Файбисович - Справочник по проектированию электрических сетей

770 тыс. км линий 0,4 кВ (из них около 5 тыс. км КЛ), более 7130 ТП сельскохозяйственного назначения 35/6–10 кВ суммарной установленной мощностью около 40 млн кВ А и 515 тысяч ТП 6–35/0,4 кВ общей мощностью трансформаторов около 90 млн кВ А.

Основной особенностью электроснабжения сельскохозяйственных потребителей является необходимость охвата сетями большой территории с малыми плотностями нагрузок (5–15 кВт/км2). Это предопределяет значительные затраты на сооружение распределительных сетей 0,4 и 10 кВ, которые составляют 70% общих затрат на сельское электроснабжение.

Массовое строительство электрических сетей за период 1960 – 1985 гг. позволило электрифицировать практически всех сельских потребителей. Почти все они обеспечены централизованным электроснабжением от энергосистем. Лишь незначительное количество мелких удаленных от сетей энергосистем потребителей снабжается электроэнергией от изолированных, мелких, в основном дизельных электростанций. Достигнутый уровень централизованного электроснабжения позволил довести годовое потребление электроэнергии сельским хозяйством в течение последнего десятилетия до 5–7% общего электропотребления по стране.

Можно считать завершенным первый этап электрификации сельских потребителей – охват электроснабжения «вширь». Начата реализация второго этапа – электрификации «вглубь», характеризующегося более интенсивным внедрением электроэнергии в сельскохозяйственное производство в результате комплексной электромеханизации и автоматизации стационарных процессов, более высоким уровнем электрификации бытовых нужд сельского населения, а также более качественным и надежным электроснабжением сельских потребителей.

На первом этапе электрификации, когда электроэнергия использовалась, главным образом, для освещения и привода некоторых вспомогательных процессов, большинство сельскохозяйственных потребителей по требованиям надежности относилось к 3-й категории. По мере электрификации технологических процессов эти требования повышались. В настоящее время сельские потребители делятся на категории по надежности следующим образом:

1-я – потребители, нарушение электроснабжения которых приводит к значительному материальному ущербу вследствие массовой порчи продукции или серьезного расстройства технологического процесса (инкубаторы, птицефабрики, помещения для выращивания бройлеров, свинарники-маточники с электрообогревом). Для особо ответственных потребителей этой группы должно быть обеспечено автоматическое включение резерва, для остальных допустим перерыв до 30 минут;

191

2-я – потребители, нарушение электроснабжения которых связано с нарушением технологического процесса, снижением выхода продукции, частичной ее порчей (электрифицированные доильные установки; установки по первичной обработке молока; животноводческие и птицеводческие фермы – кормоприготовление и раздача, водоснабжение; теплицы и парники). Для этих потребителей допускаются перерывы в электроснабжении до 3,5 часов;

3-я – все остальные потребители. Для этой группы допустимы перерывы в электроснабжении до 1 суток.

Основной системой напряжения для электроснабжения сельских потребителей является 110/35/10/0,4 кВ с подсистемами 110/10/0,4 кВ и 110/35/0,4 кВ. Напряжение 6 кВ для электроснабжения сельского хозяйства не рекомендуется; действующие сети этого напряжения переводятся на 10 кВ.

По мере роста плотности сельскохозяйственных нагрузок система напряжений 110/10/0,4 кВ должна получить преимущественное развитие, что позволит отказаться от одной ступени трансформации и, следовательно, существенно снизить расход электроэнергии на ее транспорт.

Система централизованного электроснабжения сельских потребителей состоит из двух типов сетей:

питающих (ВЛ 110 и 35 кВ и ПС 110/35/10, 110/10 или 35/10 кВ); распределительных (ВЛ 10 кВ, потребительские ПС 10/0,4

и 35/0,4 кВ и линии 380/220 В).

Основным направлением развития электрических сетей сельскохозяйственного назначения является преимущественное развитие сетей 35–110 кВ.

