Файбисович - Справочник по проектированию электрических сетей

В систему ПС 330/110 кВ

ТЭЦ

II УРП

ПГВ

ПС 330/110 кВ

а

I

УРП–I

УРП–III ПГВ–1 ПГВ–2

ТЭЦ ПГВ–3

УРП–IV УРП–II

б

ВЛ 110 кВ, сооружаемые для 1 очереди ВЛ 110 кВ, сооружаемые для 2 очереди Кабельная линия 110 кВ

Рис. 4.16. Схема электроснабжения крупных металлургических заводов: а – схема для существующих расширяемых заводов; б – схема для новых заводов; УРП – узловые распределительные пункты

110 кВ; ПГВ – подстанции глубокого ввода 110/10 (6) кВ

питание дуговых сталеплавильных печей через отдельные трансформаторы;

уменьшение индуктивного сопротивления питающих линий (например, продольная компенсация на ВЛ соединяющих ЦП с источниками);

включение на параллельную работу двух питающих дуговую печь линий и трансформаторов на стороне ВН и НН.

171

Крупномасштабное освоение нефтяных месторождений и переработки попутного газа в Западной Сибири, характеризующихся сложными климатическими условиями и высокими требованиями к надежности электроснабжения, вызвало появление особых требований к построению схем электроснабжения. На основании проектов технологической части, обобщения опыта проектирования, строительства и эксплуатации систем электроснабжения этих объектов установлены категории отдельных электроприемников по надежности электроснабжения. Принято, что электроснабжение объектов нефтедобычи и переработки попутного газа должно обеспечиваться без ограничений как в нормальных, так и в послеаварийных режимах при отключении любого элемента электрической сети. Принято положение о проектировании схем электроснабжения нефтяных месторождений и переработки попутного газа в Западной Сибири, которое устанавливает следующие требования и рекомендации:

электроснабжение вновь вводимых нефтяных месторождений, как правило, осуществляется на напряжении 110 кВ, а при наличии обоснований – на 220 кВ;

на нефтяных месторождениях с объемом добычи нефти до 2 млн т в год допускается предусматривать сооружение одной ПС, более 2 млн т в год – не менее двух ПС; в первом случае рекомендуется присоединение ПС в транзит ВЛ с двусторонним питанием или двумя одноцепными тупиковыми ВЛ (допускается двухцепная ВЛ на стальных опорах – при наличии обоснований), во втором случае ПС должны питаться от независимых источников не менее чем по двум ВЛ, прокладываемым по разным трассам;

для электроснабжения компрессорных станций (КС) газлифта, водозаборов, газоперерабатывающих заводов и головных КС при каждом объекте сооружается ПС 110–220 кВ, подключаемая к независимым источникам питания не менее чем по двум одноцепным ВЛ или заходом одной цепи ВЛ с двусторонним питанием;

размещение ПС принимается с максимально возможным приближением к технологическим объектам;

на ПС предусматривается установка двух трансформаторов из условий резервирования 100% нагрузки;

для ВЛ 110 кВ в качестве рационального типового сечения провода рекомендуется АС 120–150 (при наличии обоснований – до АС240), для ВЛ 220 кВ – АС-240–300.

Схемы присоединения ПС к различным конфигурациям сети приведены в табл. 4.5.

172

Т а б л и ц а 4.5

Схемы присоединения к электрической сети подстанций

для электроснабжения нефтяных месторождений в Западной Сибири

Конфигурация сети

Схема присо-

Допустимое

Номера типо-

единения ПС

число ПС

вых схем ПС

Двухцепная тупиковая

2

4Н

ВЛ (Р2)

Две одноцепные тупи-

3

4Н

ковые ВЛ (Р2)

Одноцепная ВЛ с двух-

сторонним питанием

2

5АН

(Д1)

Двухцепная ВЛ с двух-

4Н*

сторонним питанием

4

5Н**

(Д2)

5АН

*

Ответвительная ПС.

**

Проходная ПС.

