Новини Електротехніки №3 (69) | МІСЬКІ ЕЛЕКТРИЧНІ МЕРЕЖІ

1. Розвиток центрів харчування
2. Розвиток і реконструкція міських електричних мереж 10 кВ
3. Устаткування та спорудження
4. висновок

У попередніх публікаціях з питань надійності міських електричних мереж малих міст (див. «Новини електротехніки» № 5 (65) , 6 (66) 2010 , 1 (67) , 2 (68) 2011 ) Автори розповіли про технічні рішення, які підвищили надійність мереж 10 кВ м Ханти-Мансійська - адміністративного, господарського та культурного центру Ханти-Мансійського автономного округу (Югри). Вони відзначили, що найважливішим компонентом надійності електропостачання є розвиток електричних мереж, яке випереджає зростання електричних навантажень, пов'язаний з розвитком міста і його інфраструктури.
У сьогоднішній публікації, яка є заключною в циклі статей, розглядаються питання надійності, пов'язані з розвитком електричної мережі зростаючого Ханти-Мансійська.

Сергій Дмитрієв, директор МП «Міські електричні мережі» муніципального освіти, м Ханти-Мансійськ
Сергій Миловидов, головний інженер проектів проектного інституту «Сібгіпрокоммуненерго», Новосибірськ
Юрій Целебровскій, д.т.н. професор, Новосибірський державний технічний університет

За минулі 15 років електричне навантаження в місті зросла в 5 разів (з 18 до 92 МВт), число розподільних пунктів (РП 10 кВ) зросла в 6 разів (з 3 до 19), число підстанцій (ТП 10 / 0,4 кВ) - з 170 до 353. Протяжність ліній електропередачі за цей же період збільшилася з 80 до 400 км. Причому, якщо раніше лінії в основному були повітряними, то зараз переважають кабельні лінії 10 кВ. Динаміка зростання електричних навантажень і розвитку електричних мереж наведена на рис. 1 і рис. 2.

Мал. 1. Зростання електричного навантаження

Мал. 2. Зростання числа РП 10 кВ і ТП 10 / 0,4 кВ

Такий розвиток мереж визначалося розвитком столиці Югри, населення якої зросла з 37 тисяч чоловік на початку 90-х років до 79,8 тисяч на теперішнього часу. У найближчій перспективі (20 років) населення збільшиться до 130 тис. Чоловік, а житловий фонд - з 1800 тис. М2 до 3900 тис. М2.

Відповідно зростуть і електричні навантаження, за розрахунками - майже в два рази. Випереджальний розвиток електричних мереж є при цьому основним фактором надійності електропостачання.

Принциповими ланками розвитку, що забезпечує надійність електропостачання, на нашу думку, є:

• розвиток центрів харчування міста електроенергією (ПС 220/110 кВ);
• розвиток міських електричних мереж 10 кВ при одночасному зниженні частки розподільчих мереж 0,4 кВ;
• реконструкція існуючих об'єктів із застосуванням сучасних технічних рішень і обладнання.

Розвиток центрів харчування

Ключовим моментом, що визначає надійність електропостачання Ханти-Мансійська, є те, що електроживлення міста здійснюється тільки від однієї ПС 220/110 кВ «Югра», підключеної до Тюменської енергосистеми Дволанцюговий ВЛ 220 кВ.

В якості резервного джерела живлення міста може використовуватися двухцепна ВЛ 110 кВ від ПС «Фоминская», яка при необхідності дозволить забезпечити обмежене резервування міста (близько 20 МВт - після реконструкції з переведенням на 220 кВ).

Від підстанції «Югра» отримують харчування підстанції 110/10 кВ, що постачають міські електромережі. Наявність одного центру харчування 220/110 кВ, підключеного до енергосистеми всього лише однієї Дволанцюговий повітряною лінією 220 кВ, є найслабшою ланкою в ланцюжку надійності. На шляху проходження ПЛ від Сургутских ГРЕС до Ханти-Мансійська від даних ВЛ отримують харчування безліч ПС, які переважно живлять родовища нафтової галузі. Ці ВЛ і ПС перебувають на балансі організацій різних форм власності (ВАТ «Тюменьенерго», ВАТ «Юганскнефтегаз», ТОВ «Енергонефть» і ін.).

