60
электрические сети 20 кВ
Повышение надежности
электрических сетей 20 кВ
в системах электроснабжения
мегаполисов
УДК
621.311
Майоров
А
.
В
.,
к
.
т
.
н
.,
генеральный
директор
АО
«
Объединенная
энергетическая
компания
»
Рассматривается
рациональное
построение
схем
распределительных
электрических
сетей
(
РЭС
)
современных
мегаполисов
с
точки
зрения
повышения
их
надежности
.
Констатируются
рост
их
нагрузок
,
повышенные
требования
к
надежности
энергоснабжения
и
характерные
особенности
перехода
по
номинальным
напряжениям
от
10
кВ
к
20
кВ
.
Производится
анализ
изменений
построения
схем
выдачи
мощности
,
состава
и
параметров
используемого
электрооборудования
,
недостатков
существующих
схем
сетей
,
разомкнутых
в
нормальном
режиме
(
среди
которых
наиболее
распро
-
странены
петлевая
,
двухлучевая
и
др
.),
построенных
по
однозвеньевому
и
двухзвеньевому
принципу
.
Даны
рекомендации
по
организации
эксплуа
-
тации
сетей
20
кВ
в
части
построения
релейной
защиты
и
автоматики
,
при
-
менения
схем
сетей
20
кВ
с
повышенной
надежностью
,
а
также
сведения
о
прогрессивной
тенденции
цифровизации
РЭС
.
Ключевые
слова
:
распределительные
сети
,
разомкнутые
и
замкнутые
электри
-
ческие
сети
,
надеж
-
ность
энергоснабжения
,
электрооборудование
,
сети
10–20
кВ
,
релейная
защита
и
автоматика
,
цифровизация
,
распре
-
делительные
и
соедини
-
тельные
пункты
Keywords:
distribution networks,
open-loop and closed
electric networks, power
supply reliability, electrical
equipment, 10-20 kV
electrical networks, relay
protection and automation,
digitalization, distribution
and connection points
П
остроение
городской
рас
-
пределительной
электри
-
ческой
сети
определя
-
ется
,
главным
образом
,
требованиями
обеспечения
нор
-
мируемой
надежности
электро
-
снабжения
потребителей
,
которые
приведены
в
директивных
и
ин
-
структивных
документах
[1, 2],
подробно
излагаются
в
методиче
-
ских
[3, 4]
и
научно
–
технических
работах
в
нашей
стране
и
за
рубе
-
жом
[5–8].
В
настоящее
время
основны
-
ми
схемами
построения
город
-
ской
распределительной
сети
яв
-
ляются
петлевая
и
двухлучевая
,
которые
разомкнуты
в
нормаль
-
ном
режиме
[1, 9].
Используются
однозвеньевые
схемы
,
в
которых
питание
распределительной
сети
производится
непосредственно
от
шин
центра
питания
(
ЦП
),
без
применения
РП
,
и
двухзвеньевые
,
когда
питание
осуществляется
через
шины
РП
.
Однозвеньевые
схемы
используются
в
малозагру
-
женных
районах
при
мощностях
трансформаторов
на
центрах
пи
-
тания
до
16–25
МВА
.
В
районах
концентрированной
и
высотной
застройки
с
плотно
-
стью
нагрузки
16
МВт
/
км
2
и
более
,
вследствие
затруднений
с
органи
-
зацией
выходов
кабельных
линий
(
КЛ
)
от
центров
питания
,
как
пра
-
вило
,
применяются
двухзвенье
-
вые
схемы
.
Первое
звено
обеспе
-
чивает
выход
от
ЦП
,
второе
звено
осуществляет
подвод
питания
непосредственно
к
трансформа
-
торным
подстанциям
(
ТП
)
потре
-
бителей
.
По
своей
топологии
схемы
энергоснабжения
сетей
среднего
напряжения
мегаполисов
имеют
сложную
разветвленную
струк
-
туру
,
включающую
шины
цен
-
тров
питания
,
распределитель
-
ные
и
питающие
подстанции
,
объединенные
продольными
и
поперечными
КЛ
.
Это
созда
-
ет
специфические
условия
для
их
эксплуатации
.
Так
,
например
,
в
[2]
рекомендуется
и
нормиру
-
ется
питание
нагрузки
от
одной
секции
шин
ЦП
.
Оно
,
в
частности
,
позволяет
обеспечить
селектив
-
ную
работу
максимальной
токо
-
вой
защиты
(
МТЗ
)
и
локализацию
повреждения
в
сложной
развет
-
вленной
схеме
многоуровневой
радиальной
сети
с
односторон
-
ним
питанием
.
При
этом
очевид
-
61
Рис
. 1.
Фрагмент
сети
10
кВ
но
,
что
отключение
аварийного
участка
питающей
линии
,
напри
-
мер
,
действиями
МТЗ
приводит
к
перерыву
электроснабжения
всех
подключенных
ТП
на
время
срабатывания
автоматики
вклю
-
чения
резерва
(
АВР
).
