102
ОБОРУДОВАНИЕ
О сравнении схем
распределительных устройств
узловых подстанций и некоторых
новых принципах их построения
УДК
621.316.37
Рассмотрены
схемы
распределительных
устройств
220
кВ
узловых
подстанций
и
новая
,
ранее
не
применявшаяся
,
схема
с
трехмерной
топологией
.
Выполнено
их
сравнение
с
использованием
цепей
Маркова
.
В
единой
модели
учтены
отказы
и
простои
электро
-
оборудования
.
Схемы
ранжированы
по
надежности
.
Выбор
схем
рассмотрен
как
двух
-
критериальная
технико
-
экономическая
задача
.
Р
аспределительные
устройства
(
РУ
)
узловых
подстанций
(
ПС
)
и
электростанций
,
которые
от
-
носятся
к
системообразующим
объектам
,
формируют
костяк
ЕНЭС
,
поэтому
их
параметры
имеют
страте
-
гическое
значение
для
страны
.
Схемы
электрических
соединений
,
конструк
-
ции
и
компоновки
РУ
определяют
их
параметры
.
Схемы
РУ
,
используемые
на
совре
-
менном
этапе
,
приведены
в
[1].
При
выборе
схемы
РУ
учитывают
:
надежность
,
экономичность
,
удобство
эксплуатации
,
гибкость
,
экологич
-
ность
,
компактность
,
унифицирован
-
ность
[2, 3].
Положения
данной
статьи
призваны
еще
раз
обратиться
к
вопросу
обосно
-
вания
и
выбора
схем
РУ
с
позиций
ди
-
леммы
«
экономичность
-
надежность
»
в
современных
условиях
.
Поэтому
за
-
дача
выбора
схемы
РУ
здесь
рассмо
-
трена
как
двухкритериальная
технико
-
экономическая
.
На
практике
схемы
РУ
выбираются
по
нормативным
документам
или
экс
-
пертно
,
без
количественной
оценки
надежности
.
Как
отмечено
в
[4],
совре
-
менными
нормативными
документами
не
установлено
,
что
такое
уровени
на
-
дежности
и
правила
(
процедуры
)
их
определения
,
только
конкретные
ко
-
личественные
показатели
позволяют
оценивать
технические
решения
,
оп
-
тимизировать
их
на
всех
стадиях
—
от
проектирования
до
эксплуатации
.
Цель
исследования
—
сравнить
схемы
РУ
через
конкретные
количе
-
ственные
показатели
.
В
сравнении
рассмотреть
существующие
схемы
РУ
,
а
также
новую
схему
с
трехмерной
топологией
,
предложенную
в
[5],
где
каждое
присоединение
подключает
-
ся
через
развилку
из
разъединителей
таким
образом
,
что
граф
схемы
изо
-
морфен
выпуклому
многограннику
,
в
котором
каждое
присоединение
и
его
разъединители
образуют
ребро
,
в
вер
-
шинах
установлены
коммутационные
аппараты
,
причем
в
одной
вершине
соединяются
не
более
трех
ребер
;
присоединение
отключается
выключа
-
телями
инцидентных
вершин
.
Для
ком
-
мутации
токов
в
каждой
вершине
уста
-
навливаются
по
меньшей
мере
два
обычных
выключателя
или
же
один
особый
аппарат
— 3D-
выключатель
.
3D-
выключатель
—
это
выключатель
,
который
имеет
три
вывода
для
подклю
-
чения
разных
цепей
,
главные
контакты
дугогасительных
разрывов
соединяют
-
ся
по
схеме
звезды
,
лучи
которой
со
-
держат
выводы
устройства
,
образуя
3D-
выключатель
.
Например
,
это
вы
-
ключатель
с
двумя
дугогасительными
разрывами
,
соединенными
по
схеме
неполной
звезды
на
общей
опорной
конструкции
с
одним
приводом
на
три
фазы
.
Такой
3D-
выключатель
может
использовать
стандартные
элементы
выключателей
.
Его
стоимость
прогно
-
зируется
на
уровне
160–180%
от
стои
-
мости
типового
.
Вопросы
компоновочной
реализации
трехмерных
схем
рассмотрены
в
[6].
Новая
схема
позволяет
взять
в
ре
-
монт
любой
электроаппарат
без
поте
-
ри
присоединения
.
Ремонты
—
важное
направление
обеспечения
надежности
и
рассмотрены
в
[7],
где
в
том
числе
показано
,
что
совмещение
ремонтов
Гринев
Н
.
В
.,
начальник
отдела
по
технической
экспертизе
проектной
документации
службы
эксплуатации
и
диагностики
ПС
филиала
ПАО
«
Россети
» —
МЭС
Урала
Ключевые
слова
:
высоковольтное
распределительное
устройство
,
надежность
схем
электрических
соединений
103
основных
элементов
сети
и
присоединений
РУ
вле
-
чет
увеличение
их
длительности
.
МАТЕРИАЛЫ
И
МЕТОДЫ
Для
рассмотрения
указанной
двухкритериальной
задачи
необходимы
количественные
параметры
.