У минулі роки мали місце випадки порушень в роботі обладнання цих об'єктів, які призводили або до повного відключення джерела живлення міста, або до перепадів напруги. Такий стан характерний для багатьох малих міст, але для столиці округу це, на нашу думку, є неприпустимим.

Центри харчування наступного рівня - ПС 110/10 кВ розвиваються успішніше. Якщо 15 років тому в місті була всього лише одна підстанція з двома трансформаторами по 25 МВА (ПС-110/10 кВ «Ханти-Мансійська»), то до теперішнього часу місто постачають чотири ПС 110/10 кВ ( «Ханти-Мансійська», «Авангард», «Самарово», «Західна») із загальною встановленою потужністю трансформаторів 182 МВА. Побудована, але ще не введена в експлуатацію ПС 110/10 кВ «ГИБДД», завершується будівництво ПС 2 × 40 МВА «Заплавна». Завантаження трансформаторів на діючих ПС становить в нормальному режимі роботи від 46 до 61% і в післяаварійних (при виході з ладу одного з двох трансформаторів на ПС в режимі максимальних навантажень) - від 92 до 122%. Тобто фактично все ПС 110/10 кВ завантажені під номінальне навантаження і не мають резерву для приєднання нових споживачів.

У зв'язку з цим, проектним інститутом «Сібгіпрокоммуненерго» була розроблена схема розвитку електричних мереж (фрагмент схеми показаний на рис. 3), яка повязана з Генеральним планом розвитку міста. У ній передбачено введення в дію двох вже побудованих ПС потужністю 2 × 40 МВА ( «ГИБДД» і «Заплавна»), двох потужністю 2 × 25 МВА ( «АБЗ» і «Нагірна») і однієї ПС потужністю 2 × 16 МВА ( « північно-Західна »), а також реконструкція існуючих підстанцій - ПС« Самарово »(заміна трансформаторів 2 × 25 на 2 × 40 МВА), ПС« Західна »(з 2 × 16 на 2 × 25 МВА).

Мал. 3. Фрагмент схеми електропостачання Ханти-Мансійська

Як ми зазначали в попередніх публікаціях, на діючих ПС впроваджена і успішно працює система резистивного заземлення нейтралі мережі 10 кВ з пристроями релейного захисту ліній 10 кВ з дією на відключення, яку слід розвивати з використанням її на всіх нових ПС і РП. Система високоомного заземлення нейтрали забезпечує зниження кратності дугових перенапруг, усунення ферорезонансним процесів, селективну захист при однофазних замиканнях на землю і, як наслідок, підвищення електробезпеки мережі без посилення заземлюючих пристроїв.

Хотілося б ще раз підкреслити, що через 4-5 років, в разі збереження темпів приросту навантажень міста в розмірі близько 5 МВт щорічно, подальший розвиток міста стане практично неможливим без введення додаткових трансформаторних потужностей на опорній ПС 220 кВ «Югра» або будівництва одного або декількох джерел генерації в місті.

Розвиток і реконструкція міських електричних мереж 10 кВ

З огляду на складну ситуацію з зовнішнім електропостачанням, міська електрична мережа 10 кВ в Ханти-Мансійську проектується і будується максимально надійно, з багаторазовим резервуванням.

Якщо в середині дев'яностих років в міській мережі 10 кВ переважала петлевая схема, то вже починаючи з кінця дев'яностих міська електрична мережа будується, як правило, або по двох (багато) променевої, або по двохланкова схемою з використанням розподільчих пунктів, що підключаються двома незалежними лініями 10 кВ до однієї або до двох ПС 110/10 кВ.

Споруджуються трансформаторні ПС мають, як правило, два трансформатора 10 / 0,4 кВ та розвинене РУ 10 кВ, що дозволяє виробляти необхідні оперативні перемикання для ліквідації нештатних ситуацій. При цьому виконується умова обмеженого резервування ПС і РП з розподільчих мереж.

