстанции (ПС) 110, 220 и 330 кВ, а также подстанции глубоких вводов (ПГВ) высших напряжений (110 – 220 кВ) на территориях городов.
2) Питающие и распределительные сети средних номинальных напряжений 6-20 кВ, включая распределительные пункты и трансформаторные подстанции напряжением 6-20/0,4 лВ.
3)Внешние и внутренние сети напряжением до 1 кВ жилых, общественных и производственных зданий напряжением 0,4 – 0,22 кВ.
4)Электроприемники всех технологических типов потребителей, расположенных на территории городов.
Электроснабжение городов осуществляется от энергосистем, являющихся внешними источниками. Передача электроэнергии от внешних источников к районным (городским) понижающим подстанциям осуществляется электрическими сетями на напряжении 35—110 кВ и выше. К этой сети присоединяются электростанции, расположенные на территории города. Распределительные устройства 6—10 кВ станций и понижающих подстанций являются центрами питания (ЦП) системы электроснабжения города.
Выбор схем распределения электроэнергии на территории города определяется мощностью потребителей и их категорией по надежности электроснабжения, территориальным размещением и другими конкретными характеристиками питаемых потребителей.
Особенностями городских электрических сетей является их непрерывное развитие, обусловленное ростом электропотребления, появлением нового оборудования, увеличением требований к надежности электроснабжения.
Электрические сети напряжением 6—10 кВ и 0,38/0,23 кВ, находящиеся между центрами питания и вводами 0,38 кВ в жилые дома и к другим потребителям, образуют городскую распределительную сеть. В крупных городах распределительная сеть 6—10 кВ может выполняться в виде двух ступеней (звеньев):
а) питающей сети, состоящей из питающих линий, связывающих ЦП с распределительными пунктами, и распределительных пунктов со
связями между собой (рис. 1.4, 1—2-й уровни);
б) распределительной ашектрической сети общего пользования (рис. 1.4, 2—4-й уровни).
Распределительный пункт питающей сети может являться источником питания или пунктом приема электроэнергии других потребителей, например, промышленного предприятия, что позволяет упростить выполнение внутризаводской электрической сети.
Питающая сеть городской системы электроснабжения, обеспечивающая электроэнергией приемники, как правило, любой категории надежности, в большинстве своем оснащается автоматическим вводом резерва (АВР). Сеть выполняется по радиальным схемам, по которым центры питания с распределительными пунктами связываются параллельно или (и) раздельно работающими линиями [21].
Схемы городских распределительных сетей общего пользования при значительном многообразии их выполнения можно разделить на: а) схемы неавтоматизированной сети; б) схемы с выборочной или полной автоматизацией сети.
Неавтоматизированные сети выполняются по радиальным и магистральным нерезервируемым схемам, применяемым для электроснабжения приемников III категории, а также по петлевым схемам (с петлевыми линиями 6—10 кВ или (и) петлевыми линиями до I кВ), применяемым для питания приемников II и III категории надежности [21]. Петлевой называется линия с возможностью питания е двух сторон.
Отдельные ТП петлевой сети, обеспечивающие питание потребителей с электроприемниками I категории, должны иметь АВР на напряжении 6—10 кВ в основном на базе выключателей нагрузки или на напряжении 0,38 кВ на основе специальных станций управления на базе контакторов. Выполненная таким образом, она называется сетью с выборочной автоматизацией. АВР в каждой ТП обеспечивает полную автоматизацию электрической сети. К полностью автоматизированным относятся двух- и многолучевые сети [21].
За рубежом для электроснабжения городов широкое применение нашли замкнутые сети, базирующиеся на использовании радиальной сети 6—10 кВ в сочетании с сильно развитой, работающей в замкнутом
режиме сетью напряжением 0,38 кВ. Эксплуатация такой сети предъявляет более высокие требования к квалификации обслуживающего персонала.
