Разработка научно-технических решений по формированию электрической сети 20 кВ мегаполиса тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.02, кандидат наук Майоров, Андрей Владимирович

• Майоров, Андрей Владимирович
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Майоров, Андрей Владимирович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

СЕТИ 20 кВ МЕГАПОЛИСА

1.1 Постановка задачи

1.2 Схемы построения электрических сетей

1.2.1 Схемы построения питающих электрических сетей

1.2.2 Схемы построения распределительных электрических сетей

1.2.3 Схемы построения распределительных электрических сетей за рубежом

1.3 Обоснование и выбор кабельных линий

1.4 Параметры надежности элементов электрических сетей

1.5 Технико-экономические показатели электрических сетей

1.6 Режим нейтралей электрических сетей

1.7 Выводы

ГЛАВА 2 ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И ПАРАМЕТРОВ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ 20 кВ МЕГАПОЛИСА

2.1 Постановка задачи

2.2 Обоснование пропускной способности электрической сети

2.3 Технико-экономические показатели кабельных линий

2.4 Унификация сечений питающих кабельных линий

2.5 Потери мощности в экранах кабелей и выбор способов их заземления

2.6 Характеристики надежности элементов электрических сетей

2.7 Обоснование уровней резервирования электрической сети

2.8 Выводы

ГЛАВА 3 ОБОСНОВАНИЕ РЕЖИМА НЕЙТРАЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ 20 кВ МЕГАПОЛИСА

3.1 Постановка задачи

3.2 Обоснование схемы подключения резисторов заземления нейтрали

3.3 Обоснование и выбор параметров резисторов заземления нейтрали

3.4 Обеспечение электробезопасности в сетях с резистивным заземлением нейтрали

3.5 Выбор параметров срабатывания релейной защиты от замыканий на землю

3.6 Выводы

ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМА НЕЙТРАЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ 20 кВ МЕГАПОЛИСА

4.1 Постановка задачи

4.2 Методика проведения экспериментов

4.3 Параметры переходных процессов при однофазных замыканиях на землю

4.4 Параметры переходных процессов при коммутациях кабельной линии вакуумным выключателем

4.5 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка научно-технических решений по формированию электрической сети 20 кВ мегаполиса»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Электрическая сеть 20 кВ появилась в г. Москве в начале 2000-х годов. Это было связано со строительством ММДЦ «Москва - Сити». Потребляемая мощность зданий в нем оценивалась на уровне 15 - 30 и более МВт. Вследствие чего отечественные специалисты (Н.И. Серебряников, A.A. Митяев, A.C. Свистунов, С.Н. Тодирка и др.) в начале 90-х годов прошлого столетия склонились к введению более высокой, чем 10 кВ, ступени напряжения распределительной сети.

При принятии решений был учтен опыт западноевропейских стран (в первую очередь - Франции, R. Pelissier и др.), где электрические сети 20 кВ представлены широко уже со второй половины прошлого века [1,2].

В данном контексте так же необходимо упомянуть крупных специалистов в области систем электроснабжения городов, таких как R.E.Brown, J.J. Burke, Т. Gonen, D.E. Nordgaard, A.J. Pansini, F. Pilo, R. Prata, T.A. Short и др. [3 - 8] Отметим, что комплексная схема ММДЦ «Москва -Сити» разрабатывалась ОАО «Институт «Энергосетьпроект» и ГУЛ «Моспроект - 2».

Ради исторической полноты: в бывшем СССР электрические сети 20 кВ имелись в Латвии. Вернее, первые линии 20 кВ построили в начале 30-х годов прошлого столетия, т.е. до вхождения в состав СССР. Однако с 80-х годов основной упор в республике был сделан на развитие сетей 10 кВ. Кроме того, в 70-х - 80-х годах в Коми АССР введено в эксплуатацию ограниченное количество электроустановок 20 кВ. Они не получили в последующем должного развития. Сооружались воздушные линии, которые не применимы в мегаполисе. Сказанное можно отнести к историческим эпизодам, не связанным с внятной технической политикой формирования сети 20 кВ.

При этом первое, встреченное автором, технико-экономическое обоснование целесообразности применения напряжения 20 кВ (в сравнении

с 10 и 35 kB) в системах электроснабжения г. Москвы датировано 1962 г. [9].

По-настоящему массовое строительство электрической сети 20 кВ в г. Москве началось пять лет назад. На первых этапах оно развивалось за счет организации связей - питающих кабельных линий (KJI) 20 кВ - между центрами (ЦП) питания сетей 110 - 220/20 кВ (сейчас их более 20). В эти связи врезались нагрузочные узлы - распределительные пункты (РП) 20 кВ. К ним, в свою очередь, подключались трансформаторные подстанции (ТП) 20/0,4 кВ, как с использованием соединительных пунктов (СП), так и без них.

Следует отметить, что концентрация мощностей на ограниченных площадях характерна не только для уникальных объектов ММДЦ «Москва -Сити», но и для вновь вводимых многофункциональных, жилых и торгово-развлекательных комплексов; 10 - 20 МВт - типичная мощность, запрашиваемая застройщиками. Подобная тенденция наблюдается и в других крупных городах. Решения по строительству электрических сетей 20 кВ интенсивно прорабатываются в Санкт-Петербурге, Екатеринбурге, а также регионах, где требуется передавать сравнительно высокие для распределительных сетей мощности на относительно большие расстояния (Московская область, Ханты-Мансийский автономный округ).