На первом этапе развития сельской электрификации при незначительных нагрузках сельских потребителей схемы электрических сетей как питающих, так и распределительных, строились по радиальному принципу. Подстанции 35/10 кВ выполнялись однотрансформаторными, малой мощности, на каждую из них приходилось 200–300 км ВЛ 10 кВ, а радиусы действия этих ВЛ достигали 40–50 км. Сети 35 и 10 кВ выполнялись, как правило, без секционирования и без применения АПВ. На этом этапе основной задачей являлся максимальный охват сельской местности централизованным электроснабжением при минимальных капитальных затратах.

Уровень эксплуатации сельских электрических сетей и особенно сетей напряжением 0,4–10 кВ не соответствует современным требованиям, предъявляемым к надежности электроснабжения сельских потребителей. В целом состояние электрических сетей 0,4 и 6–10 кВ характеризуется данными табл. 4.7.

192

			Т а б л и ц а 4.7
Техническое состояние электрических сетей в сельской местности
	Состояние элементов электрической сети, %
	хорошее, удов-	неудовлетво-	непригодное для даль-
	летворительное	рительное	нейшей эксплуатации
ВЛ 0,38 кВ	81,6	12,9	5,5
ВЛ 6–20 кВ	85,8	10,7	4,5
ТП 6–35/0,38 кВ	87,1	10,0	2,9

Уровень потерь электроэнергии в сетях сельскохозяйственного назначения напряжением 35 кВ и ниже составляет около 12%, что примерно в 2 раза выше уровня потерь электроэнергии в промышленных и городских сетях того же класса напряжения.

Структура потерь электроэнергии в сетях сельскохозяйственного назначения в последние годы характеризуется данными табл. 4.8.

Т а б л и ц а 4.8

Структура потерь электроэнергии в сетях сельскохозяйственного назначения

		Доля потерь электро-
	Наименование элемента электрической сети	энергии в рассматри-
		ваемом элементе в %
		от общего количества
	Линии электропередачи напряжением 0,4 кВ	34
	Трансформаторные подстанции 10/0,4 кВ	26
	Линии электропередачи напряжением 6–10 кВ	25
	ПС 35–110 кВ сельскохозяйственного назначения	6
	ВЛ 35–110 кВ, питающие ПС сельскохозяйствен-	9
	ного назначения
	Итого:	100

Ликвидация отмеченных «узких» мест является первоочередной задачей сельской энергетики. При этом на современном этапе электрификации сельского хозяйства стоят новые задачи: повышение пропускной способности существующей сети, так как рост нагрузок приводит к повышению потерь электроэнергии и снижению ее качества, и повышение надежности электроснабжения.

Эти задачи решаются путем внедрения в питающих и распределительных сельских сетях следующих мероприятий:

сооружение разукрупняющих питающих ПС 110/35/10 и 110 (35)/10 кВ для сокращения радиусов действия сети 10 кВ и протяженности ВЛ 10 кВ, отходящих от одной ПС. За последние годы удельная протяженность ВЛ 10 кВ на одну ПС снизилась в 2 раза (до 100–150 км), а средний радиус действия уменьшился до 15 км;

193

увеличение количества двухтрансформаторных ПС 110 (35)/10 кВ. В настоящее время удельный вес двухтрансформаторных ПС 110 кВ составляет более 70%, а 35 кВ – более 50%;

увеличение количества ПС с двухсторонним питанием. Основным типом конфигурации сети становится одноцепная ВЛ с двухсторонним питанием от разных источников (рис. 4.1, д). Новые подстанции 35–110 кВ подключаются, как правило, в рассечку таких ВЛ либо двумя ответвлениями от двух соседних одноцепных или двухцепной ВЛ. В настоящее время более половины сельскохозяйственных ПС 110 (35)/10 кВ имеют двухстороннее питание;

постепенный переход к системе 110/10 кВ путем:

сооружения ПС 110/10 кВ вместо ВЛ 35 кВ, следующих параллельно существующим ВЛ 110 кВ; сооружения ВЛ 35 кВ в габаритах 110 кВ, если продолжитель-

ность их использования на низшем напряжении не превысит 5 лет.