В
критерии
экономичности
пусть
это
будет
величи
-
на
капитальных
затрат
на
основное
оборудование
,
а
в
критерии
надежности
—
недоотпуск
электроэнер
-
гии
потребителю
.
В
[8]
недоотпуск
электроэнергии
рассматривают
в
составе
системного
эффекта
Э
от
суммарного
сни
-
жения
затрат
в
системе
,
который
затем
сравнивают
с
затратами
по
проекту
З
.
Э
=
t
(
Cn
t
(
x
) +
Cw
t
(
x
) +
Cu
t
(
x
) +
Cp
t
(
x
))
(1 +
d
)
–
t
x
R
, (1)
З
=
t
(
C
t
K
(
x
) +
C
t
O
(
x
)) × (1 +
d
)
–
t
,
где
Cn
t
,
Cw
t
,
Cu
t
,
Cp
t
—
снижение
затрат
на
ввод
мощности
,
снижение
издержек
на
выработку
и
транспорт
электроэнергии
,
снижение
ущерба
у
по
-
требителей
,
дополнительная
прибыль
от
экспорта
электроэнергии
,
соответственно
;
d
—
ставка
дискон
-
тирования
;
R
—
область
ограничений
;
C
t
K
, C
t
O
–
капи
-
тальные
и
операционные
затраты
,
соответственно
.
Переменными
x
являются
мероприятия
по
сооруже
-
нию
электроустановок
.
Постановка
(1)
отражает
принцип
максимизации
системного
эффекта
и
минимизации
суммарных
при
-
веденных
затрат
на
электроснабжение
потребителей
при
соблюдении
обязательных
требований
к
функ
-
ционированию
энергосистем
.
Известно
,
что
одной
из
проблем
постановки
(1)
является
сложность
опи
-
сания
R
,
другой
—
корректность
оценки
ущерба
для
разных
отраслей
.
В
настоящей
статье
постановка
(1)
упрощена
и
преобразована
в
двухкритериальную
задачу
по
критериям
:
минимизация
затрат
и
минимизация
ве
-
роятностей
нахождения
в
состояниях
отказов
и
ре
-
монтов
.
Затраты
на
основное
оборудование
C
t
K
(
x
)
в
ценах
2018
года
определены
в
[5].
А
второй
показатель
рассмо
-
трим
подробнее
.
Показатели
надежности
эле
-
ментов
энергосистем
рассматри
-
вались
в
большом
количестве
публикаций
,
например
в
[9–14].
События
отказов
и
простоев
,
как
правило
,
описываются
через
пара
-
метры
потоков
:
частоту
и
, 1/
год
;
продолжительность
восстановле
-
ния
T
B
и
T
П
,
ч
,
соответственно
.
Используя
метод
декомпози
-
ции
,
любое
РУ
принято
делить
на
монтажные
единицы
,
такой
еди
-
ницей
является
ячейка
выключа
-
теля
.
Применив
двойную
деком
-
позицию
,
разделим
ячейку
на
три
зоны
по
последствиям
отказов
/
ремонтов
:
–
зона
1 —
зона
присоединения
(
отказ
здесь
лик
-
видируется
отключением
выключателя
;
в
этом
состоянии
присоединение
теряется
на
время
вос
-
становления
);
ремонт
возможен
только
вместе
с
присоединением
;
имеет
место
у
всех
схем
.
–
зона
2 —
зона
собственно
выключателя
с
при
-
водом
,
трансформаторов
тока
,
вторичных
цепей
(
при
отказе
здесь
теряются
смежные
присоедине
-
ния
на
время
оперативных
переключений
;
потеря
присоединения
на
время
ремонта
имеется
лишь
в
некоторых
схемах
);
–
зона
3 —
зона
сборных
шин
(
отказ
здесь
ликвиди
-
руется
защитой
шин
с
отключением
смежных
при
-
соединений
;
ремонт
возможен
с
выводом
сбор
-
ных
шин
;
здесь
шинные
разъединители
и
сборные
шины
объединены
).
Таким
образом
,
система
имеет
пять
состояний
:
– «0»
—
базовое
состояние
(
все
элементы
в
работе
);
– «1…3»
—
состояние
при
переходе
в
зону
1…3;
– «4»
—
ремонт
ячейки
.
В
результате
событий
(
ремонтов
и
отказов
)
объ
-
екты
эволюционируют
из
одного
состояния
в
другое
.
В
модели
потоки
событий
описываются
через
траек
-
тории
переходов
между
состояниями
.
Граф
модели
приведен
на
рисунке
1.
Используем
цепи
Марко
-
ва
(
ЦМ
).
Метод
выбран
,
так
как
легко
реализуется
в
Microsoft Excel,
в
нем
отсутствуют
медленные
в
вы
-
числительном
плане
преобразования
и
итерацион
-
ные
процедуры
,
используется
в
[15, 16].