4.6. СХЕМЫ ВНЕШНЕГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

Электрифицированные железные дороги занимают особое место среди потребителей электроэнергии. Эта специфика определяется конфигурацией электрической сети, сооружаемой для электрификации железной дороги (географически протяженный потребитель с близкими значениями нагрузок тяговых ПС, расположенных примерно на равных расстояниях одна от другой), и высокими требованиями к надежности электроснабжения.

Электрификация железных дорог проектируется, как правило, на переменном однофазном токе промышленной частоты напряжением 25 кВ в контактной сети (номинальное напряжение на шинах тяговых ПС – 27,5 кВ), а при наличии обоснований – на постоянном токе напряжением 3 кВ (номинальное напряжение на шинах тяговых ПС – 3,3 кВ).

Электрификация на постоянном токе используется, как правило, при усилении или продлении действующих электрифицированных участков, выполненных на напряжении 3,0 кВ.

При электрификации на переменном токе тяговые ПС располагаются, как правило, на расстоянии 40–50 км одна от другой, при постоянном токе – на расстоянии 20–25 км. Соответственно

173

электрические нагрузки тяговых ПС при переменном токе существенно больше, чем при постоянном.

В последнее время внедряется также система электрификации на переменном токе 2×25 кВ, позволяющая сохранить напряжение 25 кВ в контактной сети, но большую часть энергии передавать от тяговых ПС к электровозам на напряжении 50 кВ. Для этого кроме контактного подвешивается дополнительный питающий провод, напряжение которого по отношению к земле равно 25 кВ, а к контактному проводу – 50 кВ. Питание электровозов осуществляется через линейные АТ 50/25 кВ, устанавливаемые между тяговыми ПС через 8–15 км и подключаемые крайними выводами к контактному и питающему проводам, а средним – к рельсам. На тяговых ПС устанавливаются однофазные трансформаторы с двумя вторичными обмотками 27,5 кВ каждая, соединяемыми последовательно. При одинаковом размещении тяговых ПС потери мощности в системе 2×25 кВ в 1,5–2 раза ниже, чем в системе 25 кВ. При увеличении расстояния между ПС в системе 2×25 кВ в 1,7–1,8 раза по сравнению с системой 25 кВ потери в обеих системах равны.

Тяговые ПС по надежности электроснабжения приравниваются к потребителям первой категории и должны обеспечиваться двусторонним питанием. При выборе схемы должен решаться вопрос о комплексном электроснабжении электрифицируемых железных дорог и всех других потребителей в прилегающем районе.

Питание тяговых ПС осуществляется от одноцепных или двухцепных линий электропередачи 110 кВ (при электрификации на переменном токе – также и 220 кВ), сооружаемых для этой цели, как правило, вдоль железной дороги. Присоединение этих так называемых тяговых линий электропередачи в свою очередь осуществляется к расположенным вблизи железных дорог или вновь сооружаемым ПС 500–220 кВ.

Выбор схемы электроснабжения должен производиться на основании технико-экономического сравнения возможных вариантов в зависимости от следующих факторов:

расстояния между источниками питания; нагрузки тяговых и районных потребителей и динамики их раз-

вития; количества тяговых и районных ПС;

конкретных условий в энергосистеме (наличия тех или иных напряжений питающей сети, необходимости использования тяговых линий электропередачи в качестве сетевых связей и т. п.).

При наличии развитой распределительной сети 110–220 кВ в районе железной дороги, что имеет место на большей части обжитой территории страны, отдельные тяговые ПС могут получать питание непосредственно от районных ПС энергосистемы или присоединяться к существующей сети.