При формировании электрической сети 20 кВ во внимание также принимались и богатая отечественная практика построения сетей 6 - 10 кВ (A.A. Глазунов, В.А. Козлов, Д.Л. Файбисович, A.A. Федоров и др.) [10 - 12]. Однако сеть 20 кВ имеет свои особенности, в частности, низкоомное резистивное заземление нейтрали. Это влияет на выбор номинальных параметров KJI, параметров срабатывания устройств релейной защиты и автоматики (РЗА), а также сопротивлений заземляющих устройств.

Более того, в наиболее крупных в последние годы обобщениях по проблемам электроснабжения мегаполисов (В.Г. Гольдштейн, Ф.Х. Халилов и др. - см. [13, 14]) электрические сети 20 кВ рассматриваются наряду с сетями иных классов напряжения, т.е. несколько фрагментарно. При этом в должной мере не уделено внимания одному из краеугольных вопросов

в рассматриваемой предметной области: обоснованию и выбору структуры и параметров этой сети.

Материалы диссертации использованы при формировании технической политики построения опорной электрической сети 20 кВ г. Москвы. На основании ее было запроектировано, построено и введено в эксплуатацию свыше 900 км питающей сети соответствующего класса напряжения для технологического присоединения потребителей. Вновь созданная сеть уже сейчас охватывает всю территорию г. Москвы и создает возможность развития деловой, транспортной, жилищной и коммунальной инфраструктуры города.

При реализации программы строительства сети 20 кВ ряд решений принимался на основании инженерного опыта, аналогов, предпроектных проработок, а в ряде случаев - на волевых решениях. Накопленный опыт, его анализ и обобщение позволили подойти к выработке научно обоснованных рекомендаций по построению систем электроснабжения крупных городов, что представляет собой актуальную проблему электроэнергетической отрасли.

Цель и задачи работы. Целью работы являлась разработка научно-технических решений по формированию структуры и параметров электрической сети 20 кВ мегаполиса.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

- выявлены статистические закономерности в условиях прокладки питающих КЛ (ПЕСЛ) 20 кВ, существенно влияющих на их пропускную способность, что дало возможность корректно подойти к обоснованию и выбору параметров КЛ в системах электроснабжения;

- разработан метод оценки относительных потерь активной мощности в экранах кабелей 20 кВ, что позволило исключить данный фактор из числа основных влияющих и тем самым - заметно упростить расчетные условия обоснования и выбора параметров КЛ в системах электроснабжения;

- получены эксплуатационные характеристики надежности элементов электрической сети 20 кВ, что позволило произвести оценку надежности системы электроснабжения крупного объекта и сформулировать предложения по способам резервирования таких систем;

- предложен метод обоснования и выбора параметров резисторов для заземления нейтрали электрической сети 20 кВ, позволяющих обеспечить селективное отключение однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) и эффективное снижение перенапряжений при приемлемых значениях сопротивлений заземляющих устройств;

- проведены экспериментальные исследования параметров переходных процессов в сети 20 кВ при различных коммутациях, подтвердившие расчетные значения перенапряжений и определившие характеристики (включая частотный спектр) протекающих при этом токов.

Достоверность основных теоретических положений обеспечивается строгими аналитическими выводами с использованием основных положений теоретической электротехники и математического анализа, детальным анализом основных влияющих факторов, расчетных условий и причинно-следственных связей, выполнением натурных испытаний в действующих электроустановках и сравнением их результатов с расчетными значениями, а так же опытом проектирования и эксплуатации систем электроснабжения 20 кВ мегаполиса на современном этапе.

Научная новизна работы состоит в решении научно-технической задачи, имеющей существенное значение для электроэнергетической отрасли и заключающейся в разработке научно обоснованных рекомендаций по построению систем электроснабжения городов на современном этапе, а именно:

1. Уточнены расчетные условия обоснования и выбора номинальных параметров КЛ с учетом особенностей их прокладки в мегаполисе.

2. Обоснован метод оценки потерь активной мощности в экранах

кабелей, а также влияние этих потерь на выбор параметров КЛ.

3. Определены характеристики надежности элементов электрической сети 20 кВ, до сих пор отсутствовавшие в отечественной практике.

4. Предложен оригинальный подход к оценке надежности системы электроснабжения 20 кВ крупного объекта, позволивший сформулировать принципы резервирования таких систем.

5. Разработан метод обоснования и выбора сопротивлений резисторов для заземления нейтрали электрической сети 20 кВ, позволяющий дифференцированно подойти к порядку установки резисторов в схемах с различной структурой и параметрами.

6. Проведены экспериментальные исследования переходных процессов при однофазных замыканиях на землю в действующих электроустановках 20 кВ, что позволило подтвердить основные расчетные параметры (значения токов и кратностей перенапряжений) и дало возможность сформулировать ряд практических требований к резисторам заземления нейтрали.

Практическое значение и внедрение.

1. Примененный комплексный подход к решению поставленных задач и полученные на его основе научно обоснованные рекомендации позволяют наиболее рационально с позиций надежности и экономичности подойти к формированию электрической сети 20 кВ мегаполиса.

2. Сформулированные в диссертации практические рекомендации использованы в АО «Объединенная энергетическая компания» при разработке технической политики формирования этой сети и реализованы в повседневной практике электросетевого строительства в г. Москве.

Основные положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся результаты работы, составляющие научную новизну и относящиеся к специальности 05.14.02 - «Электрические станции и электроэнергетические системы» в части пунктов «Разработка методов анализа и синтеза систем

автоматического регулирования, противоаварийной автоматики и релейной защиты в электроэнергетике» (п. 9 паспорта специальности), «Теоретический анализ и расчетные исследования по транспорту электроэнергии переменным и постоянным током, включая проблему повышения пропускной способности транспортных каналов» (п. 10) и «Разработка методов анализа структурной и функциональной надежности электроэнергетических систем и систем электроснабжения» (п. 11):

1. Расчетные условия обоснования и выбора номинальных параметров КЛ 20 кВ.