Сети 0,38 кВ, питающие ВРУ гражданских зданий, в зависимости от ответственности электроприемников выполняются по радиальным и магистральным схемам (рис. 3.4).
Распространенный вариант, при котором одни вводы нескольких ВРУ питаются по магистральной, другие — по радиальной схемам от одной двухтрансформаторной или от двух или более трансформаторных подстанций, представляет собой смешанную схему питания ВРУ.
Начало развития электрических систем в нашей стране было положено планом ГОЭЛРО - планом электрификации России. Его идеи привели к созданию объединенных энергетических систем, в том числе и единой энергетической системы (ЕЭС). Задачу проектирования электрических систем следует рассматривать как задачу развития единой энергетической системы России. При проектировании электрических систем важно учитывать интересы и специфику административных и экономических районов. Поэтому проектирование ЕЭС России должно основываться на учете развития энергосистем и их объединений.
В соответствии с основными положениями Энергетической программы на длительную перспективу в ближайшие два десятилетия намечено завершение формирования ЕЭС страны, сооружение магистральных линий электропередачи напряжением 1150 кВ постоянного тока.
Создание мощных электрических систем обусловлено их большими технико-экономическими преимуществами. С увеличением их мощности появляется возможность сооружения более крупных электрических станций с более экономичными агрегатами, повышается надежность электроснабжения потребителей, более полно и рационально используется оборудование.
Формирование электрических систем осуществляется с помощью электрических сетей, которые выполняют функции передачи энергии и электроснабжения потребителей.
Курсовой проект по дисциплине “Электрические системы и сети” выполняют на четвертом курсе студенты, обучающиеся электроэнергетическим специальностям. Этот проект должен развить у студента навыки практического использования знаний, которые он получил при изучении курса “Электрические системы и сети”. Следующий за теоретическим изучением курса учебный проект завершает работу над этой важной для каждого электроэнергетика дисциплиной. Первые шаги в области проектирования убеждают студента, что полученные знания, умение проводить различные расчеты сетей недостаточны для выполнения проекта. Расчетные задачи решаются по определенным формулам по известной методике на основе необходимых исходных данных. Задачи, которые поставлены в проекте электрической сети, в большинстве случаев не имеют однозначного решения. Выбор наиболее удачного варианта электрической сети производится не только путем теоретических расчетов, но и на основе различных соображений, производственного опыта. Выполнение курсового проекта и дает возможность студенту получить некоторый опыт, развивать проектное мышление, и только после нескольких лет молодой инженер становится полноценным специалистом в области проектирования электрических сетей.
Любой проект электрической сети состоит из двух следующих основных разделов:
1) выбор наиболее рациональных вариантов схем электрической сети и электроснабжения потребителей;
2) сопоставление этих вариантов по различным показателям;
4) расчет характерных режимов работы электрической сети;
5) решение вопросов связанных с регулированием напряжения;
6) определение технико-экономических показателей электрической сети.
Следует учитывать, что к электрической сети предъявляются определенные технико-экономические требования, с учетом которых и производится выбор наиболее приемлемого варианта .
Экономические требования сводятся к достижению по мере возможности наименьшей стоимости передачи электрической энергии по сети, поэтому следует стремится к снижению капитальных затрат на строительство сети. Необходимо также принимать меры к уменьшению ежегодных расходов на эксплуатацию электрической сети. Одновременный учет капитальных вложений и эксплуатационных расходов может быть произведен с помощью метода приведенных затрат. В связи с этим оценка экономичности варианта электрической сети производится по приведенным затратам.
Выбор наиболее приемлемого варианта , удовлетворяющего технико-экономическим требованиям, - это один из основных вопросов при проектировании любого инженерного сооружения, в том числе и электрической сети.
Содержание проекта во многом зависит от вида сети, ее назначения. В учебном проекте в большинстве случаев решаются вопросы электроснабжения района с промышленной и сельской нагрузками от электрической станции или районной подстанции энергосистемы. При реальном проектировании сетей и линий электропередачи рассматривается более обширный круг вопросов.
