Новая концепция построения распределительных сетей для электроснабжения удаленных потребителей

Page 1

Page 2

Новая концепция построения
распределительных сетей для
электроснабжения удаленных
потребителей

УДК 621.316.1

Действующие

схемы

низковольтных

распределительных

сетей

сельскозяйственного

назначения

сегодня

не

соответствуют

современной

нормативно

–

технической

базе

сни

–

жают

надежность

электроснабжения

качество

электроэнергии

увеличивают

ее

потери

Дополнительной

проблемой

является

низкий

уровень

автоматизации

сельских

распреде

–

лительных

сетей

защиты

от

несанкционированных

подключений

Согласно

норматив

–

но

–

технической

документации

(

НТД

одним

из

самых

перспективных

результативных

способов

решения

описанных

статье

проблем

является

применение

новой

концепции

построения

электрической

сети

0,95

кВ

Потребители

находящиеся

непосредственной

близости

от

трансформаторной

подстанции

(

ТП

подключаются

сети

0,4

кВ

от

обмотки

трансформатора

0,4

кВ

удаленные

потребители

—

сети

0,95

кВ

через

индивидуаль

–

ные

столбовые

трансформаторы

0,95/0,4

кВ

или

0,55/0,23

кВ

При

использовании

такого

решения

ожидается

снижение

технических

потерь

электроэнергии

на

5–10%

более

коммерческих

на

30%

от

фактической

величины

Ключевые

слова

распределительные

сети, удаленный

населенный пункт,

класс напряжения,

потери электроэнергии,

эксплуатация

Сошинов

к.т.н., доцент, замести-

тель директора инсти-

тута по учебной работе,

заведующий кафедрой

«Электроснабжение

промышленных пред-

приятий» Камышин-

ского технологического

института (филиала)

ВолгГТУ

Атрашенко

старший преподаватель

кафедры «Электро-

снабжение промыш-

ленных предприятий»

Камышинского техно-

логического института

(филиала) ВолгГТУ

связи с внедрением новых

электротехнологий и средств

автоматизации технологиче-

ских процессов в сельских

распределительных сетях 0,4 кВ про-

исходит рост удельного веса и мощ-

ности коммунально-бытовых нагрузок.

Нагрузка фермерской электрической

сети 0,4 кВ, в общем случае, является

смешанной и состоит из однофазных

и трехфазных электроприемников. На

сегодняшний день возрастает уровень

электропотребления на освещение,

электронагревательные и сварочные

установки, стиральные машины, холо-

дильники и др. На увеличение единич-

ной мощности однофазных приемников

влияет также массовое применение

в населенных пунктах однофазных ста-

билизаторов напряжения номинальной

мощностью до 30 кВА.

Основной особенностью электро-

снабжения сельскохозяйственных потре-

бителей является необходимость охвата

сетями большой территории с малыми

плотностями нагрузок (5–15 кВт/км

При этом система централизованного

электроснабжения удаленных потреби-

телей состоит из двух типов сетей (рису-

нок 1): питающих (ВЛ 110 и 35 кВ и ПС

110/35/10, 110/10 или 35/10 кВ); распре-

делительных (ВЛ 10 кВ, потребительские

ПС 10/0,4 и 35/0,4 кВ и линии 380/220 В).

Таким образом, схемы электроснаб-

жения фермерских хозяйств, их структура

и режим работы имеют особенности, кото-

рые отрицательно влияют на надежность

электроснабжения, снижают качество

электроэнергии и увеличивают ее потери.

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ

ПРОБЛЕМЫ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ

РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ

СЕТЕЙ

Уровень эксплуатации сельских элек-

трических сетей и особенно сетей на-

пряжением 0,4–10 кВ не соответствует

современным требованиям, предъявля-

емым к надежности электроснабжения

сельских потребителей. В целом состо-

яние электрических сетей 0,4 и 6–10 кВ

характеризуется данными таблицы 1.

Табл. 1. Техническое состояние электрических сетей в сельской местности

Состояние элементов электрической сети, %

Хорошее,

удовлетворительное

Неудовлетво-

рительное

Непригодное для даль-

нейшей эксплуатации

ВЛ 0,38 кВ

81,6

12,9

5,5

ВЛ 6–20 кВ

85,8

10,7

4,5

ТП 6–35/0,38 кВ

87,1

10,0

2,9

УПРАВЛЕНИЕ

СЕТЯМИ

Page 3

Рис

. 1.