174

Требования к схемам присоединения к сети тяговых ПС сводятся к следующему:

по двухцепной тупиковой ВЛ рекомендуется питание одной тяговой ПС; присоединение к этой ВЛ других ПС, не питающих тягу, не допускается;

при питании двух тупиковых параллельных одноцепных ВЛ от разных секций системы сборных шин допускается присоединение к этим ВЛ в рассечку двух тяговых ПС;

при присоединении ПС к одноцепной ВЛ с двусторонним питанием (рис. 4.17, б) между двумя узловыми ПС допускается включение не более пяти промежуточных ПС для ВЛ 220 кВ при электрификации дороги на переменном и постоянном токе и ВЛ 110 кВ при электрификации на постоянном токе и не более трех ПС для ВЛ 110 кВ при электрификации дороги на переменном токе;

к двухцепной ВЛ с двусторонним питанием допускается присоединение одной тяговой ПС на ответвлениях к обеим цепям;

от двух одноцепных ВЛ с двусторонним питанием (рис. 4.17, в) между двумя узловыми ПС включается такое же количество промежуточных ПС, как и от двухцепных ВЛ;

для тяговых ПС, присоединяемых на ответвлениях или питаемых по двухцепным тупиковым ВЛ, принимается типовая схема электрических соединений 4Н (рис. 4.8, табл. 4.4), а для промежуточных ПС, включаемых в рассечку одноцепных и двухцепных ВЛ – типовые схемы 5Н и 5АН.

а

б

в

Рис. 4.17. Схемы присоединения тяговых подстанций к ВЛ 110–220 кВ

При прохождении в особо гололедных районах тяговые ВЛ и ответвления от них выполняются на одноцепных опорах независимо от схем питания тяговых ПС; на тяговых ВЛ, проходящих в районе с гололедными условиями и наблюдавшейся пляской проводов, должны предусматриваться мероприятия по плавке гололеда.

На слабозагруженных участках железных дорог (до 24 пар поездов в сутки) допускается обеспечение надежности питания тяговых ПС как потребителей II категории: одностороннее питание тяговых ПС,

175

питание тяговых ПС от одной секционированной ВЛ при условии подключения смежных ПС к разным секциям ВЛ, подключение ПС к питающей ВЛ отпайкой с помощью одного ввода с выключателем.

Схема электроснабжения электрифицируемой железной дороги должна быть тесно увязана со схемой электроснабжения районных потребителей. От тяговых ПС осуществляется также электроснабжение районных потребителей в пределах экономически целесообразного радиуса действия сетей 35–10 кВ.

Возможные варианты электроснабжения районных потребителей от тяговых ПС приведены на рис. 4.18. На тяговых ПС постоянного тока обычно устанавливаются трансформаторы напряжением 110/10 кВ. Тяговые трансформаторы в блоке с выпрямительными агрегатами подключаются к шинам 10 кВ. Питание районных потребителей может осуществляться от общих двухили трехобмоточных трансформаторов.

	110 кВ		110 кВ
			35 кВ
	10 кВ		10 кВ
а
110(220) кВ		110(220) кВ
35–10(6) кВ			35–10(6) кВ
			10–35(6) кВ
25 кВ			25 кВ
110(220) кВ	35 кВ		110 кВ
			35 кВ
25 кВ	10(6) кВ
220 кВ		25 кВ	10(6) кВ

110 кВ

б

25 кВ

Рис. 4.18. Схемы питания районных потребителей от тяговых подстанций: а – на постоянном токе; б – на переменном токе

176

Питание района от тяговых ПС переменного тока с высшим напряжением 110 кВ может осуществляться от трехобмоточных тяговых трансформаторов или от отдельных трансформаторов.

Если для электроснабжения района требуется одно питающее напряжение, наиболее целесообразна схема питания от третьей обмотки тяговых трансформаторов. При наличии существующей районной нагрузки на двух напряжениях может оказаться более экономичным вариант питания тяговых и районных потребителей от отдельных трансформаторов. Эффективность схемы раздельного питания возрастает в случаях, когда для питания тяги можно ограничиться установкой одного трансформатора, а также когда тяговая ПС сооружается вблизи действующей районной ПС. Для тяговых ПС переменного тока с высшим напряжением 220 кВ целесообразно питание районной и тяговой нагрузок от общих трехобмоточных трансформаторов или АТ 220/110/25 кВ (при наличии нагрузки на напряжении 110 кВ).

