Технические науки/5. Энергетика

К.т.н. Виноградов А.В., инж. Виноградова А.В.

Орловский государственный аграрный университет, Россия

Принципы развития электрических сетей, новый подход

В России развитие электрических сетей началось в конце 19-го века. Быстрый рост их наблюдается с принятия плана ГОЭЛРО в 1920 году. Вполне обосновано возникшее тогда определение: «электрификация - широкое внедрение в народное хозяйство электрической энергии, вырабатываемой централизованно на электростанциях, объединенных линиями электропередачи в энергосистемы. Электрификация позволяет правильно использовать природные энергетические ресурсы, более эффективно размещать производительные силы, механизировать и автоматизировать производство, увеличивать производительность труда». Во многом именно применение электрических сетей, электрификации, как связующего все виды ресурсов элемента, позволило обеспечить активное развитие экономики СССР после гражданской войны. Как же происходило и происходит до сих пор развитие сетей? Используются несколько принципов, первый из которых – главенство экономических показателей, а именно –минимум приведенных затрат на сооружение линий. Следствие – линии строятся главным образом «по прямой», от пункта А до пункта Б. Это приводит к тому, что сети не имеют четкой планировки, растут сумбурно, непоследовательно. Энергосистема как бы самообразуется, не имея четкого плана, стратегии, объединяющей возникновение и существование линии всех классов напряжения. Начало такому принципу заложено всё в том же ГОЭЛРО. Для примера на рисунке 1 представлена схематическая карта Туркестана с нанесением районных электрических станций первой очереди.

Верный для своего времени принцип минимума затрат в настоящее время приводит, фактически, к их увеличению (чтобы построить новую линию необходимо выполнить массу пересечений с линиями существующими, что, безусловно, увеличивает затраты на сооружение). Кроме этого, из-за сложности конфигурации, возникают проблемы расчета режимов работы сетей, определения потерь электроэнергии в них.

Рисунок 1 - Схематическая карта Туркестана с нанесением районных электрических станций первой очереди, в соответствии с планом ГОЭЛРО.

Второй принцип – расположение питающих центров в центрах нагрузки (рисунок 2). Следствия подобного принципа:

- неравномерная плотность сетей по местности, а значит, неравномерные возможности использования электроэнергии. Трудности в развитии территорий, стягивание ресурсов в один центр, вымирание менее крупных населенных пунктов;

- связи между питающими центрами одного уровня осуществляются, как правило, по сетям более низкого класса напряжения, чем класс линий, связывающих данные центры с питающими центрами более высокого уровня. Например, ПС с высшим напряжением 35 кВ связаны, как правило, между собой через ВЛ (КЛ) 10 кВ. Это приводит к снижению надежности и пропускной способности сетей в случае необходимости обеспечения резерва;

- привязка центра нагрузки к одной точке, формирование категорийности нагрузки. В то же время при развитии частного бизнеса определение потребителей по категориям должно диктоваться желанием самого потребителя. Более того, в дальнейшем такое деление вообще исчезнет, поскольку каждому физическому или юридическому лицу должна быть представлена одинаковая возможность пользования электроэнергией, каждый имеет право на бесперебойное электроснабжение. Тем не менее, в существующей энергосистеме отсутствует оперативная возможность обеспечения необходимого уровня надежности электроснабжения и выдачи потребителю необходимой мощности в любой точке местности;

- фактический уход со временем центра нагрузок в новую точку вследствие появления новых потребителей, укрупнения, исчезновения старых;

-перерасход материалов на проводники, связанный с «возвратом» по территории сетей более низкого класса напряжения.

Рисунок 2 – Развитие сетей по варианту с центрами нагрузок. ПЦ – питающий центр.

В итоге применения указанных выше принципов, сети, к примеру, Орловской области имеют вид, приведенный на рисунке 3.

Рисунок 3 – Карта- схема электрических сетей Орловской области.

Приведенные недостатки не столь заметны при малых размерах энергосистем и резко обостряются после прохождения системами определенной критической точки роста. Очевидно, что дальнейшее развитие энергетики нерационально осуществлять с применением описанного выше подхода к строительству сетей.

