Совершенствование технических решений по развитию структуры и повышению надежности эксплуатации электрической сети 20 кВ мегаполиса

Page 1
background image

Page 2
background image

30

Совершенствование 
технических решений 
по развитию структуры 
и повышению надежности
эксплуатации электри чес-
кой сети 20 кВ мегаполиса

По

 

материалам

IV 

Всероссийской

 

конференции

«

РАЗВИТИЕ

 

И

 

ПОВЫШЕНИЕ

 

НАДЕЖНОСТИ

 

ЭКСПЛУАТАЦИИ

 

РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

 

СЕТЕЙ

»

УДК

 621.316

Майоров

 

А

.

В

.,

к

.

т

.

н

., 

генеральный

 

директор

 

АО

 «

ОЭК

»

Ключевые

 

слова

:

электрическая

 

сеть

 

20 

кВ

повышение

 

на

-

дежности

технические

 

решения

структура

 

сети

Keywords:

20 kV electrical network, 
reliability increase, 
technical solutions, 
network structure

Р

азвитие

 

электрической

 

сети

 20 

кВ

 

в

 

круп

-

ных

 

мегаполисах

 

вызвано

 

увеличением

 

концентрированной

 

мощности

 

инженерных

 

сооружений

 

до

 15–30 

МВт

 

в

 

рамках

 

одного

 

объекта

Возможности

 

сетей

 6–10 

кВ

 

для

 

обеспе

-

чения

 

таких

 

мощностей

 

практически

 

исчерпаны

попытки

 

реализации

 

проектов

 

энергоснабжения

 

на

 

этих

 

напряжениях

 

приводят

 

к

 

повышенной

 

плотно

-

сти

 

сети

 

и

 

невозможности

 

организации

 

селектив

-

ной

 

работы

 

релейной

 

защиты

Поэтому

 

технически

 

и

 

экономически

 

обоснованным

 

для

 

энергоснабже

-

ния

 

таких

 

объектов

 

явилось

 

применение

 

сети

 20 

кВ

оборудование

 

которой

 

может

 

выполняться

 

прак

-

тически

 

в

 

габаритах

 

сети

 10 

кВ

а

 

эксплуатация

 

не

 

сопровождается

 

дополнительными

 

повышенными

 

требованиями

.

В

 

нормах

 

ВСН

 07-75 (1975 

г

.) 

указывалось

что

 

использование

 

напряжения

 20 

кВ

 

в

 

городских

 

элек

-

трических

 

сетях

 

может

 

быть

 

экономически

 

оправ

-

дано

 

при

 

наличии

 

соответствующего

 

оборудования

 

и

 

кабелей

стоимость

 

которых

 

не

 

превышает

 

более

 

чем

 

на

 20–30% 

стоимости

 

оборудования

 

и

 

кабе

-

лей

 

на

 

напряжении

 10 

кВ

Применение

 

напряжения

 

20 

кВ

 

в

 

городских

 

распределительных

 

сетях

 

рас

-

э

л

е

к

т

р

и

ч

е

с

к

и

е

 с

е

т

и

 2

0

 к

В

электрические сети 20 кВ

Особенность

 

мегаполиса

 

накладывает

 

как

 

в

 

настоящее

 

время

так

 

и

 

в

 

перспективе

 

высокие

 

требования

 

к

 

надежности

 

и

 

бесперебойности

 

электроснабжения

 

потребителей

Развитие

 

электрической

 

сети

 20 

кВ

 

в

 

крупных

 

мегаполисах

 

вызвано

 

увеличением

 

концентрированной

 

мощности

 

инженерных

 

сооружений

 

до

 15–30 

МВт

 

в

 

рамках

 

одного

 

объекта

Возможности

 

сетей

 6–10 

кВ

 

для

 

обеспечения

 

таких

 

мощностей

 

практически

 

исчерпаны

Дальнейшее

 

развитие

 

электрической

 

сети

 20 

кВ

 

требует

 

как

 

разработки

 

и

 

совершенствования

 

технических

 

решений

так

 

и

 

совершенствования

 

нормативно

-

технической

 

документации

 

как

 

в

 

части

 

проектирования

так

 

и

 

в

 

части

 

ее

 

эксплуатации

.


Page 3
background image

31

сматривается

 

при

 

наличии

 

питания

 

новых

 

крупных

 

районов

 

застройки

 

от

 

подстанций

 

глубокого

 

ввода

 

110–220 

кВ

.

В

 

Инструкции

 

по

 

проектированию

 

городских

 

элек

-

трических

 

сетей

 (

РД

 34.20.185-94) [1] 

указано

что

 

при

-

менение

 

напряжения

 15–20 

кВ

 

в

 

городских

 

распреде

-

лительных

 

сетях

 

рекомендуется

 

рассматривать

 

при

 

реконструкции

 

или

 

расширении

 

действующих

 

сетей

 

этого

 

класса

 

напряжения

Целесообразность

 

приме

-

нения

 

сетей

 

этих

 

классов

 

напряжения

 

должна

 

быть

 

технико

-

экономически

 

обоснована

.

В

 

соответствии

 

с

 

Энергетической

 

стратегией

 

го

-

рода

 

Москвы

 

на

 

период

 

до

 2025 

года

утвержденной

 

постановлением

 

Правительства

 

Москвы

 

от

 2 

дека

-

бря

 2008 

г

 1075-

ПП

переход

 

на

 

класс

 

напряже

-

ния

 20 

кВ

 

принят

 

как

 

перспективное

 

направление

 

развития

 

топливно

-

энергетического

 

комплекса

 

города

Постановление

 

Правительства

 

Москвы

 

 1067-

ПП

 

от

 14 

декабря

 2010 

г

. «

О

 

схеме

 

электро

-

снабжения

 

города

 

Москвы

 

на

 

период

 

до

 2020 

года

» 

определило

 

основные

 

положения

 

развития

 

распре

-

делительных

 

сетей

 

напряжением

 6–10–20 

кВ

В

 

по

-

становлении

 

указано

: «

Считать

 

стратегическим

 

направлением

 

развития

 

электрических

 

сетей

 

сред

-

него

 

напряжения

 

на

 

период

 

до

 2020 

года

 

переход

 

к

 

массовому

 

применению

 

напряжения

 20 

кВ

 

и

 

по

-

степенной

 

ликвидации

 

напряжения

 6 

кВ

».