Статистическая
модель
может
быть
описана
сис
-
темой
линейных
уравнений
вида
[17]:
N
P
(
A
)
i
= 1
(2)
i
=0
A
∙
P
(
A
) = 0
,
где
P
(
A
) —
вектор
вероятностей
состояний
P
(
A
) =
=
P
(
A
)
0
, …,
P
(
A
)
i
;
N
—
количество
состояний
;
A
—
матрица
переходов
размера
N
N
.
Матрица
переходов
заполняется
по
следующим
правилам
:
1)
множество
вершин
графа
совпадает
со
множе
-
ством
состояний
;
Рис
. 1.
Граф
расчетной
модели
с
использованием
ЦМ
0 —
работоспособное
состояние
1 —
отказ
элемента
в
Зоне
1
2 —
отказ
элемента
в
Зоне
2
3 —
отказ
элемента
в
Зоне
3
4 —
ремонт
0
4
3
2
1
ВЛ
(
АТ
)
Зона
1
Зона
2
Зона
3
№
3 (78) 2023
104
ОБОРУДОВАНИЕ
2)
элементы
на
главной
диагонали
—
это
взятые
со
знаком
«
минус
»
суммы
элементов
по
j
-
му
столбцу
:
a
ij
= (
ij
+
ij
),
i
=
j
= 0…
N
; (3)
3)
элементы
за
пределами
главной
диагонали
i
,
j
(
i
j
) —
это
ориентированные
ребра
i
j
(
ин
-
тенсивности
перехода
из
i
-
го
состояния
в
j
-
е
):
a
ij
=
ji
ji
,
i
j
. (4)
Интенсивности
переходов
рассчитываются
по
вы
-
ражениям
:
=
n
i
=1
i
;
=
n
i
=1
i
/
n
i
=1
i
T
В
(
П
)
, (5)
где
n
—
количество
элементов
в
системе
.
Термины
«
частота
»
и
«
интенсивность
»
использу
-
ются
согласно
[17].
Решением
системы
уравнений
(2)
является
век
-
тор
P(A).
Ожидаемое
количество
недоотпущенной
потребите
-
лям
РУ
электроэнергии
W
за
1
год
(
суммарный
недоот
-
пуск
всем
K
потребителям
)
определяется
по
формуле
:
W
=
K
=1
n
P
max
i
P
(
A
)
i
8760,
(6)
где
K —
количество
присоединений
;
P
max
i
—
расчет
-
ная
мощность
,
которая
теряется
при
отказе
или
про
-
стое
в
i
-
й
зоне
k
-
го
присоединения
.
Показатель
W
удобен
тем
,
что
для
РУ
как
сложной
технической
системы
это
—
один
количественный
пока
-
затель
,
который
не
зависит
от
схемы
прилегающей
сети
.
Однако
следует
отметить
,
что
данный
показатель
явля
-
ется
условным
,
и
для
демонстрации
этого
обстоятель
-
ства
в
дальнейшем
будем
использовать
в
его
обозначе
-
нии
штрих
—
W'
.
А
условный
он
потому
,
что
реальный
недоотпуск
у
потребителя
происходит
лишь
при
потере
двух
взаиморезервируемых
питающих
цепей
,
так
как
большинство
из
них
получают
питание
по
двум
цепям
.
Полученную
двухкритериальную
задачу
будем
решать
двумя
способами
: 1)
оптимизацией
по
Паре
-
то
, 2)
по
методу
идеальной
точки
.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Для
демонстрации
методики
берется
ОРУ
220
кВ
на
12
присоединений
(
рисунок
2).
Для
него
могут
быть
рассмотрены
схемы
: 220-9; 220-9
Н
; 220-12; 220-12
Н
;
220-13; 220-13
Н
; 220-16,
а
также
схема
с
трехмерной
топологией
— 220-3D.
Принима
-
ются
следующие
значения
P
max
:
ЛЭП
— 40
МВт
;
автотрансформа
-
тора
— 200
МВт
;
секции
/
системы
сборных
шин
— 200/500
МВт
.
Данные
по
отказам
опубликова
-
ны
в
[10–13],
а
по
ремонтам
—
в
[7]:
–
средняя
частота
простоев
сбор
-
ных
шин
— 1,0 1/
год
;
–
средняя
частота
отказов
ячейки
ЭВ
— 0,01 1/
год
(
этот
поток
име
-
ет
распределение
по
зонам
1–3:
25%, 50%, 25%);
–
средняя
частота
отказов
в
зоне
3,
если
ШР
без
функций
/
с
функци
-
ями
ОП
, — 0,0012/0,004 1/
год
,
соответственно
.
–
средняя
длительность
простоя
ячейки
с
одним
,
двумя
ЭВ
,
а
также
с
одним
ЭВ
и
с
совмещением
простоев
с
присоединением
— 100/120/155
ч
[7].
Параметры
отказов
и
простоев
3D-
выключателя
220
кВ
с
некоторой
осторожностью
примем
по
ЭВ
500
кВ
:
= 0,01 1/
год
,
= 1,05 1/
год
[7].