В частности сюда входят:
1) изыскание трасс и линий электрической сети;
2) разработка схемы сети;
3) выбор номинальных напряжений;
4) расчеты сечений проводов;
5) определение числа и мощности силовых трансформаторов на подстанциях, питающихся от проектируемой сети;
6) электрический расчет сети в основных нормальных и аварийных режимах;
7) выбор способов регулирования напряжения, определение места установки и мощности устройств для регулирования напряжения;
8) расчет конструктивных параметров проводов, опор и фундаментов воздушных линий;
9) определение технико-экономических показателей электрической сети;
10) организация эксплуатации проектируемой работы.
В процессе реального проектирования решают также и ряд других важных вопросов. К ним относятся разработка мероприятий по снижению потерь мощности и энергии в сети, релейная защита, расчет заземляющих устройств подстанций и опор линий, средств по грозозащите линий и подстанций.
1. Характеристика электрифицируемого района и потребителей электроэнергии.
Главной задачей этого раздела является максимально полный подбор исходного материала для дальнейшего проектирования. Исходные данные к курсовому проекту сведены в таблицу 1.1.
Одновременно с ростом городов и плотностей электрических нагрузок росли проблемы развития электроснабжения мегаполисов, обусловленные быстрым темпом увеличения нагрузок, сложившейся застройкой городов и резким повышением категорийности большинства потребителей.
Основные проблемы развития городских сетей в мегаполисах развитых стран удалось преодолеть за счёт разработки комплексных программ электроснабжения, опирающихся на долгосрочные планы развития, с переходом к современным техническим решениям и широкому использованию компактного малообслуживаемого оборудования. Всё это потребовало больших инвестиций в модернизацию городских сетей.
За прошедшие годы часть муниципальных сетей перешла в ведение органов местной власти. В крупных городах, имевших сложившиеся структуры в составе местных АО-энерго, образовались филиалы сетевых районов, входящих в Холдинг МРСК. Строительство и реконструкция распределительных сетей в последние годы велись по остаточному принципу. Не было согласованности в сроках ввода новых мощностей и строительства сетей для выдачи мощности. Использовались хоть и современные, но зачастую не согласованные технические решения, иногда взаимоисключающие. Отсутствовала нормативная база в области технических и схемных решений при развитии сетей среднего напряжения. Технические спецификации и экспертные заключения о новых образцах электротехнического оборудования выдавались сетевым компаниям производителями или их представительствами, что привело к отсутствию независимой экспертной работы в области контроля соответствия технических параметров и совместимости технических решений различных производителей.
КАК ЭТО РАБОТАЕТ СЕЙЧАС
Сложившаяся к настоящему времени практика предусматривает определение объёма полезного отпуска бытовым потребителям (многоквартирные дома) при отсутствии общедомовых приборов учёта по косвенным данным, основанным на полученной выручке гарантирующего поставщика. При этом потери электрической энергии во внутридомовых сетях, коммерческие потери перекладываются на сетевую организацию.
По различным оценкам объём коммерческих потерь в распределительных сетях города Москвы составляет 5—10%.
Сейчас эти потери оплачивают добросовестные потребители, что недопустимо, ни в коей мере не отвечает принципам энергоэффективности экономики и не способствует решению задач энергосбережения.
Стимул для сетевых компаний по снижению технологических потерь в сетях путём внедрения энергоэффективных решений также утрачивается — зачем вкладывать деньги, добиваясь снижения потерь на 1—2—3%, если всё равно этот эффект малозначителен в общем уровне потерь.
ПРОБЛЕМЫ ВЗАИМООТНОШЕНИЙ
Сбытовая компания не имеет доминирующей заинтересованности в максимизации объёмов полезного отпуска потребителям — если что-то недоучтено, то за это заплатит сетевая организация.