Для
питающих
сетей
10
кВ
в
районах
новой
застройки
харак
-
терно
построение
схем
на
базе
двухсекционных
ЦП
или
РП
с
АВР
на
секционном
выключателе
10
кВ
и
питанием
ТП
по
двум
независи
-
мым
КЛ
[1].
На
рисунке
1
приведен
фраг
-
мент
схемы
городской
сети
10
кВ
с
выделением
многоуровневой
радиальной
КЛ
от
шин
центра
пи
-
тания
ЦП
питающего
узла
до
шин
питающей
подстанции
ТП
.
Не
-
смотря
на
разветвленность
схемы
и
наличие
многочисленных
коль
-
цевых
связей
,
питание
ТП
потре
-
бителей
осуществляется
строго
по
радиальному
(
древовидному
)
принципу
от
одного
ЦП
(
на
ри
-
сунке
1
выделено
красным
).
Сра
-
батывание
МТЗ
на
ЦП
приводит
к
отключению
всего
выделенного
на
рисунке
1
транзита
.
Каждая
ТП
потребителей
за
-
питана
от
двух
магистральных
КЛ
и
имеет
АВР
на
высоком
или
низ
-
ком
напряжении
.
Уставка
срабатывания
АВР
на
высоком
напряжении
ТП
опреде
-
ляется
временем
срабатывания
защиты
минимального
напряже
-
ния
обесточенной
секции
шин
и
контролем
наличия
напряже
-
ния
на
подключаемой
секции
.
К
этому
времени
в
ряде
случаев
добавляется
задержка
на
дли
-
тельность
восстановления
на
-
пряжения
питающей
сети
после
отключения
короткого
замыкания
(
КЗ
).
На
практике
время
срабаты
-
вания
АВР
на
высоком
напряже
-
нии
ТП
может
достигать
6–16
сек
и
выше
и
зависит
от
степени
разветвленности
сети
.
Перерыв
электроснабжения
на
время
сра
-
батывания
автоматики
,
допуска
-
емый
ПУЭ
,
является
неприемле
-
мым
для
городской
нагрузки
,
не
допускающей
провалов
напряже
-
ния
,
например
,
по
условиям
лиф
-
товой
нагрузки
высотных
домов
,
электроники
постоянного
вклю
-
чения
,
вентиляции
[10, 11].
Рис
. 2.
Схема
определения
вероятности
отказа
Н
1
б
)
а
)
В
качестве
результирующих
показателей
оценки
надежности
электроснабжения
используются
вероятность
и
интенсивность
от
-
каза
системы
электроснабжения
потребителей
в
течение
расчетно
-
го
интервала
времени
.
Для
опре
-
деления
надежности
системы
в
течение
достаточно
длительного
промежутка
времени
(
сезон
,
год
)
используются
методы
,
базирую
-
щиеся
на
средних
значениях
ве
-
роятностей
состояния
элементов
[12,13].
Для
расчета
этих
показателей
реальная
электрическая
схема
представляется
в
виде
структур
-
ной
схемы
,
элементами
которой
являются
узлы
и
ветви
,
моделиру
-
ющие
реальные
элементы
энерго
-
системы
.
На
рисунке
2
а
в
качестве
при
-
мера
приведен
выделенный
ра
-
диальный
фрагмент
схемы
на
рисунке
1,
а
на
рисунке
2
б
струк
-
турная
схема
определения
веро
-
ятности
отказа
энергоснабжения
нагрузки
Н
1.
При
оценке
надежно
-
сти
электроснабжения
отключен
-
ный
секционный
выключатель
при
наличии
АВР
в
структурной
схеме
включен
.
Примем
известное
допущение
о
неизменности
интенсивности
потока
отказов
элементов
сети
на
анализируемом
временном
интервале
.
Оно
часто
исполь
-
зуется
при
выполнении
анализа
надежности
электроснабжения
,
фактически
определяя
экспонен
-
циальный
закон
распределения
времени
безотказной
работы
[3].
В
этом
случае
вероятность
P
(
t
)
№
3 (48) 2018
62
безотказной
работы
в
течение
времени
t
,
определяемая
как
функция
надежности
,
выражает
-
ся
через
интенсивности
отказов
элементов
схемы
(
t
)
по
соотно
-
шению
:
P
(
t
) =
e
–
. (1)
При
определении
основных
показателей
надежности
приняты
следующие
допущения
[3]:
1)
отказы
элементов
системы
не
-
зависимы
;
2)
поток
отказов
элементов
си
-
стемы
ординарен
;
3)
время
безотказной
работы
зна
-
чительно
больше
времени
вос
-
становления
для
всех
элемен
-
тов
.