В

 

настоящее

 

время

 

в

 

г

Москве

 

введено

 

более

 

1500 

км

 

кабельных

 

линий

 

сети

 20 

кВ

Установле

-

но

 67 

РП

, 2 

РТП

, 23 

СП

, 90 

ТП

, 1 

ТПП

 20 

кВ

При

 

строительстве

 

и

 

эксплуатации

 

сети

 20 

кВ

 

накоплен

 

значительный

 

опыт

позволяющий

 

разработать

 

тех

-

нические

 

решения

 

по

 

дальнейшему

 

развитию

 

и

 

по

-

вышению

 

надежности

 

эксплуатации

 

электрической

 

сети

 20 

кВ

 

мегаполиса

Зарубежный

 

опыт

 

создания

 

и

 

эксплуатации

 

элек

-

трических

 

сетей

 

напряжением

 20 

кВ

 

имеет

 

более

 

значительный

 

срок

 

и

 

достаточно

 

широко

 

использу

-

ется

 

при

 

проектировании

однако

 

в

 

ряде

 

вопросов

 

он

 

значительно

 

отличается

 

от

 

отечественного

 

опы

-

та

 

проектирования

 

и

 

эксплуатации

 

данных

 

сетей

В

 

частности

различия

 

наблюдаются

 

в

 

формирова

-

нии

 

схемы

 

присоединения

 

питающих

 

линий

 20 

кВ

 

(

двухлучевая

радиальная

 

в

 

России

 

и

как

 

правило

сложнокольцевая

 

за

 

рубежом

), 

схем

 

сети

 0,4 

кВ

 (

ре

-

зервирование

 

на

 

уровне

 

двухтрансформаторной

 

схемы

 

в

 

России

 

и

 

развитая

 

резервированная

 

сеть

 

за

 

рубежом

). 

Отличия

 

наблюдаются

 

в

 

норматив

-

но

-

технической

 

документации

 

по

 

проектированию

 

и

 

эксплуатации

 

электрической

 

сети

.

Особенность

 

мегаполиса

 

накладывает

 

как

 

в

 

на

-

стоящее

 

время

так

 

и

 

в

 

перспективе

 

повышен

-

ные

 

требования

 

к

 

надежности

 

и

 

бесперебойности

 

электроснабжения

 

потребителей

  (

превышающие

 

требования

устанавливаемые

 

по

 

условиям

 

катего

-

рийности

 

нагрузки

 

в

 

соответствии

 

с

 

действующими

 

требованиями

). 

В

 

этой

 

связи

 

для

 

сетей

 20 

кВ

 

мега

-

полиса

 

при

 

обеспечении

 

энергоснабжения

 

потреби

-

телей

 

возникает

 

необходимость

 

формирования

 

на

-

дежности

 

энергоснабжения

 

по

 

условию

 

n

–1, 

когда

 

электроснабжение

 

потребителя

 

должно

 

обеспечи

-

ваться

 

при

 

внезапном

 

отключении

 

одного

 

элемента

 

сети

Выполнение

 

критерия

 

n

–1 

должно

 

также

 

рас

-

сматриваться

 

при

 

формировании

 

ремонтных

 

схем

Особенности

 

построения

 

существующей

 

сети

 

20 

кВ

 

в

 

г

Москве

такие

 

как

 

низкоомное

 

резистивное

 

заземление

 

нейтрали

значительная

 

концентрация

 

мощностей

 

инженерных

 

сооружений

 

в

 

рамках

 

одно

-

го

 

объекта

значительное

 

увеличение

 

пропускной

 

способности

 

линий

 

по

 

сравнению

 

с

 

напряжением

 

10 

кВ

новые

 

малогабаритные

 

типы

 

оборудования

использование

 

кабелей

 

с

 

изоляцией

 

из

 

сшитого

 

по

-

лиэтилена

 

определяют

 

дополнительные

 

требова

-

ния

 

к

 

обеспечению

 

надежной

 

работы

 

оборудования

 

сети

 20 

кВ

Обозначенный

 

круг

 

вопросов

 

определил

 

необ

-

ходимость

 

проведения

 

комплексных

 

исследований

 

режимов

 

работы

 

сети

 20 

кВ

 

с

 

целью

 

анализа

 

усло

-

вий

 

эксплуатации

 

электрооборудования

надежности

 

электроснабжения

 

потребителей

 

в

 

условиях

 

город

-

ской

 

структуры

 

мегаполиса

разработки

 

дополни

-

тельных

 

требований

 

к

 

порядку

 

формирования

 

струк

-

туры

 

сети

алгоритмам

 

действия

 

релейной

 

защиты

автоматики

 

и

 

параметрам

 

электрооборудования

Конфигурация

 

схемы

 

построения

 

электрической

 

сети

 

определяется

 

требованием

 

обеспечения

 

нор

-

мируемой

 

надежности

 

электроснабжения

 

потреби

-

телей

Основными

 

схемами

 

построения

 

городской

 

рас

-

пределительной

 

сети

 

являются

 

петлевая

 

и

 

ради

-

альная

 

многолучевая

При

 

этом

 

схемы

 

компонуются

 

однозвеньевыми

без

 

применения

 

РП

  (

рисунок

 1), 

и

 

двухзвеньевыми

когда

 

питание

 

распределитель

-

ной

 

сети

 

осуществляется

 

через

 

шины

 

РП

 (

рисунок

 2).

Рис

. 1. 

Однозвеньевая

 

ради

-

альная

 

схема

Рис

. 2. 

