Развитие электрических сетей и улучшение энергоснабжения. Основные проблемы развития коммунальной энергетики

Введение
Современные энергосистемы состоят из сотен взаимосвязанных элементов, воздействующих друг на друга. Однако конструкция всей системы от электростанций до потребителей, основанная на характеристиках элементов в решении многих вопросов (выбор ступеней напряжения, цепей, станций, релейной защиты и автоматического оборудования, режимы управления системой, перенапряжение) нереалистична. Поэтому общая глобальная задача должна быть разделена на локальные задачи, которые можно свести к проектированию отдельных элементов системы: станций и подстанций; электрические сети в зависимости от их назначения (региональные, промышленные, городские, сельские); Релейная система защиты и автоматизации и т.д. Однако конструкция должна учитывать основные условия совместной работы элементов, влияющих на конструкцию системы. Особенность проектирования электрических систем и сетей заключается в переплетении технических и экономических расчетов.
Электричество, как наука, сформировалось в конце 70-х годов XX века. Это произошло после появления первых результатов на станциях и силовых сетях, электроосвещения, электросварки. Основные идеи, которые способствовали появлению этой науки, - идея отделения производства электрической энергии от её потребления, и развитие теории передачи.
В обелиске потребителей эти цели включают повышение уровня проектирования, реализации и устойчивого использования высоконадежного оборудования, снижение непродуктивных расходов энергии при передаче и потреблении.
С развитием энергопотребления и комплексной системы энергоснабжения промышленных предприятий. К ним относятся высоковольтная сеть, распределительные сети, а в некоторых случаях и промышленные ТЭЦ. Изменения в производственных процессах, связанные, как правило, с их усложнением, приводят к модернизации и реконструкции систем энергоснабжения.
Главная проблема - создание интеллектуальных систем электроснабжения промышленных предприятий. Она связана с выбором и применением преобразований, Рациональные числа, Выбор и использование рационального напряжения, правильный выбор расположения завода и главных распределительных подстанций, Дальнейшее повышение метапрофессиональных электрических нагрузок, рациональный выбор количества и мощности трансформаторов и силовых цепей и их параметров, Что приводит к снижению потерь энергии, повышению надежности и способствует реализации тотальной оптимизации строительных энергосистем. Принципиально новая формулировка для решения таких задач, как балансировка (выравнивание) электрических нагрузок.
1. Развитие электрических систем
Основными критериями проектирования Единой национальной электросети являются:
• Обеспечение всем субъектам оптового рынка условий для беспрепятственного предложения их продукции на рынок на конкурентной основе при наличии спроса на нее;
• Предоставление всем субъектам рынка возможности получать продукцию с рынка в требуемом объеме с требуемой надёжностью и стандартами качества при оплате за них по цене оптового рынка;
• Минимизация технических ограничений в сетевой инфраструктуре рынка в экономически целесообразных пределах, приводящих к снижению по отношению к возможному объему покупки (продажи) электроэнергии, предлагаемому продавцами (покупателями), или вынужденной коррекции рыночной цены на электроэнергию из-за ограничений на свободу поставок;
• Снижение стоимости производства, транспортировки и распределения электроэнергии за счет ввода в эксплуатацию объектов электросетевого хозяйства.
Энергосистема ЕЭС и ЕЭС России разделена на основную и распределительную в соответствии с выполняемыми функциями.
ЕНЭС относится к основной электрической сети, которая формирует Единую энергетическую систему страны, объединяя основные электростанции и узлы нагрузки для параллельной работы и обеспечивая параллельную работу Единой энергетической системы России с энергетическими системами других стран, включая экспорт и импорт электрической энергии [1].
К ЕНЭС в соответствии с критериями, утвержденными постановлением Правительства Российской Федерации от 21.12.01 № 881, относятся:
1) линии электропередачи (воздушные и кабельные), номинальный класс напряжения которых составляет 330 кВ и выше;
2) линии электропередачи, проектный номинальный класс напряжения которых 220 кВ:
• Обеспечение выдачи электростанций федерального (всероссийского) оптового рынка электрической энергии (мощности) -суплеры электрической энергии (мощности) на указанный рынок;
• Обеспечение подключения и параллельной работы энергетических систем различных субъектов Российской Федерации;
• Обеспечение подачи энергии на узлы электрической нагрузки с подключенным трансформатором мощностью не менее 125 МВт;
• Прямое подключение перечисленных линий электропередачи;
3) линии электропередачи, пересекающие государственную границу Российской Федерации;
4) трансформаторы и другие подстанции, подключенные к линиям электропередачи, перечисленным в пунктах 1-3, а также находящееся на них технологическое оборудование, за исключением распределительных устройств электростанций - субъектов федерального (всероссийского) оптового рынка электрической энергии (мощности), включенных в имущественный комплекс этих станций;
5) комплекс оборудования и производственных и технологических объектов, предназначенных для обслуживания и эксплуатации этих объектов энергосистем;
6) системы и органы управления для этих объектов электросетевого хозяйства.
При проектировании развития электрических сетей решаются следующие вопросы [2]:
Выбор напряжения и принципиальные схемы; Определение местоположения новых подстанций;
Предварительный выбор электрических соединений электростанций и подстанций;
Определение поперечного сечения проводов линий электропередачи, количества и мощности трансформаторов в подстанциях; Выбор методов регулирования напряжения и распределения мощности в сетях;
Определение типа, мощности и размещения компенсирующих устройств; Разработка мер по ограничению токов короткого замыкания; Обоснование экономической эффективности планируемого развития сети; Определение объема капитальных вложений и последовательности строительства объектов электросетевого хозяйства.
Проектирование развития электрических сетей осуществляется для ЕЭС России и распределительной сети энергетических систем [3].
ЕНЭС России основан на:
Схема магистральной магистрали ЕЭС России должна обладать достаточной гибкостью, чтобы позволить ее поэтапное развитие и уметь адаптироваться к изменениям: условиям роста нагрузки и развития завода; Направление и величина энергетических потоков; Условия реализации межправительственных соглашений о поставках электроэнергии в страны ближнего и дальнего зарубежья;
Пропускная способность базовой сети ЕЭС России в процессе ее развития увеличивается, в первую очередь за счет использования современных средств регулирования и компенсации реактивной мощности, а затем постепенно "Построенные" линии более высокого класса напряжения после достаточно полного покрытия территории сетями предыдущего класса напряжения и исчерпания их технических возможностей;
Привязывание линий электропередачи к узлам большой нагрузки следует осуществлять, избегая создания прямых связей между электростанциями;
Между двумя узлами сети на одном маршруте должно быть построено, как правило, не более двух линий одного и того же класса напряжения. При необходимости дополнительное укрепление сети следует рассматривать как возможность построить воздушные линии в других направлениях или создать передачу энергии при более высоком напряжении;
Схемы подключения электростанций и подстанций к базовой сети должны обеспечивать надежность центров выработки энергии и транзитной мощности с учетом критерия N-1;
Развитие магистральной электросети должно соответствовать требованиям охраны окружающей среды.
Разработка ЕЭС России осуществляется в схеме разработки ЕЭС и ЕЭС Россия и схеме разработки для ЕНЭС и включает обоснование технических и экономических решений:
• Развитие базовой сети ЕЭС России и ИПС для обеспечения системообразующих функций, реализации межсистемных эффектов и надежности передачи электроэнергии;
• Надежное энергоснабжение крупных электростанций;
• Надежность подачи к основным узлам нагрузки;
• Исследование экономической целесообразности строительства отдельных объектов энергоснабжения (подстанций и линий электропередачи).
Распределительная сеть энергосистем позволяет передавать электроэнергию от подстанций магистральной сети и электростанций потребителям электроэнергии. Электрическая распределительная сеть должна обеспечивать:
• Уровни надежности энергоснабжения, как правило, согласованные между энергоснабжающими организациями и потребителями;
• Стандартизированное качество электрической энергии;
• Возможность расширения в связи с ростом электрических нагрузок, использование новых средств автоматизации и новых технологий технического обслуживания.
Проектирование распределительной сети энергосистем включает обоснование технико-экономических решений для:
• Выдача электроэнергии на электростанции;
• Внешнее энергоснабжение отдельных крупных потребителей (энергоемкие промышленные потребители, электрифицированные участки железных дорог, насосные станции нефтепроводов и т.д.);
• Обеспечение надежной подачи узлов нагрузки.
Проектированием разработки ЕНЭС России занимаются в основном проектные институты, осуществляющие проектирование ЕЭС и ЕЭС России.
Проектирование развития распределительной сети обычно осуществляется по указаниям:
• Региональная сетевая компания;
• Индивидуальные покупатели (реселлеры) электроэнергии на оптовом рынке;
• Физические, юридические лица и другие абоненты;
• Генеральный конструктор (технологический институт) отдельных видов работ.
При проектировании электросетевых схем должно быть обеспечено рациональное сочетание воздушных линий, подстанций и существующих объектов электросети, запланированных к строительству, с учетом их физического и морального ухудшения, а также возможности расширения и реконструкции [4].
При развитии электросети энергосистем на будущее рекомендуется использовать унифицированные схемные элементы

. Выбор электросхем распределительных устройств электростанций и подстанций, как правило, производится по стандартным схемам в соответствии с рекомендациями по их использованию.
Выбор поперечного сечения проводов линий электропередачи, проектирование фазы, мощности и количества трансформаторов ПС должны осуществляться в соответствии со стандартами технологического проектирования линий электропередачи и понижающих подстанций.
Напряжения электрических сетей переменного тока выбираются в соответствии со шкалой номинальных напряжений, принятых в большинстве региональных энергосистем России: 35-110-220-500-1150 кВ. В ОЭС Северо-Запада и частично в ОЭС Центра и Северного Кавказа используется шкала 35-110-330-750 кВ. В ОЭС Северного Кавказа высшим напряжением является напряжение 500 кВ.
В ОЭС Центра сети 330 и 750 кВ, а в ОЭС Северного Кавказа сети 330 кВ развиваются, как правило, в пределах районов их существующего распространения.
На современном этапе развития ЕЭС России системообразующие функции выполняют сети 500 кВ и выше, а в ряде энергосистем - 330 и 220 кВ.
Сочетания напряжений, входящих в разные шкалы, например 220-330 кВ, 330-500 кВ, 500-750 кВ, как правило, не должны применяться, кроме районов стыкования сетей, использующих разные шкалы номинальных напряжений. Количество подстанций, на которых намечено осуществить связь сетей с разными шкалами напряжений, должно быть минимальным.
Применение напряжения 150 кВ ограничено размахом Кольской энергосистемы.
Выбор передачи постоянного тока осуществляется при их конструкции.
При разработке вариантов сетевой схемы маршрута воздушных линий и подстанций планируется использовать картографический материал. С учетом планируемого развития согласования сети следует рассмотреть возможность присоединения к предлагаемым подстанциям воздушной линии, а площадки ПС - планировать их расширение.
Протяженность предлагаемой воздушной линии при отсутствии более точных данных можно принять на 18-20% больше воздушной прямой (большее значение относится к районам с высокой плотностью, хорошо развитой сетью дорог и коммунальных услуг, интенсивной хозяйственной деятельностью). В районах городских и промышленных зданий, а также в других сложных случаях длина линии электропередачи должна учитывать конкретные обстоятельства.
Выбор схем электрических сетей выполняется, как правило, на следующих амбициозных уровнях:
ЕНЭС - проектный срок - 10 лет;
Распределительная сеть - срок проектирования - 5 лет;
При рассмотрении вариантов развития электрических сетей, один из которых обосновывает целесообразность введения более высокого напряжения, рекомендуется учитывать период, соответствующий полному осуществлению такого варианта с более высоким классом напряжения.
В рамках развития энергетических систем и электрических сетей было проведено предварительное определение настроек, запланированных для строительства электростанций (электрических), подстанций и линий электропередач, указанных на последующих этапах проектирования этих объектов. Эти варианты включают:
Электростанции:
Распределительное устройство напряжения, количество исходящих воздушных линий и их направление;
Распределение осцилляторов между отдельными распределительными устройствами, силовыми трансформаторами, связью;
Расчетные параметры токов короткого замыкания;
Требования к разделению распределительного устройства в соответствии с условиями работы сети, оборудования аварийного управления и релейной защиты.
• Подстанции:
• Площадь (точка) подстанции;
• Устройства распределения напряжения;
• Рекомендации по принципиальной схеме распределительного устройства 110 кВ и выше, требования к разделению сети;
• Электрические нагрузки подстанций, мощность и количество трансформаторов;
• Количество и направление линий напряжением 110 кВ и выше;
• Тип и мощность компенсирующих устройств, включая шунтирующие реакторы, управляемые реактивные источники энергии;
• номинальная стоимость ​​ текущих параметров короткого замыкания.
Линии электропередачи:
• Направления, подходы и соединения с подстанцией;
• напряжение;
• Поперечное сечение провода, конструкция фазы;
• Средства для компенсации зарядной мощности, подключения к сети шунтовых реакторов.
Уточнение вышеперечисленного и определение иных параметров, требуемых соответствующими стандартами технологического проектирования, осуществляется при реализации конкретных проектов этих объектов [5].
Рекомендации и решения, принятые по строительству электросети, должны соответствовать требованиям охраны окружающей среды. Эти потребности в основном сокращаются:
• Земли для строительства новых энергосистем;
• общая площадь ​​ верхние зоны защиты, в которых ограничены экономическая деятельность и пребывание людей.
2. Повышение надежности и качества электроснабжения
Рекомендации и решения, принятые по строительству электросети, должны соответствовать требованиям охраны окружающей среды. Эти потребности в основном сокращаются:
• Земли для строительства новых энергосистем;
• общая площадь ​​ верхние зоны защиты, в которых ограничены экономическая деятельность и пребывание людей [6]:
1. Избыточность и однофазная избирательная сигнализация отказов на линиях.
2. Защита от неисправностей заземления в обмотках статора, подключенных непосредственно к коллекторным шинам.
3. Непрерывное измерение компенсирующих несоосностей при использовании интранет-реакторов подавляет дугу с регулировкой скорости.
4. Автоматическое поддержание заданной компенсации утечки при использовании в сети регулируемых дугогасительных катушек.
Разработка основана на результатах исследований электростанций, которые позволили установить, что в сети с компенсацией емкостных токов достаточно надежная основа для идентификации поврежденных изделий с наиболее частым типом контурной дуги чередует низкочастотные гармоники в диапазоне около 30 Гц. При устойчивом закрывающем действии защиты, обеспечиваемом искусственным наложением управляющего тока с частотой 25 Гц. В качестве источника управляющего тока посредством статических устройств электромагнитный параметрический делитель частоты имеет специальную конструкцию, выходная катушка которой соединена последовательно с контуром подавления дуги реактора от земли. Управляющий ток в металлической цепи на земле - 0,15 И сеть от 35 кВ до 1 И сеть 6 кВ. Измерительная и релейная защита представляет собой высокочувствительный релейный сверхток с соответствующим выбором фильтра нижних частот. Измерительными защитными телами могут быть кабельные трансформаторы тока нулевая последовательность и фильтрующие преобразователи, нулевой ток, нулевая последовательность, состоящие из типичного фазового трансформатора тока из-за возможности отключения от дисбаланса тока. Работа устройства для измерения разрядных компенсирующих емкостных токов и автоматического подавления дуг шунтирующих реакторов на основе использования электрических величин с частотой 25 Гц, Генерируется током управления источником при нормальной работе сети и, В частности, о том, что отношение напряжения с частотой 25 Гц для реактора подавляет дугу к управляемому током источнику напряжения, Ясно зависит от степени компенсации ошибки.
Комплекс устройств в течение многих лет успешно эксплуатируется на Ново-Кемеровской, Кемеровской, Усть-Каменогорской ТЭЦ, и других предприятиях. Защита от замыканий на землю генераторов, работающих на сборные шины, в составе комплексной цифровой защиты типа ШЭ1113, выпускаемой предприятием "Экра" (г