При
учете
этих
допущений
ин
-
тенсивность
отказов
системы
,
со
-
стоящей
из
последовательно
со
-
единенных
в
смысле
надежности
элементов
,
определяется
как
:
=
n
i
= 1
i
(
t
). (2)
Функция
надежности
элемен
-
тов
,
соединенных
в
смысле
на
-
дежности
последовательно
:
P
(
t
) =
n
i
= 1
P
i
(
t
)
. (3)
Функция
ненадежности
эле
-
ментов
,
соединенных
в
смысле
надежности
параллельно
:
Q
(
t
) =
n
i
= 1
Q
i
(
t
)
. (4)
При
расчете
показателей
на
-
дежности
с
помощью
структур
-
ных
схем
анализируются
не
все
возможные
состояния
схемы
,
а
только
состояния
безотказной
работы
того
минимального
набо
-
ра
элементов
,
которые
обеспечи
-
вают
нормальную
передачу
энер
-
гии
от
источника
питания
до
узла
нагрузки
.
В
рассматриваемой
схеме
(
рисунок
2)
питание
нагрузки
Н
1
осуществляется
,
если
в
работе
находится
хотя
бы
одна
из
двух
КЛ
,
подходящих
к
подстанции
ТП
3.
Переключение
на
питание
Н
1
от
работающей
секции
шин
10
кВ
или
шин
0,4
кВ
производится
ап
-
паратурой
АВР
при
аварийном
от
-
ключении
питания
шин
10
кВ
ТП
3
выключателем
В
1
от
шин
РП
1.
Обычно
для
ТП
с
трансформа
-
тором
(
ТР
)
мощностью
1000
кВА
и
более
АВР
выполняется
на
сто
-
роне
10
кВ
.
Для
ТП
с
ТР
мощно
-
стью
до
630
кВА
АВР
выполняется
на
стороне
0,4
кВ
.
Преобразованием
схемы
ри
-
сунка
2
а
с
помощью
соотношений
(2–4)
определяются
показатели
надежности
работы
нагрузки
Н
1.
В
таблице
1
приведены
стати
-
стические
показатели
интенсив
-
ности
отказа
элементов
схемы
сети
10
кВ
по
данным
из
источ
-
ников
[3, 4]
и
расчетные
значения
вероятности
отказа
нагрузки
Н
1
(
рисунок
2)
при
радиальной
схеме
электроснабжения
и
протяженно
-
сти
одного
участка
КЛ
между
ТП
в
1
км
.
Из
данных
таблицы
следует
,
что
при
радиальной
схеме
пита
-
ния
нагрузки
увеличение
количе
-
ства
промежуточных
подстанций
и
участков
КЛ
,
подключенных
к
питающему
центру
,
приводит
к
существенному
возрастанию
ожидаемой
вероятности
отказа
нагрузки
.
Для
проведения
оптимизаци
-
онных
расчетов
необходимо
уста
-
новить
целевую
функцию
в
виде
минимально
допустимого
значе
-
ния
вероятности
безаварийной
работы
нагрузки
.
В
общем
случае
это
значение
определяется
ре
-
шением
технико
–
экономической
задачи
,
учитывающей
стоимость
системы
энергоснабжения
и
вели
-
чину
ущерба
при
отказе
питания
нагрузки
.
В
качестве
укрупненной
оценки
за
допустимое
значение
вероятности
безаварийной
ра
-
боты
можно
принять
значение
,
соответствующее
достигнуто
-
му
в
реализованных
проектах
энергоснабжения
новых
райо
-
нов
г
.
Москвы
в
схемах
с
питани
-
ем
ТП
от
двух
независимых
ЦП
.
Подставляя
статистические
дан
-
ные
по
надежности
оборудова
-
ния
из
[3]
для
двух
питающих
КЛ
длиной
5
км
,
что
в
общем
случае
учитывает
наличие
нескольких
подключенных
к
магистрали
ТП
,
получаем
достигнутый
уровень
вероятности
безаварийной
ра
-
боты
одной
ТП
P
доп
= 0,95
в
год
,
который
принимаем
за
отправ
-
ное
значение
при
дальнейшем
анализе
надежности
вариантов
электроснабжения
.
Рассматривая
радиальную
схему
на
рисунке
2,
можно
по
-
казать
,
что
в
общем
случае
для
сети
10
кВ
при
большом
количе
-
стве
ТП
,
доходящем
до
8
на
тран
-
зит
,
вероятность
безаварийной
работы
подстанции
находится
на
низком
уровне
и
не
превы
-
шает
P
ТП
≤
0,85.
При
ориентации
на
значение
P
доп
=
0,95
и
средней
длине
участков
КЛ
между
под
-
станциями
500
м
,
количество
ТП
в
транзите
должно
быть
не
более
четырех
.
При
меньшей
длине
КЛ
количество
ТП
может
быть
уве
-
личено
.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
СЕТИ 20 КВ
Табл
. 1.
Вероятность
отказа
энергоснабжения
нагрузки
Н
1
Элемент
схемы
Интенсивность
отказа
, 1/
год
статистические
данные
данные
[3, 4]
вариант
1
вариант
2
Выключатель
0,002
0,003
КЛ
на
1
км
0,04
0,075
Секция
шин
0,002
0,03
Трансформатор
0,006
0,016
Разъединитель
/
короткозамы
-
катель
0,01
0,01
Отказ
на
требование
РЗА
/
АПВ
0,0001
0,0001
Вероятность
отказа
электро
-
снабжения
нагрузки
Н
1
при
питании
шин
:
–
по
одному
участку
КЛ
–
по
двум
участкам
КЛ
–
по
трем
участкам
КЛ
0,014
0,02
0,029
0,067
0,098
0,1387
63
Рис
. 3.