Тогда
интенсивности
переходов
получаются
следующи
-
ми
(
в
индексах
указаны
начальное
и
конечное
состояние
):
–
01
= 25% × 0,01= 0,0025 1/
год
,
02
= 50% ×
× 0,01 = 0,005 1/
год
;
–
03
= 25% × 0,01 + 0,0012 + 1,0 = 1,0037 1/
год
,
без
функции
ОП
;
–
03
= 25% × 0,01 + 0,004 + 1,0 = 1,0065 1/
год
,
с
функцией
ОП
;
–
24
= 4380,0 1/
год
(
длительность
ОП
— 2
ч
);
–
10
=
40
= 8760/100 = 87,6 1/
год
(
с
одним
ЭВ
на
присое
-
динение
);
аналогично
10
=
40
= 73,0 1/
год
(
с
двумя
ЭВ
на
присоединение
),
10
=
40
= 56,5161 1/
год
(
с
одним
ЭВ
на
присоединение
и
с
совмещением
простоев
);
–
30
= 2190,0 1/
год
(
длительность
простоя
сборных
шин
— 4
ч
,
с
учетом
возможной
расшиновки
ШР
для
ремонта
) [12];
–
04
= 1,20 – 0,0075 = 1,1925 1/
год
(
для
ЭВ
);
–
04
= 1,05 – 0,0075 = 1,0425 1/
год
(
для
элегазового
3D-
выключателя
);
–
04
= 1,43 – 0,0075 = 1,4225 1/
год
(
с
двумя
ЭВ
на
присоединение
);
–
04
= 0,75 – 0,0075 = 0,7425 1/
год
(
с
одним
ЭВ
на
присоединение
и
с
совмещением
простоев
ячей
-
ки
и
присоединения
).
В
качестве
демонстрации
матрицу
переходов
A
из
системы
уравнений
(2)
приведем
для
схемы
220-9,
для
остальных
схем
расчет
и
заполнение
аналогичны
:
1
1 1 1 1
–1,7562 56,5161 0 2190
56,5161
A
= 0,0025
–56,5161 0
0
0
0,005
0 –4380 0
0
1,0037
0
0 –2190 0
Из
системы
уравнений
(2)
найдем
вектор
P
(
A
):
P
(
A
)
0
P
(
A
)
1
P
(
A
)
2
P
(
A
)
3
P
(
A
)
4
=
0,986413
4,36E-05
1,13E-06
0,000452
0,01309
Рис
. 2.
Детализация
схем
по
номерам
9
9
Н
12
Н
13
Н
13
16
12
105
Результаты
расчетного
моделирования
для
всех
рассмотренных
схем
и
сравнение
по
величине
не
-
доотпуска
электроэнергии
приведены
в
табли
-
цах
1
и
2.
По
величине
влияния
на
общий
результат
выде
-
ленные
состояния
можно
распределить
следующим
образом
:
–
наименьшее
влияние
—
у
состояния
2 (
так
как
при
отказе
в
зоне
2
поврежденный
элемент
вы
-
водится
в
ремонт
,
и
хотя
его
влияние
наимень
-
шее
,
именно
это
состояние
чаще
всего
имеет
самую
резо
-
нансную
окраску
);
–
второе
—
у
состояния
1 (
явля
-
ется
условной
константой
для
всех
схем
);
–
третье
—
у
состояния
3 (
обус
-
ловлено
наличием
секции
/
сис
-
темы
шин
;
заметное
влияние
для
схем
с
секционными
и
ши
-
носоединительными
выключа
-
телями
);
–
наибольшее
—
у
состояния
4
(
характерно
для
схем
,
где
при
простое
теряется
присоедине
-
ние
(220-9, 220-9
Н
, 220-13)).
Полученные
результаты
поз
-
воляют
ранжировать
схемы
по
надежности
(
от
более
надежной
схемы
к
менее
): 220-3D; 220-16;
220-12
Н
; 220-12; 220-13
Н
; 220-9
Н
;
220-9; 220-13.
Изменение
надеж
-
ности
на
2
порядка
—
это
весомое
основание
для
выбора
более
на
-
дежного
решения
.
Полученный
ряд
корреспондируется
с
извест
-
ными
результатами
,
что
свиде
-
тельствует
о
достоверности
пред
-
ложенной
модели
.
Однако
более
ранние
оценки
,
как
правило
,
учи
-
тывали
параметры
присоедине
-
ний
и
не
содержали
подобного
ранжирования
.
В
таблице
3
приведены
коли
-
чественные
параметры
выбран
-
ных
критериев
:
капитальные
за
-
траты
на
основное
оборудование
C
t
K
(
x
)
в
ценах
2018
года
(
из
[5])
и
рассчитанный
условный
недоот
-
пуск
электроэнергии
W'
.
Значения
приведены
в
виде
дроби
,
в
числи
-
Табл
. 1.
Вероятность
состояния
P
(
A
)
i
,
о
.
е
.