Электрификация на переменном однофазном токе обуславливает появление несимметричного напряжения в сети общего пользования, присоединенной к тяговой ПС. При превышении допустимых значений несимметрии на тяговых ПС должны устанавливаться фильтрующие устройства.

4.7. СХЕМЫ ВНЕШНЕГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ И ГАЗОПРОВОДОВ

Магистральные нефтепроводы и газопроводы как потребители электроэнергии имеют те же особенности, что и электрифицированные железные дороги: протяженный характер с близкими значениями нагрузок нефтеперекачивающих станций (НПС) нефтепроводов и КС газопроводов, расположенных примерно на равных расстояниях одна от другой, а также высокие требования к надежности электроснабжения.

Подстанции, питающие НПС магистральных нефтепроводов, располагаются, как правило, на расстоянии 40–50 км одна от другой, а КС магистральных газопроводов – на расстоянии 80–90 км.

На насосных установках НПС используется электрический привод, на газоперекачивающих агрегатах КС – электрический или газотурбинный привод. При газотурбинном приводе электрические нагрузки КС незначительны, электроснабжение осуществляется от ближайших ПС сети на напряжении 10–110 кВ или от электростанции малой мощности, установленной на КС. На электроприводных КС электрические нагрузки достаточно велики; для элект-

177

роснабжения КС требуется сооружение сетей напряжением 110–

330кВ.

Выбор типа привода на КС выполняется на основе совместного

рассмотрения технологической части и схемы внешнего электроснабжения. Поэтому разработку этой схемы обычно выполняют для двух вариантов привода.

Категорийность отдельных электроприемников НПС и КС и категорийность указанных объектов в целом в отношении обеспечения надежности электроснабжения принимаются в соответствии с табл. 4.6.

Т а б л и ц а 4.6

Категорийность электроприемников потребителей транспорта газа и нефти

			Категория
	Станции	Оборудование	по надеж-
			ности элект-
			роснабжения
	Газокомпрессорные станции	Центробежные нагнетатели,	1
	магистрального газопровода	масляные и циркуляционные
		насосы, вентиляторы охлаж-
		дения масла газотурбинного
		агрегата
	Газораспределительные станции	–	3
	Компрессорные станции попут-	Масляные, циркуляционные	2
	ного нефтяного газа, располо-	водяные насосы, механичес-
	женные на нефтяных месторож-	кая вентиляция, нагнетатели
	дениях	газа
	Головные НПС и насосные	Насосы для перекачки нефти	1
	станции по перекачке по не-	и нефтепродуктов, механи-
	фтепроводам	ческая вентиляция и воздуш-
		ные компрессоры
	Промежуточные НПС и на-	То же	2
	сосные станции по перекачке
	нефтепродуктов
	Промежуточные НПС парал-	Насосы для перекачки нефти	1
	лельных нефтепроводов и неф-	и нефтепродуктов, механи-
	тепродуктопроводов произво-	ческая вентиляция и воздуш-
	дительностью более 50 млн т	ные компрессоры
	в год с электроснабжением
	от одной ПС
	Промежуточные НПС и на-	Насосы для перекачки нефти	1
	сосная станция по перекачке	и нефтепродуктов, механи-
	нефтепродуктов для одного	ческая вентиляция и воздуш-
	нефтепровода, располагаемые	ные компрессоры
	в горных районах

178

		О к о н ч а н и е	т а б л . 4.6
			Категория
	Станции	Оборудование	по надеж-
			ности элект-
			роснабжения
	Подпорная насосная станция	Насосы для перекачки нефти,	1
	головной НПС	механическая вентиляция,
		воздушные компрессоры

Подстанции при НПС и КС должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источников. Головные НПС и электроприводные КС должны питаться не менее чем по двум одноцепным ВЛ независимо от их протяженности; газотурбинные КС допускается питать по двухцепным ВЛ, за исключением головных КС, а также КС, расположенных в особо гололедных, заболоченных и труднодоступных районах.