Схема
построения
опорной
сети
20
кВ
Для
сетей
20
кВ
,
предназна
-
ченных
для
питания
мощной
распределенной
нагрузки
(
груп
-
па
высотных
зданий
,
нагрузка
промышленного
предприятия
),
схема
энергоснабжения
форми
-
руется
с
использованием
маги
-
стрального
принципа
при
допол
-
нительном
введении
поперечных
связей
.
Формирование
пунктов
переключения
и
присоединения
КЛ
осуществляется
с
использо
-
ванием
РП
,
в
ряде
случаев
вме
-
сто
РП
(
или
дополнительно
к
РП
)
используются
соединительные
пунк
ты
(
СП
).
Подключение
РП
и
СП
к
ЦП
сети
20
кВ
производится
питаю
-
щими
КЛ
(
ПКЛ
)
с
алюминиевы
-
ми
жилами
3×(1×500)
с
сечени
-
ем
экрана
35
мм
2
(
при
мощности
одного
СП
20
МВА
),
а
также
КЛ
3×(1×240)
с
сечением
экрана
25
мм
2
(
мощность
одного
СП
10
МВА
).
Для
построения
распредели
-
тельной
кабельной
сети
использу
-
ются
унифицированные
сечения
распределительных
кабельных
линий
(
РКЛ
):
– 3×(1×120)
мм
2
—
в
каждом
луче
между
двумя
РП
(
СП
)
при
-
соединяются
не
более
16
МВА
трансформаторной
мощности
;
– 3×(1×240)
мм
2
—
для
резерви
-
рования
нагрузок
секций
РП
в
послеаварийном
режиме
от
секций
другого
РП
(
попереч
-
ные
связи
между
РП
),
в
каждую
линию
между
двумя
РП
под
-
ключается
до
4
МВА
трансфор
-
маторной
мощности
.
Принцип
построения
сети
20
кВ
с
использованием
РП
и
СП
приведен
на
рисунке
3.
СП
вы
-
полняют
функции
выносных
цен
-
тров
и
осуществляют
соединение
участков
ПКЛ
с
РКЛ
,
от
которых
запитаны
ТП
потребителей
.
Для
повышения
надежности
энер
-
госнабжения
предусматривают
-
ся
прямые
связи
РКЛ
между
СП
,
выполненные
кабелем
сечением
,
равным
сечению
ПКЛ
.
Согласно
[2]
транзит
должен
быть
разомкнут
и
питание
ТП
должно
осуществляться
с
одной
стороны
.
Питание
ТП
до
линии
раздела
осуществляется
со
сто
-
роны
одного
СП
,
разрыв
маги
-
страли
осуществляется
со
сторо
-
ны
противоположного
СП
,
либо
разрыв
осуществляется
на
ши
-
нах
ТП
внутри
магистрали
.
Одно
-
стороннее
питание
обусловлено
требованием
селективного
от
-
ключения
КЗ
токовой
защитой
выключателя
ЦП
или
РП
.
В
об
-
щем
случае
место
разрыва
тран
-
зита
определяется
режимными
соображениями
.
В
отличие
от
схемы
сети
10
кВ
питание
магистральных
КЛ
в
схе
-
ме
20
кВ
,
чаще
всего
,
осущест
-
вляется
с
противоположных
сто
-
рон
магистрали
от
разных
СП
,
что
позволяет
уменьшить
ава
-
рийность
КЛ
при
масштабных
повреждениях
,
когда
выходят
из
строя
сразу
несколько
линий
одного
транзита
или
происходит
переход
повреждения
с
одной
КЛ
на
параллельную
,
проложенную
в
одной
траншее
.
Особенностью
формирования
схемы
кабельной
сети
20
кВ
яв
-
ляется
применение
на
СП
и
ТП
выключателей
нагрузки
(
ВН
),
осу
-
ществляющих
коммутацию
присо
-
единений
в
нормальном
режиме
и
не
рассчитанных
на
отключение
аварийных
токов
КЗ
.
Применение
при
построении
сети
20
кВ
выключателей
нагруз
-
ки
позволило
снизить
уставки
токовых
защит
ЦП
по
времени
,
уменьшить
электродинамическое
воздействие
токов
КЗ
на
силовое
оборудование
и
,
в
связи
с
отсут
-
ствием
устройств
релейной
за
-
щиты
на
выключателях
нагрузки
,
эксплуатировать
меньшее
количе
-
ство
электронного
оборудования
.
Однако
следует
отметить
,
что
это
упрощенное
решение
сопровождается
более
частым
действием
устройств
РЗА
пита
-
ющих
центров
ЦП
,
вследствие
чего
происходит
быстрое
сраба
-
тывание
ресурса
выключателей
,
а
также
происходит
отключение
значительной
части
питаемой
сети
.