Двухзвеньевая

 

радиальная

 

схема

 4 (49) 2018


Page 4
background image

32

Однозвеньевые

 

схемы

 

используются

 

в

 

мало

-

загруженных

 

районах

 

при

 

мощностях

 

транс

-

форматоров

 

на

 

центрах

 

питания

 

до

 16–25 

МВА

Питание

 

ТП

 

потребителей

 

осуществляется

 

непо

-

средственно

 

от

 

ЦП

 

или

 

от

 

РП

 

по

 

двум

 

взаиморе

-

зервируемым

 

кабельным

 

линиям

ТП

 

оснащены

 

выключателями

 

с

 

устройствами

 

релейной

 

защи

-

ты

отключение

 

аварийного

 

участка

 

КЛ

 

осущест

-

вляется

 

селективной

 

токовой

 

защитой

 

с

 

выдерж

-

кой

 

времени

При

 

радиальном

 

способе

 

питания

 

нормированные

 

выдержки

 

времени

 

защит

 

на

 

питающем

 

центре

 1,7–1,9 

с

устанавливаемые

 

требованием

 

термической

 

устойчивости

 

кабе

-

ля

обеспечивают

 

селективное

 

отключение

 

двух

 

участков

 

КЛ

.

В

 

районах

 

современной

 

застройки

 

с

 

плотно

-

стью

 

нагрузки

 16 

МВт

/

км

2

 

и

 

более

вследствие

 

за

-

труднений

 

с

 

организацией

 

выходов

 

КЛ

 

от

 

центров

 

питания

как

 

правило

применяются

 

двухзвенье

-

вые

 

радиальные

 

схемы

Первое

 

звено

 

обеспе

-

чивает

 

выход

 

от

 

ЦП

 

питающими

 

линиями

 

до

 

РП

второе

 

звено

 

осуществляет

 

подвод

 

от

 

РП

 

распре

-

делительными

 

магистральными

 

линиями

 

к

 

ТП

 

по

-

требителя

В

 

стесненных

 

городских

 

условиях

 

ТП

 

выполнены

 

блочными

 

малогабаритными

 

и

 

осна

-

щены

 

на

 

стороне

 20 

кВ

 

выключателями

 

нагрузки

Поскольку

 

мощность

передаваемая

 

по

 

КЛ

 

20 

кВ

в

 

два

 

раза

 

превышает

 

соответствующее

 

значение

 

для

 

КЛ

 10 

кВ

количество

 

ТП

 

по

 

маги

-

страли

 

может

 

достигать

 10–12 

и

 

более

 

при

 

мощ

-

ности

 

ТП

 1 

МВт

В

 

этом

 

случае

 

особо

 

стоит

 

во

-

прос

 

о

 

надежности

 

работы

 

транзита

 

КЛ

 20 

кВ

поскольку

 

при

 

аварийном

 

отключении

 

линии

 

на

 

время

 

ввода

 

резервного

 

питания

 

происходит

 

прерывание

 

электроснабжения

 

большой

 (16–

22 

МВт

суммарной

 

нагрузки

 

с

 

выдержкой

 

АВР

достигающей

 16 

с

.

Уставка

 

срабатывания

 

АВР

 

на

 

высоком

 

напря

-

жении

 

ТП

 

определяется

 

временем

 

срабатывания

 

защиты

 

минимального

 

напряжения

 

обесточен

-

ной

 

секции

 

шин

 

и

 

контролем

 

наличия

 

напряже

-

ния

 

на

 

подключаемой

 

секции

К

 

этому

 

времени

 

в

 

ряде

 

случаев

 

добавляется

 

задержка

 

на

 

дли

-

тельность

 

восстановления

 

напряжения

 

питаю

-

щей

 

сети

 

после

 

отключения

 

короткого

 

замыка

-

ния

На

 

практике

 

время

 

срабатывания

 

АВР

 

на

 

высоком

 

напряжении

 

ТП

 

может

 

достигать

 6–16 

с

 

и

 

даже

 

более

что

 

зависит

 

также

 

от

 

разветвлен

-

ности

 

сети

Перерыв

 

электроснабжения

 

на

 

время

 

срабатывания

 

защит

 

и

 

автоматики

хотя

 

и

 

допу

-

скается

 

существующими

 

требованиями

 

Правил

 

устройства

 

электроустановок

очевидно

что

 

для

 

современных

 

условий

 

мегаполиса

 

является

 

не

-

приемлемым

Длительные

 

провалы

 

напряжения

 

не

 

позволяют

 

обеспечивать

 

непрерывную

 

работу

 

технологического

 

оборудования

 

и

 

вносят

 

суще

-

ственные

 

перебои

 

в

 

работу

 

современных

 

систем

 

жизнеобеспечения

 

зданий

 

и

 

сооружений

Следует

 

отметить

что

 

реализованный

 

алго

-

ритм

 

отключения

 

со

 

стороны

 

ЦП

 (

РП

всех

 

присо

-

единенных

 

к

 

магистрали

 

ТП

 

является

 

вынужден

-

ным

Такое

 

решение

 

позволяет

 

отключить

 

КЗ

 

за

 

время

не

 

превышающее

 0,5 

с

и

 

обеспечить

 

до

-

пустимые

 

уровни

 

термических

 

воздействий

Исключения

 

перерыва

 

в

 

энергоснабжении

 

можно

 

достичь

 

при

 

осуществлении

 

двусторонне

-

го

 

питания

 

магистральной

 

КЛ

 

и

 

вводе

 

дистанци

-

онного

 

управления

 

сетью

Для

 

этого

 

все

 

ТП

 

долж

-

ны

 

быть

 

оснащены

 

выключателями

 

с

 

полным

 

комплектом

 

цифровых

 

защит

все

 

присоединения

 

должны

 

быть

 

оборудованы

 

дифференциальными

 

защитами

Следует

 

отметить

что

 

при

 

двухстороннем

 

пи

-

тании

 

формируется

 

частично

 

замкнутый

 

участок

 

сети

что

 

приводит

 

к

 

повышению

 

надежности

 

энергоснабжения

но

 

одновременно

 

увеличивает

 

жесткость

 

схемы

 

и

 

величину

 

токов

 

КЗ

Такое

 

ре

-

шение

 

потребует

 

полной

 

цифровизации

 

действия

 

защит

 

сети

 

с

 

организацией

 

надежных

 

резервиро

-

ванных

 

каналов

 

связи

 

и

 

оснащения

 

всех

 

подстан

-

ций

 

цифровыми

 

терминалами

 

защит

.