Схема
РУ
Состояние
0
1
2
3
4
Итого
220-9
ВЛ
,
АТ
9,86E-01 4,36E-05 1,13E-06 4,52E-04 1,31E-02
1
СВ
9,86E-01 4,52E-04 1,13E-06 4,52E-04 1,35E-02
220-9
Н
ВЛ
9,86E-01 4,36E-05 1,13E-06 4,52E-04 1,31E-02
АТ
9,75E-01 6,68E-05 1,22E-06 4,47E-04 2,47E-02
220-12
ВЛ
,
АТ
9,86E-01 5,63E-05 1,13E-06 4,52E-04 1,35E-02
СВ
9,86E-01 4,52E-04 1,13E-06 4,52E-04 1,35E-02
220-12
Н
ВЛ
9,86E-01 5,63E-05 1,13E-06 4,52E-04 1,35E-02
АТ
9,75E-01 6,68E-05 1,22E-06 4,47E-04 2,47E-02
220-13
ВЛ
,
АТ
9,86E-01 4,36E-05 1,13E-06 4,53E-04 1,31E-02
СВ
9,86E-01 4,52E-04 1,13E-06 4,52E-04 1,35E-02
220-13
Н
ВЛ
9,86E-01 5,63E-05 1,13E-06 4,53E-04 1,35E-02
ШСВ
9,86E-01 4,52E-04 1,13E-06 4,52E-04 1,35E-02
220-16
ВЛ
-
СШ
9,86E-01 2,81E-05 1,13E-06 4,52E-04 1,35E-02
ВЛ
-
ВЛ
9,90E-01 5,02E-05 1,69E-06 5,02E-05 1,02E-02
220-3D
ВЛ
9,88E-01 2,82E-05 1,69E-06 0,00E+00 1,18E-02
Табл
. 2.
Условный
недоотпуск
электроэнергии
W'
,
МВт
·
ч
/
год
Схема
РУ
Состояние
Итого
W'
Зона
1
(
отказ
в
сторону
присоеди
-
нения
)
Зона
2
(
УРОВ
)
Зона
3
(
отказ
СШ
)
Зона
4
(
ремонт
)
МВт
·
ч
/
год
о
.
е
.
220-9
305,79
36,49
12 671,49 91 736,40 104 750,17
0,862
220-9
Н
386,85
40,83
11 051,47 45 868,20
57 347,35
0,472
220-12
394,39
36,48
12 666,67
0,00
13 097,54
0,108
220-12
Н
431,15
40,82
11 048,02
0,00
11 520,00
0,095
220-13
305,79
36,49
29 381,84 91 736,29 121 460,41
1,000
220-13
Н
394,39
36,48
31 354,54
0,00
31 785,41
0,262
220-16
184,35
26,06
6 404,13
0,00
6 614,54
0,054
220-3D
197,63
23,72
0,00
0,00
221,34
0,002
Табл
. 3.
Экономико
-
надежностные
показатели
Схема
РУ
220-9
220-9
Н
220-12
220-12
Н
220-13
220-13
Н
220-16
220-3D
Критерий
1
(
капитальные
затраты
,
тыс
.
руб
.)
363 441
391 398
469 827
485 718
435 837
542 223
463 794
435 088
0,670
0,722
0,866
0,896
0,804
1
0,855
0,802
Критерий
2
Расчетный
недоотпуск
,
МВт
·
ч
/
год
104768
57384
13116
11557
121479
31804
6703
221
0,862
0,472
0,108
0,095
1
0,262
0,054
0,002
Критерий
по
методу
идеальной
точки
,
о
.
е
.
0,864
0,487
0,287
0,310
1,020
0,478
0,261
0,202
теле
—
в
абсолютных
значениях
(
информационно
),
в
знаменателе
—
в
нормированном
виде
.
Оптимизация
по
Парето
выполнена
на
рисунке
3.
Линия
оптимальных
по
Парето
значений
включает
в
себя
схемы
: 220-9, 220-9
Н
и
220-3D.
Интересно
,
что
последняя
заняла
в
этом
ряду
место
полуторной
схемы
.
Глобальный
критерий
по
методу
идеальной
точки
,
в
качестве
которой
взята
точка
{0,001;0,600},
демон
-
стрирует
,
что
наиболее
сбалансирована
по
экономико
-
№
3 (78) 2023
106
ОБОРУДОВАНИЕ
надежностным
показателям
схема
220-3D.
Сразу
за
ней
идет
полуторная
схема
,
а
затем
—
схемы
220-12,
220-12
Н
.
Самая
распространенная
схема
220-13
Н
имеет
менее
привлекательные
показатели
.
Стоит
отметить
,
что
в
методе
идеальной
точки
критерии
имеют
равную
значимость
,
а
их
взаимное
сопоставление
является
предметом
отдельной
дис
-
куссии
,
но
некоторую
оценку
можно
выполнить
.
На
-
пример
,
линейная
свертка
показывает
,
что
схема
220-9
становится
более
предпочтительной
только
при
значимости
критерия
надежности
0,1
и
менее
,
что
недопустимо
.