Так
при
возникновении
КЗ
на
любой
КЛ
(
рисунок
3)
происхо
-
дит
отключение
всей
аварийной
магистральной
линии
выклю
-
чателем
питающего
центра
ЦП
или
выключателем
РП
с
после
-
дующим
срабатыванием
АВР
.
В
СП
АВР
не
предусматривается
и
осуществляется
на
ТП
на
сто
-
роне
ВН
или
НН
.
Питание
магистрали
от
одного
СП
приводит
двухмагистральную
схему
,
с
точки
зрения
надежности
,
к
двум
линиям
,
запитанным
с
про
-
тивоположных
сторон
.
Действие
АВР
резервирует
по
-
терю
питания
одной
из
секций
ТП
.
Для
учета
этого
в
структурной
схе
-
ме
питания
нагрузки
Н
1
добавля
-
ется
параллельная
ветвь
от
вто
-
рой
секции
шин
ЦП
.
Поскольку
при
повреждении
элемента
на
любом
участке
ма
-
гистральной
КЛ
происходит
от
-
ключение
всей
магистральной
КЛ
со
стороны
питающего
пункта
,
в
структурную
схему
вводятся
элементы
всех
ТП
,
подключен
-
ных
к
магистрали
.
В
этом
случае
вероятность
безаварийного
пита
-
ния
нагрузки
не
зависит
от
места
подключения
ТП
и
определяется
только
общим
количеством
ТП
в
транзите
.
На
рисунке
4
показано
из
-
менение
вероятности
безава
-
рийной
работы
нагрузки
Н
1 (
ри
-
сунок
3)
при
изменении
числа
ТП
,
подключенных
к
двум
маги
-
стральным
КЛ
,
и
длины
участка
№
3 (48) 2018
64
Рис
. 5.
Схема
построения
опорной
сети
20
кВ
с
использованием
РП
и
ТП
0,5
2
4
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0,9
0,95
1
2
3
4
5
6
7
8
P
БР
Длина
участка
Количество ТП
Рис
. 6.
Вероят
-
ность
безаварий
-
ной
работы
Н
1
при
односторон
-
нем
пи
тании
ТП
по
двум
маги
-
стральным
КЛ
Рис
. 4.
Изменение
вероятности
безаварийной
работы
нагрузки
Н
1
при
питании
ТП
по
двум
магистральным
КЛ
с
ис
-
пользованием
СП
0,5
0,75
1
1,25
0,70
0,75
0,80
0,85
0,90
0,95
1
2
3
4
5
6
7
P
БР
Длина участка
Количество ТП
0,1
0,2
0,3
0,4
0,90
0,92
0,94
0,96
0,98
1
2
3
4
5
6
7
P
БР
Количество ТП
Длина участка
а
)
б
)
КЛ
между
ТП
(
для
данных
вари
-
анта
1
в
таблице
1).
Анализ
зависимостей
показы
-
вает
,
что
при
длине
участка
КЛ
не
более
1
км
вероятность
без
-
аварийной
работы
нагрузки
ТП
по
всей
длине
магистрали
P
ТП
≥
0,95
при
двух
ТП
в
магистрали
.
Для
восьми
ТП
в
магистрали
при
ори
-
ентации
на
значение
вероятности
безаварийной
работы
P
ТП
≥
0,95
длина
участка
КЛ
не
должна
пре
-
вышать
0,3
км
.
При
длине
КЛ
0,5
км
число
ТП
по
результатам
анализа
не
должно
быть
более
5.
Наряду
со
встречным
под
-
ключением
РКЛ
(
рисунок
3),
при
котором
подключение
линий
осу
-
ществляется
от
СП
по
противопо
-
ложным
концам
линий
,
применяет
-
ся
деление
РКЛ
по
линии
раздела
ЛР
(
рисунок
5)
в
середине
участка
.
При
этом
питание
обеих
РКЛ
про
-
исходит
от
разных
секций
шин
од
-
ного
РП
,
а
количество
ТП
,
подклю
-
ченных
к
РКЛ
,
уменьшается
.
В
этом
случае
на
надежность
энергоснабжения
влияют
два
фактора
:
происходит
уменьшение
длины
питающего
транзита
,
что
повышает
надежность
работы
,
однако
питание
происходит
от
од
-
ного
РП
(
СП
),
что
снижает
надеж
-
ность
ТП
,
подключенных
в
конце
участка
КЛ
.
На
рисунке
6
показано
изме
-
нение
вероятности
безаварийной
работы
нагрузки
Н
1
при
питании
восьми
ТП
по
двум
магистраль
-
ным
КЛ
,
запитанным
от
одного
РП
(
для
варианта
1
в
таблице
1).
При
удалении
ТП
от
шин
питающей
подстанции
в
конец
магистрали
наблюдается
снижение
общей
на
-
дежности
энергоснабжения
.
Веро
-
ятность
безотказной
работы
ТП
по
всей
длине
магистрали
не
снижа
-
ется
ниже
значения
0,95
для
пара
-
метров
схемы
:
–
при
длине
участка
КЛ
менее
1
км
и
четырех
ТП
;
–
при
длине
участка
КЛ
менее
2
км
и
трех
ТП
.