2. Метод оценки относительных потерь активной мощности в экранах кабелей 20 кВ.

3. Методика оценки надежности системы электроснабжения 20 кВ.

4. Метод обоснования и выбора параметров резисторов для заземления нейтрали электрической сети 20 кВ.

Апробация работы. Основные научные положения и результаты докладывались и обсуждались на следующих конференциях: международном научном семинаре им. Ю.Н. Руденко «Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики» (г. Минск, 2015 г.); 1-й и 2-й всероссийских конференциях «Технико-экономические аспекты развития электрических сетей 20 кВ» (г. Москва, 2015 и 2016 гг.).

Публикации. Содержание диссертационной работы нашло отражение в 13 научных работах, в числе которых 8 статей в рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК РФ.

Личный вклад автора в опубликованных работах: [15] - выполнена единолично (глава 2); [16] - постановка эксперимента, анализ экспериментальных данных (глава 4); [17] - постановка задачи, обобщение результатов статистической обработки данных (глава 2); [18] - постановка задачи и вычислительного эксперимента, обобщение результатов расчета (глава 2); [19] - постановка задачи, обоснование параметров срабатывания устройств РЗА (глава 3); [20] - постановка задачи, формирование расчетных

режимов, обобщение результатов расчета.

Объем и структура работы. Диссертация содержит 137 страниц и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 89 наименований и приложения (акта внедрения).

В первой главе проанализированы особенности электрической сети 20 кВ. Рассмотрены существующие подходы к формированию систем электроснабжения городов в стране и за рубежом, а также методы их обоснования и выбора. Выполнена постановка задачи.

Во второй главе исследованы принципы построения электрической сети 20 кВ мегаполиса. Они касались расчетных условий обоснования и выбора кабельных линий, а также учета надежности и экономичности систем электроснабжения.

В третьей главе определены наиболее предпочтительные схемы включения и параметры резисторов заземления нейтралей сети 20 кВ.

В четвертой главе представлены результаты натурных экспериментов по исследованию переходных процессов в действующих электроустановках 20 кВ мегаполиса.

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ 20 кВ МЕГАПОЛИСА

1.1 Постановка задачи

Электрические сети в системах электроснабжения городов обычно делят [10] на питающие и распределительные. Требования, предъявляемые к ним, являются традиционными для сетей любых классов напряжения [9, 21, 22]: надежность, экономичность, удобство эксплуатации, техническая гибкость, экологическая чистота, компактность, унифицированность.

При формировании электрической сети необходимо принимать во внимание большое количество зачастую противоречивых и трудно формализуемых влияющих факторов: особенности потребителей, их мощность, темпы прироста нагрузки, методы и средства обеспечения надежности электроснабжения, технико-экономические характеристики используемого оборудования, вопросы отчуждения земельных участков и т.д. При этом проблема принятия решений особенно обострена в мегаполисах вследствие чрезвычайно стесненных условий, обилия инженерных коммуникаций и жесточайших природоохранных и экологических ограничений.

Таким образом, формирование в г. Москве электрической сети новой ступени напряжения - 20 кВ - в обозримой перспективе будет представлять собой емкую и сложную научно-техническую проблему.

Представленная диссертация охватывает часть этой проблемы. В ней решен ряд принципиальных (причем для электрической сети любого класса напряжения) вопросов обоснования и выбора ее структуры и параметров, а также режима нейтралей. Работа усилена натурными экспериментами в действующих электроустановках 20 кВ. Они расширили представления о режимах работы этой сети, что невозможно восполнить лишь вычислительными экспериментами.

1.2 Схемы построения сетей

1.2.1 Схемы построения питающих сетей

В электрических сетях до 10 кВ широкое применение нашли [10] схемы с параллельной или раздельной работой линий, а также комбинированные схемы. В схемах с параллельной работой, как известно, РП запитан от одного источника питания и поэтому она рекомендована для потребителей лишь второй и третьей категорий. Однако мощность одного РП до 10 кВ в мегаполисе варьируется в диапазоне от 5 до 15 МВт и в его составе неизбежно присутствуют потребители первой категории (грузоподъемные механизмы, оборудование пожаротушения и др.). Поэтому наиболее распространены и предписаны [23] к использованию схемы с раздельной работой линий или комбинированные, с двухсекционными РП с АВР на секционном выключателе и питанием от двух географически разнесенных ЦП.

Как уже отмечалось во введении, при формировании электрической сети 20 кВ в г. Москве был заимствован французский опыт ее построения. Его отличительной особенностью является технология широкого применения СП (рис. 1.1) [2, 24]. В такой сети выключатели устанавливаются только на ЦП и на присоединениях трансформаторов ТП. На других присоединениях предусмотрены лишь выключатели нагрузки.

Необходимо отметить, что решение на рис. 1.1 «слепо» скопировано из зарубежной практики и не подтверждено технико-экономическими обоснованиями. Любое КЗ в столь разветвленной и, по сути, неселективной сети будет отключаться выключателями ЦП. Последнее снизит надежность основных питающих центров мегаполиса, что крайне нежелательно. Кроме того, для быстрой локализации места повреждения в схеме на рис. 1.1 потребуются мощные средства телемеханики ТП, включая ведомственные каналы связи и средства защиты информации. При этом стоимость системы

контроля и управления отдельно взятой ТП становится сопоставимой с затратами на ее строительную часть и оборудование

Условные обозначения:

- - распределительная сеть:

---- питающая сеть:

— - двухтрансформаторная ТП: —Ц— - силовой выключатель: | - выключатель нагрузки.