С целью повышения надежности электроснабжения применяются схемы с использованием так называемых колец (обычно по напряжению 110 кВ и выше). Пример кольца г. Орла приведен на рисунке 3. Этот вариант реализуется в основном для электроснабжения городов, территорий с развитой промышленностью. В этом случае нагрузка располагается внутри такого кольца. Схема более надежная, но она не может достаточно проявить свои преимущества из-за того, что питаются от неё сети, выполненные по приведенным выше двум принципам,

Представляется, что следующим этапом развития энергосистем должно стать создание электрических сетей, построенных по перекрестному (меридианно-параллельному) принципу. Пример такой сети приведен на рисунке 4.

Рисунок 4 – Пример перекрестной (меридианно-параллельной) схемы электроснабжения территорий.

Рисунок 5 - Пример выполнения схемы электроснабжения по стороне 10 кВ от ТП 35/10 кВ с обеспечением резервирования от соседних ПС. СВ с АВР – секционирующий выключатель с функцией АВР.

Предлагаемая схема развития энергосистем обладает на порядок более высокой надежностью по сравнению с существующими, что позволяет обеспечить всем потребителям равные возможности в получении электроэнергии. Схема позволяет прогнозировать развитие сетей, более просто производить их реконструкцию (при необходимости).

Подобным образом располагаются линии вплоть до самого высокого класса напряжения. При необходимости уплотнения сетки (если требуется питать крупные нагрузки) часть распределительных сетей заменяется на сети более высокого напряжения (выполняется «глубокий ввод»). При отсутствии на момент сооружения сетей нагрузок в той или иной местности строительство идет в последовательности: сети высшего класса напряжений (магистральные), затем районные, затем, при появлении нагрузок – распределительные.

Предложенная схема выполнена по принципу оптимального соотношения напряжения сети к её протяженности (1 кВ напряжения соответствует 1 км длины линии), с некоторым уплотнением при повышении напряжения.

В частности, на рисунке 5 все линии 10 кВ имеют длину 10 км. Отметим, что в Орловской области существуют на сегодня линии 10 кВ протяженностью более 50-ти км, что не позволяет обеспечивать подключенным к ним потребителям ни необходимую надежность электроснабжения, ни качество электроэнергии.

Представленная на рисунке 4 схема – только один из вариантов построения перекрестных сетей. В ней могут применяться сети других классов напряжения, например, вместо 35 кВ –20 кВ (или 20 кВ вместо 10 кВ). При этом требуется некоторая коррекция расстояний между линиями и ПС. Как уже упоминалось, может производиться дополнительное «уплотнение» схемы по напряжению, с целью передачи большей мощности. Безусловно, требуется проведение глубокой экономической оценки предложенного варианта, но, такая оценка должна быть проведена не только с позиций минимума затрат на сооружение линий, а ещё и с точки зрения максимальной эффективности систем электроснабжения, с точки зрения перспектив равноправного развития территорий, равных возможностей для потребителей в получении электроэнергии. Немаловажно и значительное повышение энергетической безопасности регионов.

Возможно повышение эффективности существующих систем электроснабжения за счет максимального приведения их к предложенной схеме, причем без вывода из эксплуатации существующего оборудования, линий.

Для перехода к новому построению схем электрических сетей требуется решить ряд задач:

- провести технико-экономическое сравнение существующих и предлагаемой схем электроснабжения с указанных выше позиций;

- разработать серии нового электрооборудования, ПС, РП и т.д., необходимых для реализации предлагаемой схемы;

- разработать принципы секционирования, резервирования, автоматизации в предложенной схеме;

- разработать принципы диспетчерского управления работой электростанциями, ПС, линиями в предложенной схеме;

- разработать нормативные, правовые документы для проектирования, строительства, эксплуатации и утилизации электрических сетей по предложенной схеме.

В настоящей работе изложен только общий подход к созданию новых систем электроснабжения, необходим ещё его анализ, дальнейшее усовершенствование, определение возможных проблем в реализации.

Литература

1. План электрификации РСФСР.-М.: Государственное издательство политической литературы, 1955 г., 660с.