Для
обеспечения
нормируемой
надежности
энергоснабжения
при
большой
площади
,
охватываемой
нагрузкой
,
и
суммарной
мощно
-
сти
потребителей
50
МВт
и
более
следует
увеличивать
общее
коли
-
чество
центров
питания
либо
ис
-
пользовать
схему
двухстороннего
питания
РКЛ
.
Для
потребителей
,
получаю
-
щих
питание
по
двум
нормально
подключенным
к
РП
(
ЦП
)
линиям
,
отключение
одной
КЛ
не
прерыва
-
ет
питания
нагрузки
.
Замкнутая
сеть
обеспечивает
лучшее
качество
обслуживания
,
но
при
этом
на
ТП
используется
более
сложная
и
дорогая
защит
-
ная
аппаратура
(
выключатели
и
РЗ
).
Замкнутые
сети
дороже
ра
-
диальных
сетей
,
и
их
использова
-
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
СЕТИ 20 КВ
65
Рис
. 7.
Питание
ТП
от
магистральных
линий
в
замкнутой
схеме
0,5
1
2
3
0,9
0,92
0,94
0,96
0,98
1
2
3
4
5
6
7
P
БР
Длина
участка
Номер ТП
Рис
. 8.
За
-
висимость
вероятности
безаварийной
работы
от
дли
-
ны
участка
КЛ
ние
выгодно
только
при
большой
стоимости
перерывов
питания
,
когда
стоимость
недоотпущенного
1
кВт
·
ч
весьма
высока
.
При
этом
магистральные
линии
,
которые
присоединены
к
двум
источникам
,
должны
выдерживать
длительные
перегрузки
при
отключении
одного
из
источников
.
Для
определения
надежности
энергоснабжения
ТП
при
реализа
-
ции
двухстороннего
подключения
магистральных
линий
рассмотрим
схему
(
рисунок
7).
При
возникно
-
вении
КЗ
на
одной
из
РКЛ
между
ТП
и
ЦП
происходит
выделение
аварийного
участка
линии
дей
-
ствием
дифференциальной
защи
-
ты
линии
и
сохранение
питания
со
стороны
здоровой
РКЛ
.
Графи
-
ческая
иллюстрация
зависимости
вероятности
безаварийной
рабо
-
ты
нагрузки
Н
1
для
схемы
рисун
-
ка
7,
содержащей
восемь
ТП
,
при
-
ведена
на
рисунке
8.
Анализ
зависимостей
показы
-
вает
,
что
для
схемы
питания
ТП
от
ЦП
по
двум
магистральным
ли
-
ниям
при
двухстороннем
питании
магистралей
при
восьми
ТП
в
ма
-
гистрали
длина
участка
КЛ
между
ТП
может
достигать
3
км
.
При
этом
обеспечивается
принятое
за
допустимое
значение
P
ТП
≥
0,95.
При
длине
участка
КЛ
не
более
2
км
число
ТП
в
магистрали
мож
-
но
доводить
до
10–15.
Двухстороннее
питание
мо
-
жет
быть
реализовано
только
при
осуществлении
автоматического
селективного
отключения
аварий
-
ного
участка
КЛ
с
двух
сторон
.
Для
этого
все
ТП
должны
быть
осна
-
щены
выключателями
с
полным
комплектом
релейной
защиты
.
Защита
КЛ
должна
выполняться
по
дифференциальному
принци
-
пу
с
передачей
сигнала
по
каналу
связи
.
Такое
решение
является
ча
-
стью
общей
тенденции
перехода
к
построению
интеллектуальных
РЭС
.
Оно
включает
в
себя
циф
-
ровизацию
системы
управления
,
оснащение
важнейших
состав
-
ляющих
сетей
современной
ком
-
мутационной
техникой
,
исполь
-
зование
цифровых
комплексов
и
терминалов
РЗиА
,
резервиро
-
ванных
каналов
связи
и
многое
другое
.
Общее
направление
цифрови
-
зации
РЭС
базируется
на
между
-
народных
стандартах
МЭК
61850
в
части
стандартизации
и
унифи
-
кации
их
технологических
процес
-
сов
с
выполнением
необходимого
обмена
информацией
(
взамен
аналоговых
и
дискретных
спосо
-
бов
)
в
цифровом
виде
на
основе
единого
информационного
про
-
странства
цифровых
подстанций
и
РЭС
в
целом
.
Внедрение
в
РЭС
современ
-
ных
информационных
техноло
-
гий
непосредственно
связано
с
использованием
цифровых
из
-
мерительных
приборов
и
пере
-
дачей
полученных
данных
для
формирования
расчетной
мо
-
дели
сети
и
управления
энер
-
гопотреблением
.
Современные
вакуумные
выключатели
и
циф
-
ровые
контроллеры
присоеди
-
нений
с
применением
цифровых
комбинированных
датчиков
тока
и
напряжения
повсеместно
ис
-
пользуются
при
замене
устарев
-
ших
коммутационных
аппаратов
и
устройств
РЗА
[14].