Основной

 

сложностью

 

реализации

 

двусторон

-

него

 

питания

 

в

 

электрической

 

сети

 20 

кВ

 

является

 

потенциальная

 

возможность

 

возникновения

 

не

-

допустимых

 

режимов

 

работы

 

в

 

случае

 

отключе

-

ния

 

питающей

 

сети

 110–220 

кВ

для

 

отстройки

 

от

 

которых

 

должны

 

быть

 

проработаны

 

и

 

применены

 

специальные

 

меры

исключающие

 

возможность

 

нерасчетных

 

перетоков

 

аварийной

 

мощности

 

в

 

рассматриваемой

 

сети

.

Существуют

 

следующие

 

возможности

 

повы

-

шения

 

надежности

наблюдаемости

 

и

 

управляе

-

мости

 

сети

 20 

кВ

:

 

установка

 

в

 

сети

 

и

 

на

 

ТП

 

потребителей

 

сило

-

вых

 

выключателей

 

с

 

полным

 

комплектом

 

защит

позволяющим

 

организовать

 

селектив

-

ное

 

выделение

 

аварийного

 

участка

;

 

разработка

 

специализированного

 

комплек

-

са

 

автоматики

 

определения

 

поврежденного

 

участка

 

и

 

перестроения

 

сети

;

 

применение

 

дифференциальных

 

защит

 

на

 

питающих

 

присоединениях

 

электрической

 

сети

 20 

кВ

;

 

совершенствование

 

систем

 

резервирования

 

нагрузки

 

на

 

напряжении

 0,4 

кВ

позволяющих

 

обеспечить

 

полное

 

восстановление

 

энерго

-

снабжения

 

при

 

отключении

 

одного

 

ввода

;

 

организация

 

двухстороннего

 

питания

 

ТП

 

потребителей

 

с

 

ликвидацией

 

КЗ

 

без

 

перерыва

 

энергоснабжения

.

Введение

 

информационного

 

обмена

 

между

 

центрами

 

питания

распределительными

 

пун

-

ктами

 

и

 

трансформаторными

 

подстанциями

 

по

-

зволяет

 

организовать

 

централизованную

 

защиту

 

радиального

 

участка

 

сети

 

по

 

логическому

 

прин

-

ципу

Такая

 

защита

 

в

 

автоматическом

 

режиме

 

определяет

 

поврежденный

 

участок

локализует

 

место

 

повреждения

 

и

 

с

 

минимальной

 

временной

 

выдержкой

 

восстанавливает

 

электроснабжение

 

потребителей

.

На

 

сегодняшний

 

день

 

для

 

защиты

 

питающей

 

сети

 

применяется

 

последовательность

 

ступенча

-

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ 

СЕТИ 20 КВ


Page 5
background image

33

тых

 

максимальных

 

токовых

 

защит

 

от

 

междуфаз

-

ных

 

КЗ

  (

МТЗ

и

 

от

 

замыканий

 

на

 

землю

  (

ТЗНП

). 

При

 

этом

 

селективность

 

действия

 

защит

 

опреде

-

ляется

 

выбором

 

выдержек

 

времени

 

на

 

срабаты

-

вание

 

по

 

ступенчатому

 

принципу

Максимальная

 

выдержка

 

соответствует

 

защите

 

питающего

 

цен

-

тра

: 1,7 

с

 — 

для

 

МТЗ

 

и

 1,0 

с

 — 

для

 

ТЗНП

В

 

случае

 

пропадания

 

питания

 

на

 

секции

 

шин

 

РП

 

резервное

 

питание

 

осуществляется

 

включением

 

секционно

-

го

 

выключателя

 

от

 

комплекса

 

специализирован

-

ной

 

автоматики

.

Повреждения

возникающие

 

в

 

распредели

-

тельной

 

сети

отключаются

 

защитами

установ

-

ленными

 

на

 

силовых

 

выключателях

 

питающей

 

сети

при

 

этом

 

за

 

счет

 

установки

 

на

 

ТП

 

выключа

-

телей

 

нагрузки

 

допустимо

 

излишнее

 

отключение

 

группы

 

потребителей

запитанных

 

от

 

одного

 

пита

-

ющего

 

фидера

Одним

 

из

 

способов

 

повышения

 

эффективно

-

сти

 

системы

 

защиты

 

и

 

автоматики

 

электрической

 

сети

 

мегаполиса

 

напряжением

 20 

кВ

 

предлагает

-

ся

 

применение

 

дифференциальных

 

защит

 

линии

 

(

ДЗЛ

с

 

абсолютной

 

селективностью

При

 

новом

 

строительстве

 

объектов

 

электрической

 

сети

 

го

-

рода

 

Москвы

 

используются

 

устройства

 

защиты

 

и

 

автоматики

реализованные

 

на

 

микропроцес

-

сорной

 

элементной

 

базе

а

 

для

 

целей

 

органи

-

зации

 

автоматизированных

 

систем

 

управления

 

прокладываются

 

волоконно

-

оптические

 

линии

связи

Использование

 

дифференциальных

 

защит

 

по

-

зволяет

 

добиться

 

следующих

 

преимуществ

:

 

повысить

 

быстродействие

 

отключения

 

повреж

-

дения

 

в

 

сети

 

с

 

имеющихся

 

в

 

настоящее

 

время

 

1,7 

с

 

до

 0,1 

с

;

 

увеличить

 

количество

 

последовательно

 

под

-

ключенных

 

распределительных

 

пунктов

 

и

 

тем

 

самым

 

разветвленность

 

питающей

 

сети

;

 

организовать

 

в

 

сети

 

режим

 

многостороннего

 

питания

что

 

также

 

является

 

одним

 

из

 

усло

-

вий

 

для

 

внедрения

 

объектов

 

распределенной

 

генерации

 

в

 

городскую

 

электрическую

 

сеть

.