Основные

схемы

питания

потребителей

электроэнергией

)

от

энергосистем

;

)

от

небольших

сельских

электростанций

;

)

от

сельских

электростанций

работающих

параллельно

б)

а)

в)

Отключения ВЛ 10 и 0,4 кВ составляют от 40 до

90% от общего количества аварийных отключе-

ний [1]. Из-за аварийных отключений происходят

сбои в работе технологического оборудования

животноводческих комплексов, птицефабрик, те-

пличных и других хозяйств, которые приводят к не-

оправданным потерям, связанным с уменьшением

объема выпускаемой продукции, на-

носится огромный ущерб сельскохо-

зяйственному производству.

Потери электроэнергии подраз-

деляются на технические и коммер-

ческие. Технические потери напря-

мую связаны с качеством электро-

энергии, поэтому требуется разра-

ботка методов оценки потерь элек-

трической энергии в зависимости от

отклонений показателей качества

и последующим анализом влия-

ния данных отклонений на суще-

ствующие приборы учета электро-

энергии.

Уровень потерь электроэнергии

в сетях сельскохозяйственного на-

значения напряжением 35 кВ и ниже составляет

около 12%, что примерно в 2 раза выше уровня по-

терь электроэнергии в промышленных и городских

сетях того же класса напряжения.

Структура потерь электроэнергии в сетях сель-

скохозяйственного назначения в последние годы

характеризуется данными таблицы 2.

Табл. 2. Структура потерь электроэнергии

в сетях сельскохозяйственного назначения

Наименование элемента

электрической сети

Доля потерь

электроэнергии

в рассматриваемом

элементе, в % от

общего количества

Линии электропередачи напряжением 0,4 кВ

Трансформаторные подстанции 10/0,4 кВ

Линии электропередачи напряжением 6–10 кВ

ПС 35–110 кВ сельскохозяйственного назначения

ВЛ 35–110 кВ, питающие ПС сельскохозяйствен-

ного назначения

Итого

100

№

2 (65) 2021

Page 4

Погрешность системы учета электроэнергии,

все виды недоплат, хищения электроэнергии, неод-

новременность снятия показаний приборов учета

электроэнергии — это главные факторы, характе-

ризующие объем коммерческих потерь. Коммерче-

ские потери невозможно измерить приборами, но

объем потерь можно вычислить путем повышения

точности измерения учета потребленной и отпу-

щенной в сеть электроэнергии, а также точностью

расчета всех технических потерь. Для снижения

коммерческих потерь необходимо произвести со-

вершенствование способов учета электроэнергии.

В результате замены однофазных счетчиков класса

точности 2,5 полностью на приборы класса точно-

сти 2,0 можно существенно повысить объем денеж-

ных средств за переданную электроснабжающими

организациями (ЭСО) потребителям электроэнер-

гию в связи с увеличением достоверности расчетов

и снижением порога чувствительности приборов

учета электроэнергии.

Отключения электроснабжения и выход пара-

метров электроэнергии за допустимые пределы

связаны с ущербом и приводят к сопутствующим

экономическим эффектам. В ряде случаев эконо-

мический ущерб от таких факторов может быть со-

поставим с основными экономическими показате-

лями. В силу этого при анализе вариантов систем

электроснабжения, отличающихся по надежности

и качеству электроэнергии, необходимо учитывать

ущерб от ненадежной работы электропитающих

установок.

Однако определение величины ущерба свя-

зано с определенными трудностями, поскольку

требуется значительное количество информации

о влиянии длительности перерывов на снижение

эффективности технологических процессов, пор-

чу продукции и т.д. При этом для отдельных сель-

скохозяйственных потребителей удельный ущерб

может существенно различаться. Указанное об-

стоятельство связано с типом производства про-

дукции у потребителя, невозможностью точного

определения объема потерь продукции и рядом

технологических и биологических факторов, кото-

рые трудно учесть.

ЗАДАЧИ

УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ

ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ

СЕЛЬСКОГО

ХОЗЯЙСТВА

Исходя из описанных выше проблем, на современ-

ном этапе электрификации сельского хозяйства

стоят задачи: повышение пропускной способности

существующей сети (так как рост нагрузок приводит

к повышению потерь электроэнергии и снижению

ее качества) и повышение надежности электро-

снабжения [1].