В
настоящее
время
осущест
-
вляется
переход
к
РЭС
c
интеллек
-
туальным
коммутированием
,
то
есть
внедрение
перспективных
ин
-
теллектуальных
коммутационных
аппаратов
,
используемых
для
рас
-
познавания
и
локализации
повреж
-
дений
.
Они
непосредственным
образом
повышают
надежность
энергоснабжения
и
обеспечивают
снижение
потерь
за
счет
управле
-
ния
потоками
электрической
мощ
-
ности
.
ВЫВОДЫ
1.
В
электрических
сетях
со
-
временных
мегаполисов
при
переходе
от
номинального
на
-
пряжения
10
кВ
к
20
кВ
необхо
-
димо
повышение
надежности
энергоснабжения
путем
совер
-
шенствования
схем
питания
.
2.
На
основании
проведенного
анализа
показана
целесооб
-
разность
выполнения
распре
-
делительной
многолучевой
се
-
ти
по
встречной
схеме
,
то
есть
питания
разных
секций
одной
ТП
от
разных
взаиморезерви
-
руемых
секций
одного
или
двух
РП
по
разным
трассам
.
3.
Использование
при
постро
-
ении
сети
20
кВ
СП
с
выклю
-
чателями
нагрузки
,
с
одной
стороны
,
позволяет
снизить
уставки
релейных
защит
по
времени
,
но
с
другой
, —
уве
-
№
3 (48) 2018
66
ЛИТЕРАТУРА
1.
Инструкция
по
проектированию
городских
электриче
-
ских
сетей
.
РД
34.20. 185–94.
Утв
.
Минтопэнерго
РФ
07.07.1994
г
.
2.
Инструкция
VIII-
Б
-5
по
производству
переключений
в
МКС
—
филиале
ОАО
«
МОЭСК
».
М
., 2010.
3.
Китушин
В
.
Г
.
Надежность
энергетических
систем
.
Часть
1.
Теоретические
основы
:
Учебное
пособие
.
Новоси
-
бирск
:
Изд
–
во
НГТУ
, 2003. 256
с
.
4.
Воропай
Н
.
И
.
Надежность
систем
электроснабжения
:
конспект
лекций
.
Новосибирск
:
Наука
, 2006. 205
с
.
5.
Гольдштейн
В
.
Г
.,
Гундаев
А
.
В
.,
Васильева
Н
.
С
.
Инно
-
вационные
методы
решения
проблем
надежного
энер
-
госнабжения
мегаполисов
//
Труды
Кольского
научно
-
го
центра
Российской
Академии
наук
, 2012,
№
1 (11).
С
. 67–72.
6.
Гольдштейн
В
.
Г
.,
Кузнецов
Д
.
В
.
Совершенствование
концепции
и
методов
организации
энергоснабжения
мегаполисов
//
Промышленная
энергетика
, 2014,
№
2.
С
. 7–12.
7. Billinton R., Allan N. Reliability evaluation of engineering
systems. Concept and techniques. New York: Plenum
Publ. Corp.1992. 312 p.
8. Billinton R. Reliability evaluation of power systems. New
York: Plenum Press, 1996. 286 p.
9.
Пелисье
Р
.
Энергетические
системы
.
Перевод
с
франц
.
М
.:
Высшая
школа
, 1982. 568
с
.
10.
Герасимов
С
.
Е
.,
Чекмарев
С
.
Ю
.
Надежность
и
оценка
ущербов
от
перерывов
электроснабжения
. Technical
University of Košice. Elektroenergetika Journal. Vol. 1,
No. 2, December 2008,
рр
. 16–17.
11.
Паули
В
.
К
.
ОАО
РАО
«
ЕЭС
России
».
Задачи
реализа
-
ции
проектов
повышения
надежности
распределитель
-
ных
электрических
сетей
.
Хабаровск
, 2007. 41
с
.
12.
Слышалов
В
.
К
.,
Бушуева
О
.
А
.,
Дауди
С
.,
Чекан
Г
.
В
.
Методика
расчета
показателей
надежности
городских
электрических
сетей
петлевого
типа
//
Вестник
ИГЭУ
,
2009,
вып
. 3.
С
. 1–7.
13.
Шушпанов
И
.
Н
.,
Суслов
К
.
В
.,
Воропай
Н
.
И
.
Математи
-
ческая
модель
и
топологический
метод
расчета
надеж
-
ности
распределительной
электрической
сети
//
Вест
-
ник
ИрГТУ
, 2012,
№
6(65).
С
. 1–5.
14.
Проект
«
Цифровой
район
электрической
сети
—
АО
«
Янтарьэнерго
» /
АО
«
ГК
«
Таврида
Электрик
». URL:
http://projects. nti2035.ru.
REFERENCES
1. RD 34.20.185–94. Instruction on the design of urban elec-
trical networks. Moscow, Mintopenergo RF Publ., 1994. (in
Russian)
2. Instruction VIII-B-5. Power switching in Moscow Cable Net-
works — a branch of PJSC "MOESK". Moscow, 2010. (in
Russian)
3. Kitushin V.G.
Nadezhnost energeticheskikh sistem.