Рисунок 1.1- Схема сети 20 кВ, построенная на СП

Таким образом, формирование питающей сети 20 кВ без РП (но на базе СП) является далеко не бесспорной посылкой и требует детального, комплексного, технико-экономического обоснования. При этом основными влияющими факторами будут являться вопросы обеспечения надежности электроснабжения потребителей и выбора приемлемой системотехнической части систем контроля и управления, что является относительно самостоятельной научно-технической задачей.

По факту предпочтение отдают комбинированным схемам, т.е. и с РП, и с СП. В [25] именуют «двухзвеньевой», а в [12] - «двухзвенной» схемой (два уровня - звена: питающие и распределительные сети). Соединительные пункты предусматриваются после РП на крупных объектах мощностью 10 -

15 МВт и более, когда ТП территориально сосредоточены в пределах одного технического этажа или на разных высотных отметках отдельно взятого здания или однородной застройки. Локализация отказов здесь существенно облегчается за счет компактности расположения электроустановок.

1.2.2 Схемы построения распределительных сетей

Распределительные сети городов строятся по петлевой или двухлучевой схеме [10]. Для 20 кВ предпочтение отдают двухлучевой схеме с АВР на стороне 0,4 кВ. В отличие от типовой схемы с двумя источниками питания (рис. 1.2, а) в мегаполисе используется усовершенствованная (рис. 1.2, б) схема с четырьмя источниками питания, именуемая еще встречной двухлучевой схемой.

В схеме на рис. 1.2, б двухцепная КЛ замыкается на второй ЦП, которым чаще всего оказывается другой РП. Каждая секция РП является независимым источником питания. В ТП, как правило, устанавливаются четырехмодульные моноблоки по типу ИМ - 6 с выключателем на трансформаторном присоединении и секционной перемычкой (на рис. 1.2 не показано). Прочие присоединения оснащены выключателями нагрузки.

Стремление эксплуатационного персонала к схеме на рис. рис. 1.2, б объяснимо. С позиций надежности каждую цепь КЛ желательно разместить в индивидуальной траншее на расстоянии не менее 1 м друг от друга. Часто такое не удается выполнить из-за чрезвычайно стесненных условий в мегаполисе: обе цепи укладываются в одну траншею с установкой между ними несгораемой перегородки.

Известно, что наибольшая доля аварий на КЛ в городах происходит по вине сторонних организаций или персонала. К примеру, порыв экскаватором сразу нескольких параллельных линий. Схема на рис. 1.2, б позволяет в отличие от схемы на рис. 1.2, а восстановить электроснабжение

потребителей через время оперативных переключений - 1 - 2 ч, а не через время восстановления КЛ, которое на порядок больше.

20 кВ

20 кВ 20 кВ

Рисунок 1.2 - Типовая (а) и усовершенствованная (б) двухлучевая

схема

Лишь на первый взгляд переход от схемы на рис. 1.2, а к схеме на рис. 1.2, б требует значительно более высоких материальных и финансовых затрат. По статистике [23] средняя длина питающей КЛ 6 - 20 кВ в г. Москве - 3 - 4 км. То есть РП по территории распределены довольно насыщенно вследствие высокой плотности нагрузки. В двухлучевую схему «врезается» обычно несколько ТП 6 - 20/0,4 кВ (4 - 6 и более). Поэтому перемычка от «хвостовой» ТП до нового ЦП (преобразование схемы на рис. 1.2, а в схему на рис. 1.2, б) по факту не может быть протяженной и затратной. Признаем,

что все сказанное выше является умозрительным заключением, принятым практикой эксплуатации, но не подтвержденное строгими технико-экономическими обоснованиями.

1.2.3 Схемы построения распределительных электрических сетей за рубежом

В разд. 1.2.1 и 1.2.2 отмечены лишь некоторые отличительные особенности отечественной и зарубежной, преимущественно западноевропейской, практики формирования схем электрических сетей мегаполисов. Однако при ее детальном рассмотрении расхождения становятся более явными, что потребовало отдельного рассмотрения.

Известно, что деление электрических сетей на питающие и распределительные (двухзвенная архитектура - см. разд. 1.2.1) характерно только для отечественных условий. В западноевропейских странах избегают применения питающих сетей. Они формируются без РП, т.е. на базе распределительных сетей, о чем упоминалось еще в работе [12]. Аналогичные предложения высказывались применительно и к отечественной практике [10, 11], что было также регламентировано в руководящем документе [26]. Однако каких-либо практических подвижек в этом направлении до сих пор не произошло.

Другая отличительная особенность кроется в широком использовании в западноевропейских странах однотрансформаторных как ЦП, так ТП 20/0,4 кВ.

Так, на рис. 1.3 приведена схема электрических сетей 20 кВ, являющаяся типовой при формировании системы электроснабжения Парижа [2]. Каждый ЦП (подстанция 225/20 кВ) был однотрансформаторным. Между ЦП прокладывалось восемь магистральных КЛ 20 кВ. Каждая из них состояла из шести кабелей, заводимых под один выключатель.

Резервирование нагрузки ЦП осуществлялось от смежных подстанций. Очевидно, что данное решение является весьма экономичным с позиций затрат на строительство подстанций 225/20 кВ, что однако, требовало их скоординированного ввода в эксплуатацию.