Предписания

согласно

НТД

В соответствии

со СТО 34.01-21.1-001-2017 «Распределительные

электрические сети напряжением 0,4–110 кВ. Тре-

бования к технологическому проектированию» сети

должны строиться с учетом максимального прибли-

жения питающих центров к потребителям.

В существующих сетях с воздушными линиями,

в которых качество электроэнергии не удовлет-

воряет требованиям действующей нормативной

документации, для повышения качества электро-

энергии на основании проведенного обследования

параметров сети и экономической целесообразно-

сти возможно применение следующих технических

мероприятий:

– выравнивание нагрузок по фазам путем пере-

распределения нагрузок однофазных потреби-

телей;

– увеличением сечения проводов существующей

ВЛ;

– увеличение мощности существующей ТП;

– перевод существующей сети 0,4 кВ на напряже-

ние 0,95 кВ.

Сокращение общей протяженности распре-

делительных сетей напряжением 0,4 кВ должно

осуществляться, как правило, посредством при-

менения столбовых трансформаторных подстан-

ций (СТП) 6/0,4 кВ или сети напряжением 0,95 кВ

с использованием индивидуальных однофазных

0,55/0,23 кВ или трехфазных 0,95/0,4 кВ ТП. Выбор

варианта реконструкции должен осуществляться

на основе технико-экономического обоснования

с учетом выполнения требований по электробезо-

пасности и перспективы роста нагрузки и подклю-

чения новых потребителей [2].

Строительство распределительной сети 0,95 кВ

с индивидуальными трансформаторными подстан-

циями целесообразно рассматривать в случае

большой удаленности небольших (до 25 кВт) оди-

ночных нагрузок (например, фермерские хозяйства,

деревни с большими участками).

ПРАКТИЧЕСКИЕ

РЕШЕНИЯ

ЗАЯВЛЕННЫХ

ПРОБЛЕМ

Основным фактором, определяющим развитие се-

тей и экономические показатели деятельности се-

тевого предприятия, является реконструкция и тех-

ническое перевооружение электрических сетей.

В связи с тем, что не всегда технически воз-

можно и экономически обосновано решение вы-

шеуказанных проблем посредством применения

традиционных подходов к построению схем элек-

троснабжения потребителей, то предлагается но-

вое техническое решение передачи электрической

энергии на напряжении 0,95 кВ с использованием

индивидуальных однофазных и трехфазных транс-

форматоров напряжением 0,55/0,23 кВ и 0,95/0,4 кВ

соответственно. Это позволит решить ряд указан-

ных выше проблем [3].

Основной принцип системы распределения

электроэнергии на напряжении 0,95 кВ заключает-

ся в организации сетей данного класса напряжения

с частичным использованием основных элементов

существующих сетей низкого напряжения (0,4 кВ),

а также применением групповых трансформатор-

ных подстанций 6/0,95/0,4 кВ или 6/0,95 кВ и индиви-

дуальных трансформаторов небольшой мощности

на напряжение 0,95(0,55) / 0,4(0,23) кВ, устанавли-

ваемых в непосредственной близости к потребите-

лю (на ближайшей опоре ВЛ).

Воздушная линия напряжением 0,95 кВ выпол-

няется с применением стандартных низковольтных

УПРАВЛЕНИЕ

СЕТЯМИ

Page 5

Табл. 3. Пример номенклатуры оборудования

инновационной электрической сети 0,4/0,95/6(10) кВ

Наименование оборудования

Производитель

Групповые (потребительские) трансформаторные подстанции

Комплектные трансформаторные подстанции

Широкий перечень отечествен-

ных заводов-изготовителей

Двухобмоточные и трехобмоточные трансфор-

маторы силовые напряжением 6-10/0,95 кВ

и 6-10/0,95/0,4 кВ, мощностью от 250 до 630 кВА

ООО «Тольяттинский

трансформатор»

Индивидуальная трансформаторная подстанция

Железобетонные элементы.

Стойка СВ110-5

Широкий перечень отечествен-

ных заводов-изготовителей

Трансформатор однофазный ОМГ-0,55/0,22-У1

мощностью 16 кВА

ООО «Тольяттинский

трансформатор»

ОПН 1 кВ

ООО «МЗВА»

Рубильник-предохранитель однополюсный мач-

товый SZ 50.1 с предохранителем

ном

= 1000 В

Фирма ENSTO (Финляндия)

Щиты учета и распределения электрической

энергии ЩУРн

Широкий перечень отечествен-

ных заводов-изготовителей

Монтажные устройства:

• провода СИП-2, СИП-4;

• арматура для СИП;

• монтажные зажимы и крепежные изделия;

• заземляющие спуски;

• защитные кожухи от поражения птиц током;

• металлорукава и т.д.