Действующих на постоянной основе взаимоотношений сети и потребителя законодательством не предусмотрено, потребителя представляет сбыт. Максимум, что возможно — проверка учёта раз в полгода, при этом легитимный инструментарий для воздействия на потребителя не определён (простейший вопрос — как сети заставить потребителя поверить счётчик?).
ЧТО ДЕЛАТЬ
Требуется законодательное закрепление следующих принципов:
• учёт должен принадлежать сетевой организации;
• учёт должен создаваться по единым правилам (правила коммерческого учёта РРЭ, декларированные ПРР, до сих пор не сформулированы и не приняты) с учётом необходимости автоматизации сбора данных;
• должно быть предусмотрено обременение для владельцев энергопринимающих установок по необходимости размещения средств учёта сетевой организации и обеспечения возможности их обслуживания;
• информация о полезном отпуске должна собираться сетевой компанией, передаваться в сбыт и акцептоваться потребителем посредством оплаты счёта сбыта, сформированного на основании данных сетевой компании.
Возможной альтернативой может служить решение вопроса о создании инфраструктурной организации — Оператора коммерческого учёта (ОКУ) РРЭ, — некоммерческой организации с прямым контролем за её деятельностью со стороны государственных органов.
— Степан Никифорович, Вы более 20 лет трудитесь в должности главного инженера самой большой в России кабельной сети. Многое ли изменилось за это время в электрораспределительной системе столицы?
— За двадцать лет в кабельных сетях поменялось всё. Появились новые технологии и оборудование, изменилась политика и идеология развития. Всё это оказало серьёзное влияние на характер и качество работы энергосистемы. Почти все кабельные сети Москвы спрятаны под землей, что имеет свои преимущества. Нашим сетям не страшны природные катаклизмы — снежные бури, ледяные дожди, ураганы и т.д. Несмотря на то, что кабели проложены в рискованном слое почвы, на глубине 60—80 см, а земля зимой в некоторых местах промерзает до метра, мы довольно успешно и в короткие сроки проводим ремонт. У нас минимальная сводка повреждений кабельных линий — всего 250 из 220 тысяч, проложенных по Москве. Это примерно 0,01%. Раньше доля повреждений составляла порядка пяти тысяч кабельных линий. Это много. Такой уровень повреждений, безусловно, сказывался на надёжности работы сети. Этой проблеме в МОЭСК уделяли огромное внимание и до меня. Мой предшественник, Лев Федорович Плетнёв, был уникальным человеком. Он проработал главным инженером два десятка лет и за это время сделал многое, в том числе провёл полную автоматизацию сетей. Но техника была на таком уровне, что повреждаемость сети оставалась недопустимо высокой — 28 повреждений на 100 км проложенных кабельных линий. Сегодня эта цифра втрое ниже.
— Как удалось добиться таких результатов?
— Каковы особенности электроснабжения такого крупного города, как Москва? Чем в этом смысле мегаполисы отличаются от средних городов?
Ещё одна проблема, которую нельзя не упомянуть в контексте темы электроснабжения мегаполисов, это необходимость применения другого режима заземления нейтрали. То есть вместо изолированной нейтрали должна применяться резистивно заземлённая нейтраль. Уже сделаны необходимые расчёты, которые показали, что наиболее эффективной и экономически целесообразной является именно резистивно заземлённая нейтраль с применением низкоомного резистора. Мы сейчас применяем резистор на 12 Ом. Заземление нейтрали позволяет автоматически отключать линию даже в случае повреждения одной фазы.