Одночасно з розвитком електричної мережі Ханти-Мансійська проводиться реконструкція існуючих ділянок, яка включає:

• підвищення пропускної спроможності діючих ЛЕП 10 кВ з ліквідацією старих ділянок мережі і прокладкою нових ліній, збільшення перетинів проводів і кабелів;
• ліквідацію зустрічних потоків потужності;
• перерозподіл потужностей між існуючими і знову вводяться в експлуатацію центрами харчування (перемикання ЛЕП 10 кВ);
• організацію необхідного мережевого резервування;
• збільшення потужності трансформаторів в ТП 10 / 0,4 кВ;
• скорочення протяжності розподільної мережі 0,4 кВ;
• заміну фізично і морально застарілого обладнання в РП і ТП з впровадженням вакуумного і елегазового обладнання 10 кВ вітчизняного і зарубіжного виробництва, оснащеного новітніми мікропроцесорними захистами, швидкодіючими системами АВР;
• заміну кабельних ліній 10 кВ з паперово-просоченою ізоляцією на кабелі з ізоляцією із зшитого поліетилену;
• заміну голого проводу на самонесучі ізольовані проводи та кабелі при будівництві та реконструкції ПЛ 10 і 0,4 кВ.

Устаткування та спорудження

Надійність електричних мереж забезпечується також відповідністю електротехнічних споруд, пристроїв та обладнання кліматичних умов міста, який розташований в центральній частині Тюменської області, на правому березі річки Іртиш, в 10 км від впадіння її в річку Об.

Територія міста відноситься до 1-му кліматичного району, підрайону 1Д (по СНиП 23-01-99 «Будівельна кліматологія»). Розрахункові кліматичні умови міста відповідають III району за вітром і II - по ожеледі (за додатком № 5 до СНиП 2.01.07-85 «Навантаження і впливи»). Мінімальна температура повітря: -49 ° С, максимальна: + 34 ° С, температура повітря найбільш холодної п'ятиденки: -41 ° С (по СНиП 23-01-99).

Рельєф міста горбистий, з наявністю заплавних територій, які можуть бути підтоплені і схильні до заболочування. На території міста спостерігається оврагообразование і зсувні процеси, на окремих ділянках можливий розвиток «верховодки», є ділянки з неоднорідною ґрунтовою товщею, при перезволоженні грунти можуть проявляти просадні і набухають властивості, а також сильне морозне здимання. На значних територіях міста мають місце насипні ґрунти.

Нові трансформаторні підстанції будуються або з цегли з кабельними або повітряними вводами за типовими проектами ТП 10 (6) / 0,4 кВ, розробленим новосибірським проектним інститутом «Гіпрокоммуненерго», і оснащуються сучасним розподільним обладнанням 10 і 0,4 кВ виробництва АВВ або Schneider Electric , або блоковими в бетонній оболонці повної заводської готовності типу БКТП ( «ЕЗОІС»), які комплектуються елегазовими осередками 10 кВ типу RM-6, що випускаються російськими підприємствами за ліцензією Schneider Electric, а також обладнанням 0,4 кВ з бистродейс твующего АВР на вимикачах Masterpact.

Що стосується трансформаторів 10 / 0,4 кВ, то застосовуються сухі трансформатори типу ТСЗГЛ ( «Укрелектроапарат»), TRIHAL (Schneider Electric), DTTH (АВВ), які забезпечують повну екологічну та пожежну безпеку і не вимагають великих експлуатаційних витрат. В одиничних випадках на підстанціях використовуються герметичні масляні трансформатори типу ТМГ (Мінський завод трансформаторів ім. Козлова).

З метою поліпшення умов експлуатації кабельних вводів у знову споруджуваних ТП-10 / 0,4 кВ замість пристрою в РУ 10 кВ і РУ 0,4 кВ кабельних каналів під осередками виконуються кабельні поверхи (нижче рівня підлоги). Розподільні пункти 10 кВ (РП 10 кВ), суміщені з вбудованими ТП-10 / 0,4 кВ, споруджуються в капітальному виконанні з застосуванням елегазового обладнання 10 кВ типу ZXO (АВВ), а також блочного типу БРТП ( «ЕЗОІС») з елегазовим обладнанням 10 кВ Safe Plus (АВВ).