ОБСУЖДЕНИЕ
Для
электросетевой
компании
полученные
результа
-
ты
на
практике
проявляются
в
том
,
что
для
схем
,
рас
-
считанных
на
совмещение
простоев
,
сложнее
полу
-
чать
отключения
,
здесь
выше
доля
неплановых
работ
.
С
точки
зрения
потребителя
(
условного
про
-
мышленного
предприятия
,
имеющего
ПС
глубо
-
кого
ввода
)
для
двух
схем
,
различающихся
меж
-
ду
собой
только
схемой
РУ
питающей
ПС
(220-9
или
220-12
Н
),
взяв
из
[14]
усредненные
данные
по
ЛЭП
длиной
43
км
(
О
= 0,172
год
–1
;
T
В
= 10
ч
;
П
= 1,118
год
–1
;
T
П
= 100
ч
),
получим
вероятность
по
-
тери
в
течение
года
обеих
цепей
питания
ПС
потре
-
бителя
0,000043
и
0,000012
соответственно
.
То
есть
мгновенный
коэффициент
неготовности
(
вероят
-
Рис
. 3.
Оптимизация
по
Парето
ность
того
,
что
потребитель
окажется
в
неработоспо
-
собном
состоянии
в
момент
времени
t
)
отличается
в
4
раза
,
что
существенно
.
Полученные
значения
не
должны
успокаивать
своим
малым
порядком
,
ведь
они
обусловлены
исключительно
схемой
питающего
центра
и
будут
усугублять
иные
события
объектив
-
ного
характера
.
С
ростом
числа
потребителей
в
мас
-
штабах
энергорайона
вероятность
такого
события
растет
.
Длительность
простоев
ЛЭП
,
подключенных
к
РУ
,
прямо
влияет
на
потери
электроэнергии
в
них
.
В
[18],
например
,
упоминается
,
что
обходная
система
сбор
-
ных
шин
окупается
уже
за
счет
снижения
потерь
в
ЛЭП
.
Этот
эффект
является
сугубо
практическим
и
может
быть
приложен
и
здесь
.
ВЫВОДЫ
Для
оценки
надежности
РУ
предложена
модель
,
учи
-
тывающая
как
отказы
,
так
и
простои
оборудования
с
помощью
цепей
Маркова
.
Проведенный
анализ
по
-
казал
:
1.
Полуторная
—
наиболее
надежная
и
сбаланси
-
рованная
среди
схем
РУ
,
которые
применяются
на
современном
этапе
,
что
согласуется
с
устояв
-
шимся
мнением
и
тем
,
что
она
распространена
в
сетях
500
кВ
.
2.
Секции
предпочтительнее
,
чем
системы
сборных
шин
,
что
корреспондируется
с
выводом
из
[12].
При
этом
наличие
собственно
сборных
шин
(
как
систем
,
так
и
секций
)
способствует
снижению
на
-
дежности
РУ
.
3.
Отказ
от
обходной
системы
сборных
шин
,
воз
-
можно
,
нецелесообразен
.
Полученные
результаты
позволяют
ранжировать
схемы
по
надежности
(
от
более
надежной
схемы
к
менее
): 220-3D; 220-16; 220-12
Н
; 220-12; 220-13
Н
;
220-9
Н
; 220-9; 220-13.
При
решении
двухкритери
-
альной
технико
-
экономической
задачи
полученный
ряд
схем
видоизменяется
к
следующему
(
от
более
сбалансированной
схемы
к
менее
): 220-3D; 220-16;
220-12; 220-12
Н
; 220-9
Н
; 220-13
Н
; 220-9; 220-13.
ЛИТЕРАТУРА
1.
ГОСТ
Р
59279-2020.
Схемы
прин
-
ципиальные
электрические
рас
-
пределительных
устройств
от
35
до
750
кВ
подстанций
.
Типовые
ре
-
шения
.
Рекомендации
по
приме
-
нению
. URL: https://docs.cntd.ru/
document/1200177281.
2.
Ершевич
В
.
В
.,
Зейлингер
А
.
Н
.,
Ил
-
ларионов
Г
.
А
.
и
др
.
Справочник
по
проектированию
электроэнергети
-
ческих
систем
.
Под
ред
.
С
.
С
.
Роко
-
тяна
и
И
.
М
.
Шапиро
. 3-
е
изд
.,
пере
-
раб
.
и
доп
.
М
.:
Энергоатомиздат
,
1985. 352
с
.
3.
Карапетян
И
.
Г
.,
Файбисович
Д
.
Л
.,
Шапиро
И
.
М
.
Справочник
по
про
-
ектированию
электрических
сетей
.
Под
ред
.
Д
.
Л
.
Файбисовича
. 4-
е
изд
.,
перераб
.
и
доп
.
М
.:
ЭНАС
,
2012. 376
с
.
4.
Надежность
систем
энергетики
:
проблемы
,
модели
и
методы
их
решения
.
Отв
.
ред
.
Н
.
И
.
Воро
-
пай
.