225 кВ 20 кВ

225 кВ

100 МВ -А

Рисунок 1.3 - Схема электрических сетей 20 кВ Парижа

На рис. 1.4 приведены способы подключения ТП 20/0,4 кВ к магистральной КЛ 20 кВ, состоящей из шести кабелей (рисунок заимствован из [2]). Как видно, однотрансформаторные ТП 20/0,4 кВ подключены на ответвлениях (наглухо) к кабелю 20 кВ. На вводе ТП устанавливается выключатель нагрузки. Резервирование потребителей 0,4 кВ, и это один из наиболее принципиальных моментов, осуществляется по замкнутой сети 0,4 кВ. Последнее в России не применялось. Еще в работе [12] отмечалось, что конструктивное исполнение западноевропейских замкнутых и отечественных разомкнутых сетей 0,4 кВ существенно отличается. Замкнутая сеть 0,4 кВ позволяет максимально упростить

распределительную сеть. При этом нередко в западноевропейских странах на вводах 10 - 20 кВ вообще не устанавливаются какие-либо коммутационные аппараты [12].

Рисунок 1.4 - Принципиальная схема электрических сетей 20 и 0,4 кВ Парижа: 1 - типовая подстанция 20/0,4 кВ; 2 - линейный выключатель; 3 -половина магистральной линии 20 кВ; 4 - потребитель, подключаемый на напряжении 20 кВ; 5 - разветвленная сеть 0,4 кВ; б - распределительные коробки сетей 0,4 к В (на углах улиц); 7 - подключение сетей зданий

Приведенные особенности построения электрических сетей 0,4 кВ за рубежом представляют определенный интерес, однако, по мнению автора, вряд ли возможны к реализации в России в обозримом будущем. Причина кроется в том, что сети 0,4 кВ в нашей стране обычно являются электроустановками потребителей (особенно крупных) и остаются на их

Подстанция С1

225/20 кВ -------------

630 кВ А 20/0,4 кВ

Подстанция С 2 225/20 кВ

балансе и эксплуатации после осуществления технологического присоединения. В таких условиях отсутствуют организационно-технические и правовые предпосылки, мотивирующие конечных потребителей формировать замкнутую сеть 0,4 кВ.

Замкнутая сеть 0,4 кВ характерна и для системы электроснабжения Лондона [12]. Схемы построения распределительных сетей 11 кВ здесь более многообразные [12, 27], в первую очередь - за счет развитых резервных связей с другими подстанциями.

Таким образом, принципы формирования электрических сетей 10 -20 кВ мегаполисов в нашей стране и западноевропейских странах заметно разнятся. Это касается схем и ЦП, и сетей 0,4 - 20 кВ, а также режимов их работы. Ряд зарубежных подходов, таких как упрощение архитектуры ЦП 220 кВ, заслуживают внимания. Вместе с тем, на данном временном промежутке непреодолимые расхождения обнаруживаются в режимах работы сетей 0,4 кВ. Последнее особенно сильно отражается на структуре исследуемых электрических сетей. Однако данная проблематика выходит далеко за рамки поставленных цели и задач диссертационной работы.

1.3 Обоснование и выбор кабельных линий

Выбор электрических аппаратов и проводников проводится по продолжительным режимам и подвергается проверке по условиям кратковременных режимов, определяющим из которых, как правило, является режим КЗ [28].

Различают четыре режима работы электроустановок: нормальный, ремонтные, послеаварийные и аварийные. Аварийные режимы являются кратковременными, остальные - продолжительные.

Сечение КЛ выбирается по экономической плотности тока уэ (или экономическим токовым интервалам) и проверяется по допустимому току.

Значения уэ, рекомендованные [29], в силу известных причин устарели. Поэтому имеются многочисленные предложения [30 - 32 и др.] о нецелесообразности нормированияуэ или о выборе сечений проводников на основании прямых технико-экономических расчетов или допустимой токовой нагрузки /доп.

По мнению автора диссертации, экономические аспекты при обосновании и выборе КЛ являются одними из приоритетных. Согласно [23] при построении опорной электрической сети 20 кВ в г. Москве унифицированы сечения питающих КЛ под максимальную мощность РП на

уровне 15-20 МВт. А именно, применению подлежит одножильный

2

алюминиевый кабель сечением 500 мм с изоляцией из сшитого полиэтилена с медным экраном. В этой связи представляет интерес технико-экономическая обоснованность данного решения.

Обратим внимание, что в наиболее поздних диссертациях выбор сечений кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена выполняется или по тепловым ограничениям [33], или по дисконтированным затратам [34], без учета потерь электроэнергии в экранах КЛ и при не вполне корректном расчетном сроке их эксплуатации 10 лет (реально - не менее 30). Однако (см., к примеру [35]) потери мощности в экранах КЛ могут быть сопоставимы с потерями в жилах.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Майоров, Андрей Владимирович, 2016 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ источников

1. Двадцать пять лет изучения энергосистем Франции / Под ред. М.П. Костенко. - Л.: Энергия, 1977. - 129 с.

2. Пелисье Р. Энергетические системы. - М.: Высшая школа, 1982. - 568 с.

3. Brown R.E. Electrical power distribution reliability. - London - New York: CRC Press, 2008. - 455 p.

4. Burke J.J. Power distribution engineering: fundamentals and applications. -New York - Basel: Marcel - Dekker, Inc., 1994.-357 p.