ООО «МЗВА»

Табл. 4. Сравнительный анализ суммарных затрат

за 30-летнюю эксплуатацию

Вид затрат

Вариант № 1

(традиционная

электрическая

сеть 0,4 кВ)

Вариант № 2 (комбинированная рас-

пределительная электрическая сеть

0,4–0,95 кВ с применением индивиду-

альных ТП 0,95/0,4 кВ и 0,55/0,23 кВ)

Стоимость строи-

тельства

24 177 тыс. руб.

12 819 тыс. руб.

Суммарные эксплу-

атационные затраты 1003 тыс. руб.

1292 тыс. руб.

Затраты на потери

электроэнергии

5811 тыс. руб.

6419 тыс. руб.

Суммарные затраты 30 991 тыс. руб.

20 530 тыс. руб.

самонесущих изолирован-

ных проводов типа СИП-2

или СИП-4 и стандартной

арматуры для их крепления.

Пример принципиальной

схемы сети 0,95 кВ представ-

лен на рисунке 2.

Для создания распреде-

лительной сети с примене-

нием индивидуальных транс-

форматорных

подстанций

и напряжения 0,95 кВ мо-

жет применяться значитель-

ная часть электротехничес-

кого оборудования, серий-

но выпускаемого в настоя-

щее время в России (таб-

лица 3).

Для оценки эффектив-

ности применения класса

напряжения 0,95 кВ и пред-

лагаемых технических ре-

шений проведен технико-

экономический анализ двух

вариантов построения сети

на основе виртуального на-

селенного пункта (традици-

онной распределительной

сети 10/0,4 кВ и комбиниро-

ванной распределительной

сети 10/0,95/0,4 кВ), рассчи-

таны расходы на 30-лет-

нюю эксплуатацию, включая

стоимость строительства,

стоимость потерь, обслужи-

вания и др. Сравнительный

анализ суммарных затрат

за 30-летнюю эксплуатацию

представлен в таблице 4.

Суммарные затраты на

предлагаемую сеть оказа-

лись на 34,5% ниже, чем на

традиционную сеть [4].

Рис

. 2.

Принципиальная

схема

сети

0,95

кВ

ВНТ

—

выключатель

нагрузки

кВ

;

Пр

—

предохранитель

кВ

;

—

си

–

ловой

трехобмоточный

трансформатор

6/0,95/0,4

кВ

мощностью

630

кВА

;

АВ

—

автоматический

выключатель

№

2 (65) 2021

Page 6

Данный проект был реализован в фи-

лиале «Россети Центр и Приволжье» —

«Нижновэнерго» в г. Богородске Нижего-

родской области.

В рамках проекта по построению ком-

бинированной сети 6/0,95/0,4/0,23 кВ

были осуществлены:

– замена устаревшей закрытой транс-

форматорной

подстанции

(ЗТП)

напряжением 6/0,4 кВ на блочную

комплектную трансформаторную под-

станцию в бетонной оболочке (БКТПБ)

производства НИПОМ с трехобмоточ-

ным трансформатором напряжением

6/0,95/0,4 кВ;

– перезавод всех действующих кабель-

ных линий электропередачи со старой ЗТП напря-

жением 6 кВ в РУ-6 кВ БКТПБ;

– установка кабельных вставок для перезавода

существующих линий 0,4 кВ на БКТПБ;

– реконструкция существующей линии 0,4 кВ

с заменой на кабельно-воздушную линию 0,4–

0,95 кВ с применением на линии напряжением

0,95 кВ индивидуальных трансформаторных под-

станций (ИТП) 0,95 (0,55)/0,4 (0,22) кВ мощ-

ностью 25 кВА с коммутационной аппаратурой,

ИТП установлены на опорах у потребителей

(1 ИТП на 3 индивидуальных дома);

– подвеска на опорах ВЛ проводов и светильников

уличного освещения на всем протяжении линий

(осуществлялась совместная подвеска проводов

(СИП-2) и провода уличного освещения);

– организация учета электроэнергии с автомати-

ческой передачей данных от индивидуальных

электросчетчиков.

