Схемы электрических сетей городов

В городах нашей страны сосредоточена большая часть потребителей электроэнергии: электропотребление в них составляет около 75 % (включая промпредприятия, расположенные на территории городов). Это предопределяет существенное влияние схем электроснабжения городов на общее построение электрической сети.

Города характеризуются высокой плотностью электрических нагрузок (от 2 до 40 МВ·А/км²) и большим количеством потребителей, расположенных на ограниченной площади. Это создаёт специфические условия, для которых проектируется схема электроснабжения.

Крайне ограниченная территория и стеснённые условия для выбора трасс воздушных линий и площадок подстанций, повышенные архитектурно-эстетические требования к сооружаемым элементам сети диктуют необходимость применения простых схем подстанций, сооружения закрытых подстанций, двухцепных ВЛ и кабельных линий (КЛ). Значительная стоимость КЛ 110-220 кВ (в 12-15 раз выше, чем ВЛ) предопределяет их использование только в центральной части крупнейших городов. Воздушные линии и узловые подстанции следует располагать в пригородной зоне.

Большая концентрация электрических нагрузок, решающая роль электроэнергии в обеспечении нормальной жизнедеятельности города требуют высокой надежности электроснабжения. Электроприемники или их комплексы, а также отдельные потребители, при внезапном прекращении электроснабжения которых возникают опасность для жизни людей и нарушение работы особо важных элементов городского хозяйства, относятся к первой категории.

Проектирование схемы электрических сетей города должно выполняться с выявлением очередности развития на срок не менее 10 лет. Необходимо учитывать генеральные планы развития городов, которые выполняются на перспективу 25-30 лет.

Городские электрические сети классифицируются на: электроснабжающие сети 110 кВ и выше; питающие и распределительные сети 10(6) кВ. В качестве основного напряжения для городских сетей среднего напряжения в нашей стране принято 10 кВ. Аналогичная рекомендация принята МЭК для всех стран. В тех городах, где имеются сети 6 кВ, они, как правило, переводятся на напряжение 10 кВ.

Принципиальным вопросом построения схемы электроснабжения города является наивыгоднейшее число трансформаций энергии, т.е. количество её преобразований между напряжениями 110 и 10 кВ. Практика проектирования показывает, что введение промежуточного напряжения 35 кВ увеличивает капиталовложения и потери в сетях. Это является причиной отказа от его применения в проектируемых системах электроснабжения городов и ликвидации сетей этого напряжения в тех городах, где они существовали ранее. Таким образом, для городских сетей следует считать предпочтительной систему электроснабжения 110/10 кВ. К аналогичным выводам в результате многочисленных исследований пришли зарубежные специалисты.

Для электроснабжения крупных и крупнейших городов используются также сети напряжением 220 кВ и выше. С учетом сказанного, электроснабжающие сети условно делятся на:

- сети внешнего электроснабжения - линии 220 кВ и выше, обеспечивающие связь системы электроснабжения города с внешними энергоисточниками, и подстанции 220 кВ и выше, от которых питаются городские сети 110 кВ, а также линии 220 кВ и выше, связывающие эти подстанции;

- сети внутреннего электроснабжения - линии 110 кВ и подстанции 110/10 кВ, предназначенные для питания городских сетей СН (10 кВ); в отдельных случаях применяются глубокие вводы 220/10 кВ, которые также относятся к сетям внутреннего электроснабжения.

Выбор схемы электроснабжающей сети зависит от конкретных условий: географического положения и конфигурации селитебной территории города, плотности нагрузок и их роста, количества и характеристики источников питания, исторически сложившейся существующей схемы сети и др. Выбор производится по результатам технико-экономического сопоставления вариантов.

Разработана идеальная схема электроснабжения города, удовлетворяющая приведенным выше требованиям к рациональной схеме. Схема базируется на системе напряжений 110/10 кВ. Сеть 110 кВ выполняется в виде двухцепного кольца, охватывающего город и выполняющего роль сборных шин, которые принимают энергию от центров питания (ЦП) - местных электростанций или подстанций 220 кВ, расположенных на окраине или за пределами города. Электроснабжающая сеть города является звеном энергетической системы района. Глубокие вводы в районы с высокой плотностью и этажностью застройки выполняются кабельными линиями 110 кВ. Пропускная способность кольца 110 кВ должна обеспечивать перетоки мощности в нормальных и послеаварийных режимах при отключении отдельных элементов сети. Для более благоприятного распределения мощности в кольце следует чередовать присоединение ЦП к сети 110 кВ и подстанций 110/10 кВ.

Пропускная способность сети 110 кВ может увеличиваться за счет «разрезания» кольца и подключения его к новым ЦП и за счет увеличения количества линий 110 кВ, т.е. повторения кольца с прокладкой линий по новым трассам и присоединения к ним новых подстанций 110/10 кВ. Присоединение сети 110 кВ кольцевой конфигурации к новым ЦП позволяет менять направление потоков мощности в ней, увеличивая пропускную способность без реконструкции.

Городские СЭС состоят из трех-четырех структурно-иерархических уровней.

Первый уровень - снабжающие сети 35,110 кВ, а для крупных городов - 220 кВ. Построение сети 35,110 кВ в значительной степени зависит от размера города. Для малых городов и поселков городского типа характерно наличие одной понизительной ПС, имеющей, как правило, двустороннее питание и два трансформатора. Схема сети 35,110 кВ среднего города состоит из нескольких ПС 35,110 кВ, присоединенных к одной или нескольким линиям с двусторонним питанием. Эти ПС образуют внешнее кольцо электроснабжения. Они представляют собой независимые источники питания для потребителей, поскольку отказ любого из участков линии 35,110 кВ приводит к обесточиванию лишь одной ПС. В больших городах внешнее кольцо состоит из линий и ПС более высоких напряжений - 220, 330 кВ, которые питают ПС напряжением 35,110 кВ. Для больших городов характерно сооружение глубоких вводов, когда понизительная ПС 110,35 кВ сооружается по упрощенной схеме вблизи центров нагрузки; при этом сокращаются капиталовложения в сети 6,10 кВ, уменьшаются потери электроэнергии и повышается надежность электроснабжения.

Второй уровень - питающие сети 6,10 кВ, представляющие собой ЛЭП, которые отходят от шин центров питания (ЦП) и подают электроэнергию на РП без присоединения к ним других потребителей. Питающая сеть не является технологически необходимым структурным уровнем в СЭС. Однако применение питающей сети имеет ряд преимуществ: возможность поэтапного развития сети без привлечения больших дополнительных капиталовложений; более простую организацию обслуживания; увеличение надежности электроснабжения потребителей за счет сокращения количества отключенных потребителей и времени поиска поврежденного оборудования.

Рис. 3.8. Схема сети 110-330 кВ кольцевой конфигурации для электроснабжения крупного города