Новосибирск
.:
Наука
, 2014.
282
с
.
5.
Гринев
Н
.
В
.
Новый
способ
постро
-
ения
схем
распределительных
устройств
//
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ
.
Передача
и
распределение
, 2021,
№
5(68).
С
. 120–125.
6.
Гринев
Н
.
В
.
О
компоновочных
ре
-
шениях
для
распределительных
устройств
110–220
кВ
с
трехмер
-
ной
топологией
схем
//
ЭЛЕКТРО
-
ЭНЕРГИЯ
.
Передача
и
распреде
-
ление
, 2022,
№
1(70).
С
. 82–88.
7.
Гринев
Н
.
В
.
О
ремонтах
оборудова
-
ния
распределительных
устройств
220–500
кВ
узловых
подстанций
и
их
схемах
//
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ
.
Передача
и
распределение
, 2022,
№
4(73).
С
. 71–77.
8.
СО
153-34.20.118-2003.
Методи
-
ческие
рекомендации
по
про
-
ектированию
развития
энерго
-
систем
.
Утверждены
приказом
Минэнерго
России
от
30.06.2003
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
C
к
(
x
)
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
W'
Идеальная
точка
Линия
оптимальных
значений
по
Парето
220-13H
220-12H
220-9H
220-9
220-13
220-12
220-16
220-3D
107
№
281. URL: https://docs.cntd.ru/
document/1200045669.
9.
Мисриханов
М
.
Ш
.,
Мозгалев
К
.
В
.,
Шунтов
А
.
В
.
О
надежности
КРУЭ
и
коммутационных
аппаратов
с
традиционной
изоляцией
//
Элек
-
трические
станции
, 2003,
№
11.
С
. 32–39.
10.
Абдурахманов
А
.
М
.,
Мисриха
-
нов
М
.
Ш
.,
Неклепаев
Б
.
Н
.,
Шунтов
А
.
В
.
Еще
раз
о
составляющих
мо
-
дели
отказа
выключателя
//
Элек
-
трические
станции
, 2005,
№
4.
С
. 41–48.
11.
Абдурахманов
А
.
М
.,
Мисриха
-
нов
М
.
Ш
.,
Неклепаев
Б
.
Н
.,
Шун
-
тов
А
.
В
.
Об
особенностях
струк
-
туры
параметра
потока
отказов
выключателя
//
Электрические
станции
, 2005,
№
5.
С
. 54–57.
12.
Абдурахманов
А
.
М
.,
Мисриха
-
нов
М
.
Ш
.,
Федоров
В
.
Е
.,
Шун
-
тов
А
.
В
.
Об
изменении
подходов
к
применению
рабочих
,
резерв
-
ных
и
обходных
систем
сборных
шин
подстанций
//
Электрические
станции
, 2009,
№
4.
С
. 23–28.
13.
Дементьев
Ю
.
А
.,
Мисриханов
М
.
Ш
.,
Столяров
Е
.
И
.,
Абдурахманов
А
.
М
.,
Федоров
В
.
Е
.,
Шунтов
А
.
В
.
О
на
-
дежности
ячеек
элегазовых
выклю
-
чателей
110–750
кВ
подстанций
//
Электрические
станции
, 2011,
№
1.
С
. 51–54.
14.
Абдурахманов
А
.
М
.,
Глушкин
С
.
В
.,
Протасенко
И
.
С
.,
Шунтов
А
.
В
.
О
характеристиках
надежности
воздушных
линий
основной
сети
энергосистем
//
Электричество
,
2018,
№
8.
С
. 12–17.
15.
ГОСТ
Р
МЭК
61165-2019.
Надеж
-
ность
в
технике
.
Применение
мар
-
ковских
методов
. URL: https://docs.
cntd.ru/document/1200167576.
16
ГОСТ
Р
27.010-2019 (
МЭК
61703:2016).
Надежность
в
технике
.
Матема
-
тические
выражения
для
пока
-
зателей
безотказности
,
готовно
-
сти
,
ремонтопригодности
. URL:
https://docs.cntd.ru/document/
1200167729.
17.
Трубицын
В
.
И
.
Надежность
элек
-
тростанций
.
Учеб
.
для
вузов
.
М
.:
Энергоатомиздат
, 1997. 240
с
.
18.
Балаков
Ю
.
Н
.,
Мисриханов
М
.
Ш
.,
Шунтов
А
.
В
.
Схемы
выдачи
мощ
-
ности
электростанций
:
методо
-
логические
аспекты
формирова
-
ния
.
М
.:
Энергоатомиздат
, 2002.
287
с
.
REFERENCES
1. State standard GOST R 59279-2020.
Uni
fi
ed power energy system and
isolated power systems. Electrical
networks. Basic circuit diagrams of
switchgears at voltages from 35 kV
up to 750 kV for substations. Ge-
neric solutions. Application recom-
mendations. URL: https://docs.cntd.
ru/document/1200177281.