В

 

настоящее

 

время

 

без

 

применения

 

силовых

 

выключателей

 

на

 

всех

 

присоединениях

 

не

 

пред

-

ставляется

 

возможным

 

организовать

 

селектив

-

ное

 

устранение

 

повреждения

 

в

 

распределитель

-

ной

 

сети

 20 

кВ

На

 

первом

 

этапе

 

внедрения

 

автоматики

 

пере

-

строения

 

сети

 

реализуется

 

комплекс

 

специали

-

зированной

 

автоматики

обеспечивающей

 

опре

-

деление

 

поврежденного

 

участка

 

посредством

 

специализированных

 

датчиков

 

КЗ

устанавлива

-

емых

 

на

 

всех

 

присоединениях

 

распределитель

-

ной

 

сети

 

с

 

выключателями

 

нагрузки

Информация

 

о

 

работе

 

датчиков

 

обрабатывается

 

в

 

централизо

-

ванных

 

устройствах

 

при

 

помощи

 

реализованного

 

информационного

 

обмена

Применение

 

указан

-

ной

 

автоматики

 

существенно

 

снижает

 

время

 

по

-

иска

 

поврежденного

 

участка

 

распределительной

 

сети

а

 

также

 

снижает

 

общее

 

время

 

ремонтных

 

работ

.

На

 

втором

 

этапе

 

комплекс

 

автоматики

 

дора

-

батывается

 

с

 

использованием

 

телеуправления

 

выключателями

 

нагрузки

 

в

 

обесточенном

 

состоя

-

нии

что

 

позволяет

 

организовать

 

автоматическое

 

перестроение

 

сети

 

без

 

участия

 

человека

 

и

 

оста

-

вить

 

в

 

работе

 

максимально

 

возможное

 

количе

-

ство

 

потребителей

Актуальным

 

вопросом

 

является

 

оценка

 

уров

-

ней

 

перенапряжений

 

при

 

осуществлении

 

плано

-

вых

 

и

 

аварийных

 

коммутаций

уровни

 

которых

 

определяют

 

воздействия

 

на

 

изоляцию

 

кабе

-

лей

 

из

 

сшитого

 

полиэтилена

 

и

 

другого

 

обору

-

дования

Использование

 

при

 

компоновке

 

сети

 20 

кВ

 

новых

 

малогабаритных

 

видов

 

оборудования

применение

 

кабелей

 

с

 

изоляцией

 

из

 

сшитого

 

поли

 

этилена

 

определяют

 

актуальность

 

оцен

-

ки

 

уровней

 

перенапряжений

 

при

 

осуществлении

 

плановых

 

и

 

аварийных

 

коммутаций

.

В

 

общем

 

случае

 

дуговые

 

перенапряжения

 

представляют

 

серьезную

 

опасность

 

для

 

сетей

 

среднего

 

класса

 

напряжения

приводя

 

к

 

повы

-

шенным

 

уровням

 

перенапряжений

 

и

 

нежелатель

-

ным

 

воздействиям

 

на

 

изоляцию

 

оборудования

При

 

резистивном

 

заземлении

 

нейтрали

 

сети

 

20 

кВ

 

перенапряжения

 

на

 

здоровых

 

фазах

 

при

 

ОЗЗ

 

не

 

превышают

 1,85 

U

Ф

что

 

практически

 

ис

-

ключает

 

вероятность

 

возникновения

 

повторного

 

пробоя

 

и

 

двойных

 

замыканий

 

в

 

отличие

 

от

 

сетей

 

с

 

изолированной

 

нейтралью

.

Более

 

высокие

 

уровни

 

перенапряжений

 

на

-

блюдаются

 

при

 

плановых

 

и

 

аварийных

 

коммута

-

циях

 

в

 

питающей

 

сети

 

высокого

 

напряжения

.

При

 

возникновении

 

однофазного

 

КЗ

 

на

 

КЛ

 

220 

кВ

питающей

 

шины

 20 

кВ

 

через

 

трансформа

-

тор

 220/20 

кВ

при

 

подключении

 

резистора

 

к

 

ней

-

трали

 

силового

 

трансформатора

 

происходит

 

трансформация

 

волны

 

перенапряжений

 

на

 

сто

-

рону

 20 

кВ

Амплитуда

 

перенапряжений

 

и

 

частота

 

переходного

 

процесса

 

определяется

 

в

 

основном

 

волновыми

 

параметрами

 

КЛ

 220 

кВ

 

и

 

емкостя

-

ми

 

между

 

обмотками

 

ВН

 

и

 

НН

 

трансформатора

расстоянием

 

до

 

точки

 

замыкания

а

 

также

 

со

-

противлением

 

резистора

 

в

 

нейтрали

Расчеты

 

показывают

что

 

при

 

заземлении

 

нейтрали

 

сети

 

20 

кВ

 

путем

 

подключения

 

резистора

 

к

 

нейтрали

 

силового

 

трансформатора

 

при

 

КЗ

 

на

 

питающей

 

кабельной

 

линии

 220 

кВ

 

в

 

сети

 20 

кВ

 

возмож

-

ны

 

перенапряжения

 

кратностью

 

до

 4,6 

фазного

напряжения

.

Подключение

 

резистора

 

к

 

нейтрали

 

специ

-

ально

 

выделенного

 

заземляющего

 

трансформа

-

тора

подключаемого

 

к

 

шинам

 20 

кВ

позволяет

 

ликвидировать

 

эффект

 

влияния

 

переходных

 

про

-

цессов

 

при

 

несимметричных

 

КЗ

 

на

 

землю

 

в

 

сети

 

220 (110) 

кВ

 

на

 

напряжения

 

и

 

токи

 

на

 

стороне

 

20 

кВ

В

 

этом

 

случае

 

перенапряжения

 

в

 

сети

 20 

кВ

 

снижаются

 

примерно

 

на

 

четверть

 

и

 

не

 

превыша

-

ют

 3,6 

фазного

 

напряжения

Это

 

важно

 

в

 

перспек

-

тиве

 

при

 

естественном

 

старении

 

изоляции

 

обору

-

дования

.