5. Gonen T. Electrical power distribution engineering. - London - New York: CRC Press, 2014.- 1023 p.

6. Pansini A.J. Electrical distribution engineering. - London - New York: CRC Press, Fairmont Press, 2007. - 535 p.

7. Sallam A.A. Electric distribution systems: planning and utilization. - New York: Wiley - IEEE Press, 2011. - 576 p.

8. Short T.A. Electric power distribution handbook. - London - New York: CRC Press, 2014.-878 p.

9. Вартанов ГЛ. К вопросу о целесообразном напряжении в городских электрических сетях // Принципы построения и развития городских электрических сетей и рационального использования энергии. - Л.: Госэнергоиздат, 1962. - С. 57 - 64.

10. Козлов В.А., Билик Н.И., Файбисович ДЛ. Справочник по проектированию электроснабжения городов. - Л.: Энергоатомиздат, 1986. -256 с.

11. Козлов В. А. Городские распределительные сети. - Л.: Энергоатомиздат, 1982. -224 с.

12. Козлов В.А. Электроснабжение городов. - Л.: Энергоатомиздат, 1988. - 263 с.

13. Современные проблемы электроснабжения мегаполисов / В.Г. Гольдштейн, Ф.Х. Халилов, С.Е. Кокин и др. Под ред. В.Г. Гольдштейна. - М.: Энергоатомиздат, 2015. - 300 с.

14. Халилов Ф.Х., Гольдштейн В.Г., Кузнецов Д.В. Электрические режимы, конструкции и повышение надежности кабелей 6 - 110 кВ с полимерной изоляцией. М.: Энергоатомиздат, 2015. - 168 с.

15. Майоров A.B. Анализ условий прокладки питающих кабельных линий 20 кВ в мегаполисе // Энергобезопасность и энергосбережение. - 2015. - №6. -С. 5-10.

16. Майоров A.B., Челазнов A.A., Ильиных М.В. Экспериментальные исследования переходных процессов при однофазных замыканиях в сети 20 кВ // Вестник ИГЭУ. - 2015. - №6. - С. 23-29.

17. Майоров A.B., Шунтов A.B. О характеристиках надежности элементов электрической сети 20 кВ // Энергобезопасность и энергосбережение. - 2016. - №2. - С. 28-30.

18. Васин В.П., Майоров A.B., Шунтов A.B. Метод определения потерь активной мощности в экранах кабелей распределительных сетей // Электричество. - 2016. - №3. - С. 23-27.

19. Майоров A.B., Ширковец А.И., Валов В.Н. Режим нейтрали и организация релейной защиты от замыканий на землю в сети 20 кВ // Релейная защита и автоматизация. - 2016. №3. - С. 21-28.

20. Майоров A.B., Ширковец А.И. Мировой опыт применения, схемы подключения и конструкции резисторов в электрических сетях 20 кВ // Энергетик. - 2016. - №9. - С. 20 - 26.

21. Справочник по проектированию электрических сетей / Под ред. Д.Л. Файбисовича. - М.: ЭНАС, 2009. - 392 с.

22. Балаков Ю.Н., Мисриханов М.Ш., Шунтов A.B. Проектирование схем электроустановок. - М.: Издательский дом МЭИ, 2006. - 287 с.

23. Постановление Правительства Москвы № 1067-ПП от 14.12.2010 г. «О схеме электроснабжения города Москвы на период до 2020 года (распределительные сети напряжением 6-10-20 кВ)».

24. Плетнев JI. Электросеть для мегаполиса // Новости электротехники. -2004. - №3(27) / [Электронный ресурс]. - URL : http : //www, ne ws. elteh. ru/arh/ 2004/27/09.php.

25. Маслов A.H., Свистунов A.C. Проблемы и особенности построения распределительных сетей крупных городов и мегаполисов // Доклады XII Всемирного электротехнического конгресса, 2011 / [Электронный ресурс]. -URL: http://www.ruscable.ru/article/Problemy i osobennosti postroeniya/.

26. Инструкция по проектированию городских и поселковых электрических сетей. М.: Минэнерго СССР, 1984. - 56 с.

27. Файбисович Д. Распределительная сеть Великобритании. Некоторые типовые решения // Новости электротехники. - 2006. - №1(37) / [Электронный ресурс]. - URL : http : //www, news .elteh. ru/arh/2006/37/05. php.

28. Электротехнический справочник в 4-х т. т 3. Производство, передача и распределение электрической энергии / Под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др. - М.: Издательство МЭИ, 2004. - 964 с.

29. Правила устройства электроустановок. М.: КНОРУС, 2010. - 488 с.

30. Зуев Э.Н. К вопросу об экономической плотности тока в современных условиях // ЭЛЕКТРО. - 2000,- №1. - С. 44 - 47.

31. Буре И.Г., Гусев A.B. Повышение напряжения до 20 - 25 кВ и качество электроэнергии в распределительных сетях // ЭЛЕКТРО. - 2005. - №5. -С. 30-32.

32. Фрайштетер В.П., Мартьянов A.C. Выбор экономически обоснованного сечения проводов и жил кабелей линий электропередачи при проектировании // Нефтяное хозяйство. - 2011,- №4. - С. 117 - 121.

33. Быстров A.B. Разработка методики выбора системы заземления экранов одножильных силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на

напряжение 6-500 кВ: дис. канд. техн. наук. М.: НИУ «Моск. энерг. ин-т», 2014. -92 с.

34. Суворова И.А. Выбор сечений проводников и рациональных напряжений распределительных электрических сетей в современных условия: дис. канд. техн. наук. Киров: Вятск. гос. ун-т, 2015. - 168 с.

35. Дмитриев М.В. Заземление экранов однофазных силовых кабелей 6 -500 кВ. СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2010. - 154 с.