2. Yershevich V.V., Zeylinger A.N., Illa-
rionov G.A. and others. The guide
on power system design. Under edi-
torship of Rokotyan S.S. and Shap-
iro I.M. Third edition, revised. Moscow,
Energoatomizdat Publ., 1985. 352
p. (In Russian)
3. Karapetyan I.G., Faybisovich D.L.,
Shapiro I.M. The guide on electric
network design. Under editorship of
Faybisovich D.L. Fourth edition, re-
vised. Moscow, ENAS Publ., 2012.
376 p. (In Russian)
4. Reliability of power systems: mod-
els, problems and methods of their
solution. Voropay N.I., Editor in chief.
Novosibirsk, Nauka Publ., 2014.
282 p. (In Russian)
5. Grinev N.V. A new method of switch-
gear diagram design //
ELEKTRO-
ENERGIYA. Peredacha i raspredele-
niye
[ELECTRIC POWER. Transmis-
sion and distribution], 2021, no. 5(68),
pp. 120-125. (In Russian)
6. Grinev N.V. On solutions for com-
ponents of 110-220 kV switchgears
with three-dimensional topology diag-
rams //
ELEKTROENERGIYA. Pere-
dacha i raspredeleniye
[ELECTRIC
POWER. Transmission and Distribu-
tion], 2022, no. 1(70), pp. 82-88. (In
Russian)
7. Grinev N.V. On repair of 220-500 kV
node substation switchgears and
their diagrams //
ELEKTROENER-
GIYA. Peredacha i raspredeleniye
[ELECTRIC POWER. Transmission
and Distribution], 2022, no. 4(73),
pp. 71-77. (In Russian)
8. Company standard SO 153-34.20.
118-2003. Methodical guidelines
on the strategy of power sys-
tem development. Approved by
the order of the Ministry of En-
ergy of Russia dated 30.06.2003
no.
№
281. URL: https://docs.cntd.
ru/document/1200045669.
9. Misrikhanov M.Sh., Mozgalev K.V.,
Shuntov A.V. On reliability of switch-
yards and switchgears with con-
ventional insulation //
Elektriches-
kiye stantsii
[Electric power stations],
2003, no. 11, pp. 32-39. (In Russian)
10. Abdurakhmanov A.M., Misrikha-
nov M.Sh., Neklepaev B.N., Shunt-
ov A.V. Once again about com-
ponents of the CB failure model //
Elektricheskiye stantsii
[Electric pow-
er stations], 2005, no. 4, pp. 41-48. (In
Russian)
11. Abdurakhmanov A.M., Misrikha-
nov M.Sh., Neklepaev B.N., Shunt-
ov A.V. On speci
fi
c features of the
CB failure rate composition //
Elek-
tricheskiye stantsii
[Electric power
stations], 2005, no. 5, pp. 54-57.
(In Russian)
12. Abdurakhmanov A.M., Misrikha-
nov M.Sh., Fedorov V.E., Shun-
tov A.V. On changing the approach-
es to applying operating, redundant
and bypass systems of substation
busbars //
Elektricheskiye stan-
tsii
[Electric power stations], 2009,
no. 4, pp. 23-28. (In Russian)
13. Dementiev Yu.A., Misrikhanov M.Sh.,
Stolyarov E.I., Abdurakhmanov A.M.,
Fedorov V.E., Shuntov A.V. On reli-
ability of SF6 circuit-breakers for
110-750 kV substations //
Elek-
tricheskiye stantsii
[Electric power
stations], 2011, no. 1, pp. 51-54. (In
Russian)
14. Abdurakhmanov A.M., Glushkin S.V.,
Protasenko I.S., Shuntov A.V. On
characteristics of OHL reliability
in the bulk power system //
Elek-
trichestvo
[Electricity], 2018, no. 8,
pp. 12-17. (In Russian)
15.
State standard GOST R IEC
61165-2019. Dependability in tech-
nics. Application of Markov tech-
niques. URL: https://docs.cntd.ru/
document/1200167576.
16. State standard GOST R 27.010-2019
(IEC 61703:2016). Dependability in
technics. Mathematical expressions
for reliability, availability, maintain-
ability measures. URL: https://docs.
cntd.ru/document/1200167729.
17. Trubitsyn V.I. Electric power station
reliability. Student guide. Moscow,
Energoatomizdat Publ., 1997. 240 p.
(In Russian)
18. Balakov Yu.N., Misrikhanov M.Sh.,
Shuntov A.V. Power output dia-
grams: methodological aspects of
formation. Moscow, Energoatomiz-
dat Publ., 2002. 287 p. (In Russian)
№
3 (78) 2023
Оригинал статьи: О сравнении схем распределительных устройств узловых подстанций и некоторых новых принципах их построения
Рассмотрены схемы распределительных устройств 220 кВ узловых подстанций и новая, ранее не применявшаяся, схема с трехмерной топологией. Выполнено их сравнение с использованием цепей Маркова. В единой модели учтены отказы и простои электрооборудования. Схемы ранжированы по надежности. Выбор схем рассмотрен как двухкритериальная технико-экономическая задача.