Виходячи з грунтових умов, нові живлять кабельні лінії напругою 10 кВ слід виконувати із застосуванням кабелів з нестекающая ізоляцією марки ЦААПЛ (кабелі, броньовані алюмінієвими круглими або плоскими дротами, а також сталевими стрічками, дозволяють використовувати їх при значних розтягуючих зусиллях), кабелів з ізоляцією із зшитого поліетилену марок Nexans, АПвПг і т.п. Такі кабелі дають можливість прокладки КЛ на трасах без обмеження різниці рівнів і мають експлуатаційними перевагами перед кабелями з паперовою просоченою ізоляцією:

• підвищена робоча температура, що дозволяє збільшити пропускну здатність;
• підвищена стійкість при роботі в умовах перевантажень і коротких замикань;
• можливість прокладки на трасах з необмеженою різницею рівнів;
• відсутність масла, бітуму, свинцю, що спрощує монтаж, експлуатацію і усуває екологічно несприятливі фактори;
• велика надійність в експлуатації і менші витрати на реконструкцію та утримання кабельних ліній;
• меншу вагу і допустимий радіус вигину;
• велика будівельна довжина.

При монтажі кабельних ліній використовується високоякісна кабельна арматура фірми Raychem і Подільського заводу електромонтажних виробів, що збільшує не тільки надійність роботи кабельних мереж, але і термін їх служби.

При будівництві ВЛ 10 кВ використовуються самонесучі ізольовані кабелі з ізоляцією із зшитого поліетилену, а також ізольовані проводи зарубіжного і вітчизняного виробництва СІП-3А, PAS, SAX, що дозволяє здійснювати будівництво ВЛІ, Влз 10 кВ по парковій місцевості і в зонах житлової забудови в обмежених умовах.

У цьому випадку застосовуються полегшені опори з гнутого профілю, що дозволяє значно підвищити надійність електропостачання, знизити витрати і трудомісткість при будівництві та експлуатації. Використання при будівництві ПЛ 10 кВ опор з гнутого профілю за рахунок більшого габаритного прольоту опор в 1,5-2,5 рази знижує обсяг земляних робіт і пов'язане з виконанням цих робіт порушення родючого шару ґрунту.

висновок

1. Надійність електропостачання малих міст багато в чому залежить від наявності резервованих центрів харчування. Кожне місто має мати не менше двох центрів харчування, що живляться з окремих джерел. Найкращим рішенням, на нашу думку, буде створення в місті генеруючого джерела з потужністю, що забезпечує потреби міста при відключенні його від енергосистеми. Приклад такого рішення - парогазова станція в м Ноябрьске Ямало-Ненецького автономного округу.
2. Розвиток електричних мереж середньої напруги повинно йти по двохланкова схемою «РП-ТП». У районах з суворими кліматичними умовами розподільні пункти і підстанції повинні бути закритого виконання. Переважно використовувати пожежобезпечні герметичні або сухі трансформатори. Лінії електропередачі повинні бути переважно кабельними з ізоляцією із зшитого поліетилену. Застосування повітряних ліній електропередачі можливо тільки в районах без житлової забудови. При необхідності прокладки траси ПЛ в районах з житловою забудовою слід використовувати тільки самонесучі ізольовані кабелі та проводи. Самонесучі ізольовані проводи слід застосовувати і для ПЛ 0,4 кВ. Загальна стратегія в міських розподільчих мережах полягає в заміні повітряних ліній на кабельні.
3. Мережа 10 кВ повинна працювати в режимі нейтралі, заземленою через резистор. Це дозволяє виключити виникнення дугових і ферорезонансним перенапруг, що абсолютно необхідно в кабельних мережах для забезпечення їх тривалого терміну служби. Для повного виключення дугових перенапруг опір резистора в нейтрали має бути менше ємнісного опору мережі.
4. Однофазні замикання в мережі повинні відключатися релейного захистом, що істотно підвищує рівень електробезпеки в місті без посилення заземлюючих пристроїв РП, ТП і опор ПЛ. Відключення однофазних замикань, крім того, дозволить застосувати для захисту від зовнішніх перенапруг нелінійні обмежувачі перенапруг (ОПН) з рівнем обмеження перенапруг меншим, ніж 2 U ф.