 4 (49) 2018


Page 6
background image

34

В

 

ячейках

 

РУ

 20 

кВ

 

на

 

центрах

 

питания

 

и

 

ТП

 

применяются

 

элегазовые

 

либо

 

вакуумные

 

сило

-

вые

 

выключатели

 

с

 

током

 

отключения

 12–20 

кА

При

 

коммутации

 

включения

 

вакуумным

 

выключа

-

телем

 

ненагруженной

 

кабельной

 

линии

 20 

кВ

 

на

-

блюдаются

 

пробои

 

межконтактного

 

промежутка

 

и

 

происходит

 

генерация

 

высокочастотных

 

пере

-

напряжений

Перенапряжения

 

при

 

этом

 

не

 

превы

-

шают

 

кратность

 1,3–1,5 

U

Ф

Частота

 

переходного

 

процесса

возникающего

 

за

 

счет

 

неустойчивого

 

горения

 

дуги

 

в

 

вакуумном

 

выключателе

состав

-

ляет

 100–150 

кГц

Коммутация

 

отключения

 

вакуумным

 

выключа

-

телем

 

ненагруженного

 

трансформатора

 

сопрово

-

ждается

 

перенапряжениями

 

кратности

 2,6–2,8 

U

Ф

Частота

 

переходного

 

процесса

возникающего

 

за

 

счет

 

неустойчивого

 

горения

 

дуги

 

в

 

вакуумном

 

вы

-

ключателе

составляет

 30–50 

кГц

.

Наличие

 

указанных

 

высокочастотных

 

перена

-

пряжений

 

должно

 

учитываться

 

при

 

оценке

 

воз

-

действий

 

на

 

изоляцию

 

коммутируемых

 

трансфор

-

маторов

 

и

 

высоковольтных

 

двигателей

.

Для

 

электроустановок

 

с

 

низкоомным

 

резистив

-

ным

 

заземлением

 

нейтрали

 

сопротивление

 

за

-

земляющего

 

устройства

 

необходимо

 

выбирать

исходя

 

из

 

допустимых

 

значений

 

напряжения

 

прикосновения

При

 

протекании

 

тока

 

резистора

 

1000 

А

 

через

 

заземляющее

 

устройство

 

и

 

выдерж

-

ке

 

времени

 

защиты

 

от

 

замыканий

 

на

 

землю

 1,0 

с

 

сопротивление

 

заземляющего

 

устройства

 

должно

 

быть

 

менее

 0,1 

Ом

Снижение

 

тока

 

резистора

на

-

пример

 

до

 400 

А

позволяет

 

снизить

 

требования

 

к

 

сопротивлению

 

заземляющих

 

устройств

Это

 

принципиально

 

важно

так

 

как

 

в

 

условиях

 

мегапо

-

лиса

 

сложно

 

выполнить

 

сопротивление

 

заземля

-

ющих

 

устройств

 

на

 

стандартные

 0,5 

Ом

.

Однако

 

следует

 

учитывать

что

 

при

 

однофаз

-

ных

 

коротких

 

замыканиях

 

в

 

городских

 

кабельных

 

сетях

 

аварийные

 

токи

 

замыкаются

 

в

 

основном

 

че

-

рез

 

нейтрали

 

трансформаторов

 

и

 

заземленные

 

экраны

 

кабелей

Лишь

 

незначительная

 

доля

 

тока

 

однофазного

 

короткого

 

замыкания

 

в

 

городских

 

кабельных

 

сетях

 

протекает

 

через

 

заземляющее

 

устройство

 

подстанции

В

 

этом

 

случае

 

вынос

 

по

-

тенциала

 

опасной

 

величины

 

не

 

наблюдается

что

 

снижает

 

требования

 

к

 

сопротивлению

 

заземляю

-

щего

 

устройства

В

 

городских

 

кабельных

 

сетях

 

для

 

расчета

 

рас

-

пределения

 

токов

 

при

 

коротких

 

замыканиях

 

и

 

рас

-

чета

 

величины

 

потенциала

 

на

 

заземленных

 

эле

-

ментах

 

подстанций

 

обязателен

 

правильный

 

учет

 

экранов

 (

оболочек

кабелей

 

и

 

схем

 

их

 

заземления

Развитие

 

электрической

 

сети

 

напряжени

-

ем

 20 

кВ

 

с

 

резистивным

 

заземлением

 

нейтрали

 

должно

 

сопровождаться

 

анализом

 

и

 

совершен

-

ствованием

 

как

 

применяемых

 

технических

 

реше

-

ний

так

 

и

 

развитием

 

и

 

совершенствованием

 

нор

-

мативно

-

технической

 

документации

В

 

настоящее

 

время

 

в

 

Российской

 

Федерации

согласно

 

п

. 1.2.16 

Правил

 

устройства

 

электро

-

установок

 

ПУЭ

 [2]: «

работа

 

электрических

 

сетей

 

напряжением

 2–35 

кВ

 

может

 

предусматриваться

 

как

 

с

 

изолированной

 

нейтралью

так

 

и

 

с

 

нейтра

-

лью

заземленной

 

через

 

дугогасящий

 

реактор

 

или

 

резистор

». 

Анализ

 

существующей

 

в

 

России

 

нормативно

-

технической

 

документации

 

в

 

части

 

электриче

-

ской

 

сети

 20 

кВ

 

показывает

что

 

требования

 

дей

-

ствующих

 

нормативно

-

технических

 

документов

 

в

 

основном

 

распространяются

 

и

 

применимы

 

для

 

электрической

 

сети

 20 

кВ

 

с

 

изолированной

 

ней

-

тралью

Для

 

электрической

 

сети

 20 

кВ

 

с

 

резистив

-

ным

 

заземлением

 

нейтрали

 

требования

 

в

 

дей

-

ствующих

 

нормативно

-

технических

 

документах

 

в

 

значительной

 

степени

 

отсутствуют

 

либо

 

недо

-

статочны

Глава

 3.2 

ПУЭ

 [3] «

Релейная

 

защита

» 

устанав

-

ливает

 

общие

 

требования

требования

 

к

 

защитам

 

трансформаторов

  (

автотрансформаторов

с

 

об

-

моткой

 

высшего

 

напряжения

 3 

кВ

 

и

 

выше

защи

-

там

 

воздушных

 

и

 

кабельных

 

линий

 

в

 

сетях

 

напря

-

жением

 20 

и

 35 

кВ

 

с

 

изолированной

 

нейтралью

Требования

 

к

 

защитам

 

трансформаторов

 

в

 

дан

-

ном

 

случае

 

определяются

в

 

т

.