— Скажу, наверное, крамольную для профессионального сетевика мысль. Но считаю, идти надо по пути сокращения распредсетей. Пока крупные мегаполисы целесообразно переводить на сети напряжением 20 кВ, что приведёт к сокращению сетевого хозяйства. Но это лишь промежуточный этап. Думаю, что активнее нужно развивать автономные источники энергоснабжения зданий и сооружений. Ведь если посмотреть немного вперед, то мы увидим, что на самом деле у электросетей нет будущего. Со временем распределительные сети станут лишним звеном в системе электроснабжения. Это произойдет не так быстро, но обязательно появятся новые технологии и принципиально новые разработки, способные заменить большое многоступенчатое электросетевое хозяйство компактными и мощными источниками электроснабжения. Я, например, считаю, что особое внимание следует уделить созданию микроатомных электростанций, которые смогут выполнять те же функции, что сегодня выполняет целый комплекс предприятий. Не хотелось бы, чтобы недавняя трагедия на японской АЭС затормозила развитие атомной промышленности. Ведь она способна обеспечить потребителям наиболее надёжное и дешёвое энергоснабжение. Уход от распредсетей — это нормальное развитие, переход на более высокий технологический уровень. Только и всего.
В России существует около 3000 городов и посёлков городского типа, в которых проживает примерно 110 миллионов человек. С помощью городских сетей распределяется половина вырабатываемой в стране электроэнергии, 20% электроэнергии потребляет коммунально-бытовая сфера, из которых 10-12% население. Электрические сети в городах делятся на электроснабжающие (напряжением 110 кВ и выше) и распределительные 0,38 и 6-10 кВ. В качестве основного среднего напряжения в городах сейчас принято 10 кВ (киловольт), имеющиеся сети в 6 кВ постепенно переводят на современный стандарт. Также ранее имела место практика трансформирования напряжения с электроснабжающих 110 кВ до промежуточных 35 кВ, но из-за повышенных денежных затрат и увеличения потерь в сети от такого решения отказались, иногда существующие сети даже переделывают. На данный момент наиболее предпочтительной системой является 110/10 кВ на основе которой разработана наилучшая при нынешних условиях схема электроснабжения города.
Рисунок 2. Современная схема электроснабжения города.
Рисунок 3. Схема электроснабжения протяжённого города: 1 (3) – действующие (намечаемые) ПС 220 кВ; 2 (4) – то же, 110 кВ; 5 (7) – действующие (намечаемые) ВЛ 220 кВ; 6 (8) – то же, 110 кВ.
Изучим подробнее состав городской электрической сети, в него входят: 1) электроснабжающие сети 110 (35) кВ и выше, включая понижающие подстанции, линии и подстанции глубоких вводов; 2) распределительные сети напряжением 10 (6) кВ, включая РП, ТП и линии, соединяющие подстанции и пункты между собой; 3) распределительные сети напряжением до 1 кВ. Под РП подразумеваются распределительные пункты напряжением 10 кВ, предназначенные для распределения энергии по подстанциям, при отключении питающей линии электроснабжение РП может осуществляться от соседнего РП по соединяющей их линии.
Рисунок 4. Радиальная городская замкнутая сеть: ЦП – центр питания, РП – распределительный пункт.
Структурная схема электроснабжения расположенная в начале статьи, имеет упрощённый вид, по условиям надёжности электроснабжения каждый элемент сети имеет резерв, то есть РП питаются от двух или трёх линий, ТП также имеют несколько вводов и механизмы автоматического переключения между ними на случай перерыва в питании. Распределительные сети 10 (6) кВ выполняют по магистральным (петлевым, двухлучевым и замкнутым) и радиальным схемам, при радиальных каждая подстанция питается отдельными линиями, при магистральных к одной линии присоединяют группу трансформаторных подстанций. Радиальные схемы конечно надёжнее, но взамен требуют значительного расхода кабеля и высоковольтной аппаратуры, в крупных городах из-за большого числа приёмников разных категорий используют все виды схем, в малых и средних городах чаще встречаются разновидности магистральных.
Рисунок 5. Магистральная петлевая городская сеть: РП – распределительный пункт, ТП – трансформаторная подстанция.
Читайте также: