Оптимизация структуры и параметров сети

Схемные решения предусматривают изменение степени связи сети или жесткости электрических связей между сетями. Они состоят в выборе оптимальных (при поставленных условиях и ограничениях) схем выдачи мощности электростанций, структуры и параметров элементов сетей энергосистем и включают решение вопросов укрупнения или разукрупнения мощностей электрических станций и подстанций (рис. 17.1).

В схеме, представленной на рис. 17.1, а, возникают трудности с ограничением токов короткого замыкания на низшем и среднем напряжении. При переходе к схеме, представленной на рис. 17.1, б, наибольший рост уровней токов короткого замыкания наблюдается в сети среднего напряжения, меньший — в сети высшего напряжения, а в сети низшего напряжения их уровень стабилизируется. В схеме, представленной на рис. 17.1, в, наибольший рост уровней токов короткого замыкания наблюдается в сети высшего напряжения. Таким образом, изменение схемы выдачи мощности электростанций приводит к изменению темпа роста уровней токов короткого замыкания в сетях различного напряжения.

Рис. 17.1. Схемы выдачи мощности электростанций:

а — ТЭЦ с генераторами 30—100 МВт; б — блочные станции с генераторами 100—300 МВт; в — блочные станции с генераторами 500—1200 МВт С целью ограничения токов короткого замыкания применяется периферийное или продольное разделение сетей, при котором части территории (регионов) сетей одного напряжения связываются между собой только через сеть повышенного напряжения (рис. 17.2, а). Местное или поперечное разделение (рис. 17.2, б) осуществляется наложением сетей одного напряжения на площади какого-либо региона и связью их через сеть повышенного напряжения, что позволяет при значительном росте нагрузки иметь сети со стабильным уровнем токов короткого замыкания.

Кроме того, может быть использовано:

• • разукрупнение электростанций (по мощности);
• • разукрупнение узлов сети (по генерируемой мощности), в части разделения распределительных устройств повышенного напряжения мощных электрических станций на самостоятельные части с обеспечением параллельной работы через узловые подстанции сети;
• • перевод части блоков электростанций на сеть более высокого напряжения;
• • схемы «удлиненных» блоков: генератор — трансформатор — линия;
• • разукрупнение приемных подстанций и создание системы электроснабжения путем внедрения глубоких вводов высокого напряжения;
• • раздельная работа основных элементов системы электроснабжения (линий, трансформаторов) на всех ступенях распределения электроэнергии;
• • применение разомкнутых распределительных сетей и использование в них токопроводов, шинных и кабельных магистральных линий, которые позволяют использовать токоограничивающее действие самой сети.

Рис. 17.2. Варианты схемных решений:

а — продольное разделение сети; б — поперечное разделение сети Наиболее распространенным и эффективным способом ограничения токов короткого замыкания является секционирование электрических сетей, позволяющее уменьшить токи короткого замыкания в 1,5—2 раза (рис. 17.3).

Рис. 17.3. Распределение токов короткого замыкания при замкнутом (сплошные стрелки) и разомкнутом (пунктирные) положении секционного выключателя.

Когда секционный выключатель Q включен, ток короткого замыкания от генераторов G1 и G2, проходящий к точке короткого замыкания К, ограничен только сопротивлением генераторов и трансформаторов соответствующих блоков. Когда Q отключен, в цепь короткого замыкания дополнительно включаются сопротивления линий W1, W4. Ток от генераторов G1 и G2 при этом существенно снижается.

В распределительных сетях напряжением 6—10 кВ широко применяется раздельная работа трансформаторов (рис. 17.4). Основная причина такого режима работы — возможность снижения уровня токов короткого замыкания.

Рис. 17.4. Распределение токов короткого замыкания.

при параллельной (сплошные стрелки) и раздельной (пунктирные) работе трансформаторов Недостатками секционирования являются:

• • разные уровни напряжений по секциям;
• • неравномерная загрузка трансформаторов;
• • увеличение потерь в ЛЭП и трансформаторах в нормальном режиме, так как распределение потоков мощности при этом может быть неоптимальным.

Различают стационарное (СДС) и автоматическое деление сети (АДС). Эти виды деления сети выполняются в системах внешнего электроснабжения и используются в процессе эксплуатации, когда требуется ограничить рост уровней токов короткого замыкания при развитии энергосистем.

Стационарное деление сети — это деление сети в нормальном режиме, осуществляемое с помощью секционных, шиносоединительных или линейных выключателей. Оно производится в том случае, если уровень тока короткого замыкания в узле сети превышает допустимый для параметров установленного оборудования. На электростанциях и подстанциях с распределительными устройствами генераторного напряжения СДС может осуществляться как на высшем, так и на низшем напряжении в зависимости от требований, предъявляемых к допустимому уровню тока короткого замыкания соответствующего напряжения. На блочных электростанциях СДС осуществляют в распределительных устройствах повышенного напряжения. На рис. 17.5 показан пример СДС, произведенного в результате разрыва трансформаторной связи между распределительными устройствами двух повышенных напряжений.

Рис. 17.5. Стационарное деление сети с разрывом трансформаторных связей.

Автоматическое деление сети производится в аварийном режиме с целью облегчения работы коммутационных аппаратов при отключении ими поврежденных цепей и осуществляется на секционных или шиносоединительных выключателях, но иногда и на выключателях мощных присоединений. При реализации АДС отключается ток, значительно меньший полного тока короткого замыкания поврежденной цепи. Однако система каскадного отключения с использованием АДС имеет ряд недостатков:

• • увеличивается время восстановления нормального режима;
• • требуется, чтобы выключатели присоединений выдерживали предельный сквозной ток короткого замыкания /_пр скв и могли включиться без повреждений на короткое замыкание в своей цепи (/_пр скв = /_{вкл ном} = «1 4/ V

'?‘ОТКЛ.НОКк у.

• в послеаварийном режиме возможен существенный небаланс мощностей источников и нагрузки в разных частях, что влияет на устойчивость системы.