ВЫВОДЫ

Мероприятия по техническому перевооружению

и реконструкции электрических сетей 0,4 кВ следу-

ет осуществлять путем совершенствования схем

Рис

. 3.

Блочная

КТП

6/0,95/0,4

кВ

мощностью

630

кВА

электроснабжения, внедрения прогрессивных тех-

нических решений, новых конструкций и оборудо-

вания, то есть созданием сетей нового поколения,

отвечающих экономико-экологическим требовани-

ям и современному техническому уровню распре-

деления энергии в соответствии с требованиями

потребителей.

Комбинированная сеть 0,4 кВ с сетью 0,95 кВ поз-

волит решить присутствующие проблемы распреде-

лительной сети для сельскохозяйственных объектов:

– уменьшить протяженности линий среднего напря-

жения;

– увеличить пропускную способность (увеличение

длинны линий низкого напряжения до 5 раз без

увеличения потерь);

– уменьшить коммерческие потери за счет невоз-

можности несанкционированного подключения

к сети без дополнительного оборудования;

– обеспечить возможность подключения систем

сбора-передачи информации;

– снизить себестоимость строительства распреде-

лительной сети за счет экономии участков земли,

уменьшения количества ТП, уменьшение протя-

женности ВЛ среднего напряжения.

ЛИТЕРАТУРА
1. Карапетян И.Г., Файбисович Д.Л.,

Шапиро И.М. Справочник по про-

ектированию электрических сетей.

Справочник, 4-е изд. М.: ЭНАС,

2017. 376 с.

2. СТО 34.01-21.1-001-2017. Распре-

делительные электрические сети

напряжением 0,4–110 кВ. Требо-

вания к технологическому про-

ектированию. Утв. распоряжени-

ем ПАО «Россети» от 02.08.2017

№ 400р. URL: http://docs.cntd.ru/

document/556381596.

3. Князев В. Энергоэффективная тех-

нология передачи электроэнер-

гии на напряжении 0,95 кВ //

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача

и распределение, 2016, № 5(38).

С. 42–45.

4. Водянников В.Т. Организационно-

экономические основы сельской

электроэнергетики. М.: ИКФ «Эк-

мос», 2003. 352 с.

REFERENCES
1. Karapetyan I.G., Faybisovich D.L.,

Shapiro I.M. Guide for electrical

network design. Guide, 4th edition.

Moscow, ENAS Publ., 2017. 376 p.

2. Company standard STO 34.01-

21.1-001-2017. 0,4-110 kV distri-

bution networks. Technical design

requirements. Approved by Ros-

seti, PJSC order dated 02.08.2017

no. 400r. URL: http://docs.cntd.ru/

document/556381596.

3. Knyazev V. Eﬃ cient power transmis-

sion technology for 0,95 kV //

ELEK-

TROENERGIYA. Peredacha i ras

–

predeleniye

[Electric Power. Trans-

mission & Distribution], 2016,

no. 5(38), pp. 42–45. (In Russian)

4. Vodyannikov V.T. Organizational-

economical grounds of rural power

industry. Moscow, IKF Eksmos Publ.,

2003. 352 p. (In Russian)

УПРАВЛЕНИЕ

СЕТЯМИ

Оригинал статьи: Новая концепция построения распределительных сетей для электроснабжения удаленных потребителей

Ключевые слова: распределительные сети, удаленный населенный пункт, класс напряжения, потери электроэнергии, эксплуатация

Читать онлайн

Действующие схемы низковольтных распределительных сетей сельскохозяйственного назначения сегодня не соответствуют современной нормативно-технической базе, снижают надежность электроснабжения, качество электроэнергии, увеличивают ее потери. Дополнительной проблемой является низкий уровень автоматизации сельских распределительных сетей и защиты от несанкционированных подключений. Согласно нормативно-технической документации (НТД), одним из самых перспективных и результативных способов решения описанных в статье проблем является применение новой концепции построения электрической сети 0,95 кВ. Потребители, находящиеся в непосредственной близости от трансформаторной подстанции (ТП), подключаются к сети 0,4 кВ от обмотки трансформатора 0,4 кВ, а удаленные потребители — к сети 0,95 кВ через индивидуальные столбовые трансформаторы 0,95/0,4 кВ или 0,55/0,23 кВ. При использовании такого решения ожидается снижение технических потерь электроэнергии на 5–10% и более и коммерческих на 30% от фактической величины.