36. Neher J.H., McGrath М.Н. Calculation of the temperature rise and load capability of cable systems // AIEE Transactions. - 1957. - №10. - Vol. 76. - Part 3. -P. 752-772.

37. ГОСТ P МЭК 60287 - 1 - 1 - 2009. Кабели электрические. Расчет номинальной токовой нагрузки. Часть 1 - 1. Уравнения для расчета номинальной токовой нагрузки (100 %-ный коэффициент нагрузки) и расчет потерь. Общие положения. М.: Стандартинформ, 2009. - 29 с.

38. ГОСТ Р МЭК 60287 - 2 - 1 - 2009. Кабели электрические. Расчет номинальной токовой нагрузки. Часть 2-1. Тепловое сопротивление. Расчет теплового сопротивления. М.: Стандартинформ, 2009. - 34 с.

39. Ларина Э.Т. Силовые кабели и высоковольтные кабельные линии. М.: Энергоатомиздат, 1996. -464 с.

40. Навалихина Е.Ю., Труфанова Н.М. Математическое моделирование тепловых и электромагнитных процессов при определении допустимых токовых нагрузок кабельных линий // Известия Томского политехнического универсистета. - 2014. - Т. 325. - №4. - С. 82 - 90.

41. The capacity limitation of power transmission cable lines in the structure of civil and industry engineering networks / V.V. Titkov, S.M. Dudkin, P.D. Tukeev, A.V. Kosorukov // Magazin of civil engineering. - 2014. - №6. - P. 75-73.

42. Надежность систем энергетики и их оборудования. Справочник: В 4-х т./ Под общ. ред. Ю.Н. Руденко. Т.1. Справочник по общим моделям анализа и синтеза надежности систем энергетики/ Под ред. Ю.Н. Руденко,- М.: Энергоатомиздат, 1994. -480 с.

43. Надежность систем энергетики и их оборудования. Справочник: В 4-х т./ Под общ. ред. Ю.Н. Руденко. Т.2. Надежность электроэнергетических систем. Справочник/ Под ред. М.Н. Розанова,- М.: Энергоатомиздат, 2000. -568 с.

44. Короткевич М.А. Проектирование линий электропередачи. Механическая часть. Минск: Высшая школа, 2010. - 574 с.

45. СТО 56947007-29.240.014-2008. Укрупненные показатели стоимости сооружения (реконструкции) подстанций 35-750 кВ и линий электропередачи напряжением 6, 10 - 750 кВ / [Электронный ресурс]. - URL:http://www.fsk-ees.ru/upload/docs/56947007-29.240.014-2008.pdf.

46. Диагностика и мониторинг кабельных сетей среднего напряжения / К.П. Кадомская, В.Е. Качесов, Ю.А. Лавров и др. // Электротехника. - 2000. -№11.-С. 48-51.

47. Кадомская К. П. Перенапряжения в сетях среднего и высокого напряжения. Проблемы внедрения нового силового оборудования // Новости Электротехники. - 2009. - №2(56). - С. 28 - 31.

48. Компенсация емкостных токов в сетях 6 - 10 кВ / В.И. Бойко, В.М. Змиевский, Ф.А. Лихачев, Д.И Панасюк // Электрические станции. - 1978. -№10. - С. 62 - 66.

49. Лихачев Ф.А. Повышение надежности распределительных сетей 6 -10 кВ // Электрические станции. - 1981. - № 11. - С. 51-56.

50. Васюра Ю.Ф. Исследование коммутационных перенапряжений на электродвигателях собственных нужд электрических станций: дис. канд. техн. наук. - Л.: ЛПИ, 1979. - 244 с.

51. Феррорезонансные колебания в воздушных сетях 35 кВ и условия работы трансформаторов напряжения / Д.А. Голдобин, А.П. Заболотников, A.A. Тихонов, Ю.В. Зисман // Промышленная энергетика. - 1991. - № 10. - С. 24-27.

52. Зихерман М.Х. Повреждения трансформаторов напряжения при дуговых замыканиях на землю в сетях 6 - 10 кВ // Электрические станции. -1978.-№11.-С. 65-67.

53. Алексеев В.Г., Зихерман М.Х. Феррорезонанс в сетях 6 - 10 кВ // Электрические станции. - 1979. - №1. - С. 63 - 65.

54. Евдокунин Г. А., Титенков С. С. Феррорезонансные перенапряжения при несимметричных включениях силовых трансформаторов 6 - 10 кВ // Известия РАН. Энергетика. - 2001 - №6. - С. 67 - 76.

55. Мероприятия по защите ТНЕСИ 6 - 10 кВ при дуговых замыканиях на землю / A.A. Жислина, ГА. Миронов, Д.И. Панасюк, Б.М. Фортуль // Электрические станции. - 1982. - №12. - С. 54 - 56.

56. Шапиро И.М. Принципы унификации элементов электрической сети 110-330 кВ. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 176 с.

57. Майоров A.B. Технико-экономические аспекты развития электрических сетей напряжением 20 кВ // ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение. - 2015. - №4. - С. 74-79.

58. Майоров A.B., Шунтов A.B. К обоснованию и выбору параметров кабельных линий 20 кВ в мегаполисе // Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики. Сборник научных статей. Вып. 66. -Минск: БИТУ, 2015. - С. 125-132.

59. Майоров A.B. Опыт эксплуатации и характеристики надежности электрических сетей 20 кВ мегаполиса // ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение. - 2016. - №4. - С. 70-73.

60. Майоров A.B., Шунтов A.B. О потерях мощности в экранах кабелей 20 кВ // ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение. - 2015. - №5. - С. 82 -84.