ч

для

 

сети

 20 

кВ

но

 

рассматриваются

 

режимы

 

заземления

 

нейтра

-

ли

 

сети

глухозаземленная

 

и

 

изолированная

Для

 

кабельных

 

и

 

воздушных

 

линий

 

электропередачи

 

напряжением

 20 

кВ

 

устанавливаются

 

требова

-

ния

 

к

 

защитам

 

для

 

режима

 

с

 

изолированной

 

ней

-

тралью

Требуется

 

разработка

 

требований

 

по

 

защитам

 

воздушных

 

и

 

кабельных

 

ЛЭП

 

в

 

сетях

 

напряжени

-

ем

 20 

кВ

 

с

 

резистивно

-

заземленной

 

нейтралью

а

 

также

 

защит

 

резистора

через

 

который

 

зазем

-

лена

 

нейтраль

При

 

этом

 

необходимо

 

определить

 

минимально

 

возможные

 

коэффициенты

 

чувстви

-

тельности

 

для

 

основных

 

и

 

резервных

 

защит

 

эле

-

ментов

 

сети

 20 

кВ

 

с

 

резистивно

-

заземленной

 

ней

-

тралью

.

Глава

 1.4 

ПУЭ

 [3] «

Выбор

 

электрических

 

аппа

-

ратов

 

и

 

проводников

 

по

 

условиям

 

короткого

 

за

-

мыкания

» 

устанавливает

 

требования

 

к

 

выбору

 

аппаратов

 

по

 

различным

 

условиям

  (

току

 

КЗ

на

-

греву

динамической

 

устойчивости

 

и

 

т

.

д

.). 

Суще

-

ствующие

 

требования

 

применимы

 

к

 

аппаратам

 

различного

 

класса

 

напряжения

 

без

 

исключения

однако

 

в

 

настоящее

 

время

 

отсутствуют

 

требова

-

ния

 

по

 

расчетным

 

условиям

 

выбора

 

номиналов

 

резисторов

.

Глава

 1.7 

ПУЭ

 [2] «

Заземление

 

и

 

защитные

 

меры

 

электробезопасности

» 

устанавливает

 

требования

 

к

 

системам

 

заземления

защитным

 

устройствам

мерам

 

защиты

 

от

 

прямого

 

и

 

косвен

-

ного

 

прикосновения

наибольшего

 

допустимого

 

времени

 

автоматического

 

отключения

Данные

 

требования

 

можно

 

применять

 

для

 

электрической

 

сети

 20 

кВ

 

с

 

изолированной

 

ней

-

тралью

 

и

 

эффективно

-

заземленной

 

нейтра

-

лью

Требования

 

к

 

параметрам

 

заземляющих

 

устройств

 

для

 

сетей

 

с

 

резистивным

 

заземлением

 

нейтрали

 

и

 

относительно

 

большими

 

токами

 

замы

-

кания

 

на

 

землю

  (

до

 1000 

А

в

 

настоящее

 

время

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ 

СЕТИ 20 КВ


Page 7
background image

35

не

 

регламентированы

Для

 

таких

 

сетей

 

необходи

-

ма

 

разработка

 

методики

 

расчета

 

параметров

 

за

-

земляющих

 

устройств

 

на

 

основании

 

допустимых

 

значений

 

напряжения

 

прикосновения

 

и

 

установ

-

ление

 

требований

 

для

 

заземляющих

 

устройств

В

 

Правилах

 

технической

 

эксплуатации

 

элек

-

трических

 

станций

 

и

 

сетей

 

Российской

 

Федерации

 

(

ПТЭ

) [4] 

режим

 

работы

 

с

 

заземлением

 

нейтрали

 

сети

 

через

 

резистор

 

допускается

 

только

 

в

 

сетях

 

собственных

 

нужд

 6 

кВ

 

блочных

 

электростанций

Фактически

 

в

 

ПТЭ

 

режим

 

электрической

 

сети

 

с

 

за

-

землением

 

через

 

резистор

 

вообще

 

не

 

рассматри

-

вается

 

и

 

не

 

допускается

.

В

 

РД

 34.45-51.300-97 «

Объем

 

и

 

нормы

 

испыта

-

ний

 

электрооборудования

» [5] 

отсутствуют

 

требо

-

вания

 

к

 

объемам

 

и

 

нормам

 

испытаний

 

резистора

являющимся

 

одним

 

из

 

основных

 

видов

 

электро

-

оборудования

 

для

 

сети

 

с

 

резистивным

 

заземле

-

нием

 

нейтрали

обеспечивающим

 

надежность

 

ра

-

боты

 

электрической

 

сети

 20 

кВ

.

Существующая

 

нормативно

-

техническая

 

доку

-

ментация

 

в

 

части

 

описаний

 

явлений

 

феррорезо

-

нансных

 

перенапряжений

 

довольно

 

полно

 

и

 

под

-

робно

 

описывает

 

процессы

 

феррорезонансных

 

повышений

 

напряжений

 

и

 

защиты

 

от

 

них

 

в

 

сетях

 

номинального

 

напряжения

 6–35 

кВ

 

с

 

изолирован

-

ной

 

нейтралью

 

и

 

компенсацией

 

емкостного

 

тока

 

замыкания

 

на

 

землю

 

на

 

основе

 

заземляющих

 

ду

-

гогасящих

 

реакторов

Электрические

 

сети

 

напряжением

 20 

кВ

 

с

 

ре

-

зистивным

 

заземлением

 

нейтрали

 

занимают

 

про

-

межуточное

 

положение

 

между

 

сетями

 

с

 

изолиро

-

ванной

 

нейтралью

 

и

 

сетями

 

с

 

глухозаземленной

 

нейтралью

В

 

этой

 

связи

 

требуется

 

разработка

 

технических

 

требований

 

к

 

параметрам

 

трансфор

-

маторов

 

напряжения

 20 

кВ

 

для

 

сети

 

с

 

резистив

-

ным

 

заземлением

 

нейтрали

.

По

 

причине

 

отсутствия

 

норм

 

технологического

 

проектирования

 

городских

 

электрических

 

сетей

 

напряжением

 20 

кВ

 

проектные

 

организации

 

при

 

выполнении

 

проектных

 

работ

 

опираются

 

лишь

 

на

 

общие

 

и

 

разрозненные

 

требования

предъяв

-

ляемые

 

к

 

проектной

 

документации

с

 

учетом

 

ре

-

комендаций

 

РД

 34.20.185-94 «

Инструкция

 

по

 

про

-

ектированию

 

городских

 

электрических

 

сетей

» [1], 

в

 

которой

 

фактически

 

рассматриваются

 

общие

 

принципы

 

для

 

проектирования

 

электрических

 

го

-

родских

 

сетей

 6–10 

кВ

.