Требования к схемам присоединения ПС для электроснабжения НПС и КС к разным конфигурациям сети состоят в следующем:

кдвум одноцепным тупиковым ВЛ, питающим ПС при НПС

иКС, относящихся к 1-й категории по требованиям надежности, допускается присоединение трех, а относящихся ко 2-й категории, – четырех ПС, включая ПС прочих потребителей;

кдвухцепной тупиковой ВЛ допускается присоединение двух ПС, в том числе не более одной, питающей НПС или КС; ответвление от ВЛ выполняется на двухцепных опорах;

при присоединении к одноцепной ВЛ с двусторонним питанием число промежуточных ПС между узловыми не должно превышать трех, включая ПС, питающие прочих потребителей (рис. 4.17, а), при этом ПС при НПС и КС должны присоединяться одноцепными, а прочие могут присоединяться двухцепными заходами ВЛ;

кдвухцепной ВЛ с двусторонним питанием на участке между двумя соседними узловыми ПС допускается присоединение до пяти ПС с учетом последовательности чередования их присоединения (рис. 4.17, б); при этом ПС при НПС и КС должны подключаться одноцепными заходами ВЛ.

Для ПС при НПС и КС, присоединяемых на ответвлениях или питаемых по двухцепным тупиковым ВЛ, должна применяться типовая схема электрических соединений 4Н (рис. 4.8), а для промежуточных ПС, включаемых в рассечку одноцепных и двухцепных ВЛ, – схемы 5Н, 5АН.

При размещении ПС при НПС и КС в районах с минимальной температурой воздуха минус 45 °С и ниже:

следует применять электрооборудование холодостойкого исполнения и арктические изоляционные масла или устанавливать электрооборудование внутри помещений;

179

на ПС 220 и 110 кВ при головных НПС и КС, а также электроприводных КС вне помещений следует применять масляные выключатели; применение воздушных выключателей не рекомендуется.

Выбор мощности трансформаторов на ПС при НПС и КС следует производить с учетом обеспечения ими полной производительности и нормальных оперативных переключений технологических агрегатов (пуск резервного, а затем остановка рабочего) в режиме длительного отключения одного трансформатора.

В схемах внешнего электроснабжения необходимо рассматривать вопросы обеспечения пуска и самозапуска синхронных и асинхронных электродвигателей 6–10 кВ.

При выборе схемы должен решаться вопрос о комплексном электроснабжении магистральных нефте- и газопроводов и других потребителей в прилегающем районе. От ПС при НПС и КС может обеспечиваться электроснабжение районных потребителей в пределах экономически целесообразного радиуса действия сетей 10– 110 кВ. В технологическом РУ 6–10 кВ НПС и КС при необходимости предусматривается до четырех ячеек отходящих линий для районных потребителей.

При отсутствии районных потребителей следует рассматривать вопрос о целесообразности совмещения технологического РУ 6–10 кВ и питающей ПС.

4.8. СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ ГОРОДОВ

ВРоссии насчитывается около 3000 городов (включая поселки городского типа), в которых проживает порядка 110 млн человек.

Электрические сети в городах делятся на электроснабжающие (110 кВ и выше) и распределительные 0,38 и 6–10 кВ.

Внастоящее время с помощью городских сетей распределяется около половины вырабатываемой в стране электроэнергии (ком- мунально-бытовая сфера потребляет до 20% электроэнергии, в т. ч. население 10–12%). Общая протяженность сетей 0,38–10 кВ ориентировочно составляет 900 тыс. км при наличии порядка 300 тыс.

шт. ТП 6–10/0,4 кВ с установленной мощностью трансформаторов порядка 90 тыс. МВ А. Протяженность ВЛ 0,38 кВ составляет поч-

ти 50% от общей протяженности распределительных сетей. Для технического обновления городских сетей с учетом их старения необходимо ежегодно заменять порядка 6–7% воздушных и 3–4% КЛ и ТП.

Города характеризуются высокой плотностью электрических нагрузок (от 5 до 15–20 МВт/км2 в центральных районах городов)

180