61. Dhillon B.S. Life cycle costing for engineers. - London - New York: CRC Press, 2010.- 197 p.

62. Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования / Под ред. Б.Н. Неклепаева. - М.: Изд-во ЭНАС, 2001. - 152 с.

63. Непомнящий В.А. Надежность оборудования энергосистем. - М.: Редакция журнала «ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение». - 2013. -196 с.

64. Указания по применению показателей надежности элементов энергосистем и работы энергоблоков с паротурбинными установками. М. : СПО Союхтехэнерго. - 1985. - 19 с.

65. Рекомендации по проектированию и эксплуатации систем электроснабжения новых, расширяемых и реконструируемых нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий / Под ред. В.И. Старостина. - М.: Министерство нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности СССР. - 1983. - 140 с.

66. Анищенко В.А., Колосова И.В. Основы надежности систем электроснабжения. Минск: БИТУ. -2007. - 151 с.

67. Вайнштейн P.A., Коломиец Н.В., Шестакова В.В. Режимы заземления нейтрали в электрических системах. Томск: Изд-во ТПУ, 2006. -119 с.

68. Евдокунин Г. А., Титенков С. С. Внутренние перенапряжения в сетях 6 - 35кВ. - СПб.: Изд-во Терция, 2004. - 188 с.

69. Беляков H.H. Исследование перенапряжений при дуговых замыканиях на землю в сетях 6 - 10 кВ с изолированной нейтралью // Электричество. - 1957. - №5. - С. 31 - 36.

70. Вильгейм Р., Уотерс М. Заземление нейтрали в высоковольных системах. М.: Госэнергоиздат, 1959. -415 с .

71. Лихачев Ф.А. Защита от внутренних перенапряжений установок 3 -220 кВ. М.: Энергия, 1968. - 101 с.

72. Джуварлы Ч.М. К теории перенапряжений от заземляющих дуг в сети с изолированной нейтралью // Электричество. - 1953. - № 6. - С. 18 - 27.

73. Сарин Л.И., Ширковец А.И., Ильиных М. В. Опыт применения резистивного заземления нейтрали в электрических сетях 6-35 кВ // Энергетик. -2009. -№4. С. 13-14.

74. Ильиных М. В., Сарин Л.И., Ширковец А. И. Опыт эксплуатации высоковольтных резисторов типа РЗ в сетях средних классов напряжения // Научные проблемы Сибири и Дальнего Востока, 2008, спец. вып. №1. - Сс. 65 -68.

75. IEEE Std 142 - 2007. Recommended Practice for Grounding of Industrial and Commercial Power Systems.

76. Комплекс программ МАЭС для расчета переходных процессов в сложных электроэнергетических системах: Отчет/ Сибирский НИИ энергетики; рук.темы Наумкин И.Е., отв.исп. Челазнов A.A. - инв.№ 02814009723. -Новосибирск. 1981. -200 с.

77. Применение комплекса программ МАРС-Э для расчета электромагнитных переходных процессов в электрических сетях / И.Е. Наумкин, A.A. Челазнов, A.B. Пятков // Задачи и методы управления энергетическими системами: Межвуз. сборник научн. трудов. Новосиб. электротех. ин-т. Отв. ред. В.М. Чебан, 1982. - С. 64 - 72.

78. ГОСТ Р 52719 - 2007 Трансформаторы силовые. Общие технические условия.

79. ГОСТ Р 54827 - 2011 (МЭК 60076 - 11: 2004) Трансформаторы сухие. Общие технические условия.

80. ГОСТ 12.1.038 - 82. Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов.

81. Verification of earthing global systems / L. Fickert, E. Schmautzer, C. Raunig, M.J. Lindinger // Proceedings on 22nd International Conference on Electricity Distribution CIRED 2013. - Stockholm, 10 - 13 June 2013. - Pap. 0035.

82. Расчет потенциала на заземляющих устройствах подстанций в городских кабельных сетях при однофазных замыканиях на землю / М.С. Артемьев, A.C. Брилинский, О.И. Грунина, Г.А. Евдокунин // Энергоэксперт. -2015.-№1,-С. 26-32.

83. ГОСТ Р 50571-4-44-2011. Требования по обеспечению безопасности. Защита от отклонений напряжения и электромагнитных помех.

84. European Standard EN 50522 - 2011. Earthing of power installations exceeding 1 kV a.c.

85. ГОСТ P 50571.18 - 2000 (МЭК 60364 - 4 - 442 - 93) 4.4. Требования по обеспечению безопасности. Раздел 442. Защита электроустановок до 1 кВ от перенапряжений, вызванных замыканиями на землю в электроустановках выше 1 кВ.

86. Резистивное заземление нейтрали в сетях 6-35 кВ с СПЭ-кабелями. Подходы к выбору резисторов и принципам построения защиты от ОЗЗ / А. И. Ширковец, JI. И. Сарин, М. В. Ильиных и др. // Новости Электротехники. -2008. - №2. - С. 3-6.

87. Положение о технической политике ОАО «ОЭК», утв. приказом генерального директора ОАО «ОЭК» от 24.10.2012, №181.

РД 34.20.179. Типовая инструкция по компенсации емкостного тока замыкания на землю в электрических сетях 6-35 кВ/ [Электронный ресурс]. -URL:http://doc-baza.ru/sites/default/files/rd-34-20-179.pdf.

89. Майоров А.В., Челазнов А.А. Переходные процессы при проведении коммутаций в сети 20 кВ // ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение. - 2016. - №3. - С. 60-65.