В

 

этой

 

связи

 

представляется

 

целесообразным

 

разработка

  «

Норм

 

технологического

 

проектиро

-

вания

 

электрической

 

сети

 

напряжением

 20 

кВ

 

мегаполиса

», 

которые

 

должны

 

регламентировать

 

современные

 

требования

 

к

 

проектированию

 

го

-

родских

 

электрических

 

сетей

 

напряжением

 20 

кВ

 

с

 

учетом

 

накопленного

 

опыта

 

проектирования

 

и

 

эксплуатации

актуальных

 

требований

 

к

 

обе

-

спечению

 

надежности

 

потребителей

 

мегаполиса

особенностей

 

развития

 

электрических

 

сетей

 

дан

-

ного

 

класса

 

напряжения

 

в

 

условиях

 

существую

-

щей

 

городской

 

инфраструктуры

значительных

 

единичных

 

мощностей

 

современных

 

инженерных

 

сооружений

присоединяемых

 

к

 

городским

 

рас

-

пределительным

 

сетям

а

 

также

 

учитывающим

 

особенности

 

режима

 

заземления

 

нейтрали

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Развитие

 

сети

 20 

кВ

 

мегаполиса

 

должно

 

идти

 

по

 

пути

:

 

обеспечения

 

оптимальной

 

надежности

 

и

 

эффективности

 

на

 

основе

 

полной

 

наблюда

-

емости

телемеханизации

 

и

 

телеуправления

 

коммутационной

 

аппаратурой

;

 

повышения

 

управляемости

 

сети

 

обеспечения

 

нормированного

 

уровня

 

надеж

-

ности

 

электроснабжения

 

потребителей

 

по

 

принципу

 

n

–1;

 

внедрения

 

цифровых

 

защит

 

организации

 

каналов

 

связи

 

и

 

включения

 

всех

 

узлов

 

распределения

 

и

 

коммутации

 

в

 

единую

 

систему

 

наблюдения

контроля

 

и

 

управления

 

сетью

 

мегаполиса

;

 

совершенствования

 

и

 

развития

 

норматив

-

но

-

технической

 

документации

 

в

 

части

 

про

-

ектирования

 

и

 

эксплуатации

 

электрических

 

сетей

 20 

кВ

 

с

 

резистивным

 

заземлением

 

ней

-

трали

.  

ЛИТЕРАТУРА

1. 

РД

 34.20.185-94. 

Инструкция

 

по

 

проектированию

 

городских

 

элек

-

трических

 

сетей

М

., 1995. 30 

с

.

2. 

Правила

 

устройства

 

электроуста

-

новок

. 7-

е

 

издание

СПб

.: 

Изда

-

тельство

 

ДЕАН

, 2009. 928 

с

.

3. 

Правила

 

устройства

 

электроуста

-

новок

Шестое

 

издание

М

.: 

Глав

-

госэнергонадзор

 

России

, 1998. 

500 

с

.

4. 

Правила

 

технической

 

эксплуата

-

ции

 

электрических

 

станций

 

и

 

се

-

тей

 

Российской

 

Федерации

М

.: 

СПО

 

ОРГРЭС

, 2003. 155 

с

.

5. 

РД

 34.45-51.300-97. 

Объем

 

и

 

нор

-

мы

 

испытаний

 

электрооборудова

-

ния

М

.: 

Издательство

 

НЦ

 

Энас

1998. 177 

с

.

REFERENCES

1.  RD 34.20.185-94. Instruction on the 

design of urban electrical networks. 
Moscow, 1995. 30 p. (in Russian)

2.  Electrical installation code. 7th edition.

St. Petersburg, Izdatelstvo DEAN 
Publ., 2009. 928 p. (in Russian)

3.  Electrical installation code. 6th edi-

tion. Moscow, Glavgosenergonadzor 
Rossii Publ., 1998. 500 p. (in Rus-
sian)

4.  Rules of power plants and networks 

operation in the Russian Federa-

tion. Moscow, SPO ORGRES Publ., 
2003. 155 p. (in Russian)

5. RD 34.45-51.300-97. Scope and 

standards of electrical equipment 
testing. Moscow, NTS Enas Publ., 
1998. 177 p. (in Russian)

 4 (49) 2018


Оригинал статьи: Совершенствование технических решений по развитию структуры и повышению надежности эксплуатации электрической сети 20 кВ мегаполиса

Ключевые слова: электрическая сеть 20 кВ, повышение надежности, технические решения, структура сети

Читать онлайн

По материалам IV Всероссийской конференции «РАЗВИТИЕ И ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ». Особенность мегаполиса накладывает как в настоящее время, так и в перспективе высокие требования к надежности и бесперебойности электроснабжения потребителей. Развитие электрической сети 20 кВ в крупных мегаполисах вызвано увеличением концентрированной мощности инженерных сооружений до 15–30 МВт в рамках одного объекта. Возможности сетей 6–10 кВ для обеспечения таких мощностей практически исчерпаны. Дальнейшее развитие электрической сети 20 кВ требует как разработки и совершенствования технических решений, так и совершенствования нормативно-технической документации как в части проектирования, так и в части ее эксплуатации.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 1(82), январь-февраль 2024

Система диагностики АКБ «Репей»

Энергоснабжение / Энергоэффективность Цифровая трансформация / Цифровые сети / Цифровая подстанция Возобновляемая энергетика / Накопители Диагностика и мониторинг
ООО НПП «Микропроцессорные технологии»
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 6(81), ноябрь-декабрь 2023

Внедрение резонансной системы передачи электрической энергии в филиале ПАО «Россети Центр и Приволжье» — «Рязаньэнерго»

Энергоснабжение / Энергоэффективность Кабельные линии
ФГБОУ ВО «Орловский ГАУ», ФГБНУ ФНАЦ ВИМ
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»