Chast 1. Teoreticheskiye osnovy
[Power systems reliability.
Part 1. Theoretical Foundations]. Novosibirsk, NSTU Publ.,
2003. 256 p.
4. Voropay N.I.
Nadezhnost sistem elektrosnabzheniya: kon-
spekt lektsiy
[Power supply systems reliability. Compen-
dium of lectures]. Novosibirsk, Nauka Publ., 2006. 205 p.
5. Goldshtein V.G., Gundayev A.V., Vasilyeva N.S. Innovative
methods for reliable power supply of megalopolises.
Trudy
Kolskogo nauchnogo tsentra Rossiyskoy Akademii nauk
[Proceedings of the Kola scienti
fi
c center of the Russian
Academy of Sciences], 2012. no. 1 (11), pp. 67-72.
6. Goldshtein V.G., Kuznetsov D.V. Improvement of the con-
cept and methods of power supply in megalopolises.
Pro-
myshlennaya energetika
[Industrial power], 2014. no. 2,
pp. 7-12. (in Russian)
7. Billinton R., Allan N. Reliability evaluation of engineering
systems. Concept and techniques. New York, Plenum
Publ., 1992. 312 p.
8. Billinton R. Reliability evaluation of power systems. New
York, Plenum Press Publ., 1996. 286 p.
9. Pelisye R.
Energeticheskiye sistemy
[Power systems].
Moscow, Vysshaya shkola Publ., 1982. 568 p.
10. Gerasimov S. E., Chekmarev S.Y. Reliability and assess-
ment of damages caused by power interruptions. [Techni-
cal University of Košice. Elektroenergetika Journal], 2008,
vol. 1, no. 2, pp. 16–17. (in Russian)
11. Pauli V.K. "UES of Russia" JSC. Projects for increasing
distribution electric networks reliability. Khabarovsk, 2007.
41 p.
12. Slyshalov V.K., Bushcheva O.A., Daudi S., Chekan G.V.
Method for calculating the reliability indexes of loop urban
electric network.
Vestnik IGEU
[ISPU news], 2009, no. 3,
pp. 1-7. (in Russian)
13. Shushpanov I.N., Suslov K.V., Voropay N.I. Mathematical
model and topological method for calculating distribution
electric network reliability.
Vestnik IrGTU
[ISTU news],
2012, no. 6(65), pp. 1-5. (in Russian)
14.
Proyekt "Tsifrovoy rayon elektricheskoy seti — AO Yan-
tarenergo"
["The digital district of electric network — JSC
Yantarenergo" project]. Available at: http://projects.nti2035.
ru (accessed June 08, 2018).
личивает
количество
отклю
-
чений
ПКЛ
.
4.
При
одностороннем
подклю
-
чении
ТП
к
ЦП
сети
20
кВ
воз
-
можен
перерыв
электроснаб
-
жения
значительной
мощности
(16–22)
МВт
нагрузки
с
вы
-
держкой
АВР
от
6
до
16
с
.
Пе
-
рерыв
энергоснабжения
прак
-
тически
отсутствует
только
при
двустороннем
подключении
магистрали
к
РП
с
автоматиче
-
ским
отключением
аварийного
участка
.
5.
Двухстороннее
питание
при
отключении
аварийного
участ
-
ка
КЛ
с
двух
сторон
повышает
надежность
энергоснабжения
.
Для
этого
все
ТП
должны
быть
оснащены
выключателями
с
полным
комплектом
релей
-
ной
защиты
.
6.
Цифровизация
системы
управ
-
ления
электроснабжением
яв
-
ля
ется
наиболее
эффективным
направлением
повышения
на
-
дежности
современных
РЭС
мегапо
лисов
.
Среди
первооче
-
редных
мероприятий
в
этом
направлении
можно
выде
-
лить
реализацию
цифровых
терминалов
РЗ
,
организацию
резервирован
ных
каналов
свя
-
зи
,
внедрение
дистанционного
централизованного
управле
-
ния
режимами
сети
.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
СЕТИ 20 КВ
Оригинал статьи: Повышение надежности электрических сетей 20 кВ в системах электроснабжения мегаполисов
Рассматривается рациональное построение схем распределительных электрических сетей (РЭС) современных мегаполисов с точки зрения повышения их надежности. Констатируются рост их нагрузок, повышенные требования к надежности энергоснабжения и характерные особенности перехода по номинальным напряжениям от 10 кВ к 20 кВ. Производится анализ изменений построения схем выдачи мощности, состава и параметров используемого электрооборудования, недостатков существующих схем сетей, разомкнутых в нормальном режиме (среди которых наиболее распространены петлевая, двухлучевая и др.), построенных по однозвеньевому и двухзвеньевому принципу. Даны рекомендации по организации эксплуатации сетей 20 кВ в части построения релейной защиты и автоматики, применения схем сетей 20 кВ с повышенной надежностью, а также сведения о прогрессивной тенденции цифровизации РЭС.