4.10. ТЕХНИЧЕСКОЕ ПЕРЕВООРУЖЕНИЕ И ОБНОВЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ФОНДОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

Широкое развитие электрических сетей в нашей стране началось в 60-х годах. За 25 лет – с 1961 по 1985 гг. – построено более 85% всей протяженности линий электропередачи 35 кВ и выше. Этот период характеризовался ежегодным строительством порядка 25– 30 тыс. км линий электропередачи 35 кВ и выше и вводом около 30 ГВ А мощности ПС. Данный этап развития электрических сетей, который можно характеризовать, как «электрификацию вширь», следует считать необходимым этапом экстенсивного развития.

В период экстенсивного развития электрических сетей применялись некоторые упрощенные решения, что вполне объяснимо при необходимости в короткие сроки и при ограниченных капиталовложениях и материальных ресурсах охватить централизованным электроснабжением максимум территории страны. Значительная часть ПС 35–110 кВ сельскохозяйственного назначения являются однотрансформаторными, такое же количество имеют одностороннее питание. Более 10% эксплуатируемых ВЛ 35–110 кВ сооружены на деревянных опорах, значительное количество ВЛ имеют низкую механическую прочность из-за несоответствия их характеристик фактическим гололедно-ветровым нагрузкам.

Электрические сети 110 кВ и ниже не всегда приспособлены к автоматическому включению резервного питания, ненадежны некоторые средства РЗ и автоматики (РЗА), недостаточен уровень автоматизации средств диспетчерского и технологического управле-

194

ния. Работы по замене и модернизации оборудования, техническому перевооружению и реконструкции линий и ПС в этот период были ограничены, т. к. основная часть капиталовложений направлялась на охват территории страны электрическими сетями.

Этап экстенсивного развития электрических сетей можно считать практически завершенным к концу 80-х годов. Этот период характеризуется достигнутой достаточно высокой плотностью электросетей на обжитой территории страны – 0,06 км ВЛ/км2, что соответствует уровню высокоразвитых зарубежных стран; достигнутый сетевой коэффициент (кмВЛ/МВт установленной мощности электростанций) в 2–3 раза превышает соответствующую величину в развитых странах.

Новый этап электросетевого строительства, этап интенсивного развития или «электрификации вглубь» заключается – наряду с увеличением пропускной способности сети для присоединения новых потребителей и выдачи мощности новых электростанций – в повышении надежности электроснабжения существующих потребителей, совершенствовании схем электрических сетей, повышении техникоэкономических показателей и обновлении основных фондов.

Старение основных фондов в электроэнергетике является серьезной проблемой. За последние 10–15 лет объем реновации основных фондов снизился в 5 раз. На конец 90-х годов полной замене подлежало 5 тыс. км ВЛ 110–220 кВ и оборудование ПС общей мощностью 8,5 млн кВ А.

Эти объемы продолжают расти.

Необходимость обновления основных фондов электрических сетей вызывается их физическим и моральным износом.

Под физическим износом понимается материальное старение основных фондов в результате воздействия эксплуатационных факторов и влияния внешних неблагоприятных условий. Сроки физического износа отдельных элементов объектов электрических сетей – оборудования, строительных конструкций, зданий и сооружений – существенно различаются между собой. Срок службы объекта в целом определяется наиболее долговечными элементами: опорами – для линий электропередачи, зданиями – для ПС.

Амортизационный период, в течение которого за счет ежегодных отчислений на полное восстановление (реновацию) должна быть получена первоначальная стоимость объекта (простое воспроизводство), соответствует усредненным экономически целесообразным срокам службы основных фондов (с учетом морального износа); физические сроки службы объекта могут быть существенно выше. Амортизационный период Та равен обратной величине нормы амортизационных отчислений на реновацию (Up):

Та = 100/Up.

(4.2)

195

Существующие электрические сети строились и эксплуатировались с учетом нижеследующих нормативов амортизационного периода.

		Амортизацион-
		ный период, лет
	Здание с железобетонными и металлическими каркасами
	со стенами из каменных материалов, блоков и панелей	85
	с площадью пола до 5000 м2
	Силовое электрооборудование и распределительные уст-	30
	ройства
	ВЛ 35 кВ и выше на стальных и железобетонных опорах	50
	ВЛ 35–220 кВ на деревянных опорах	30

Как видно из приведенных данных, амортизационные периоды для ВЛ определяются по объекту в целом исходя из долговечности опор. Стандарт на провода устанавливает срок службы для наиболее употребляемых на ВЛ марок проводов (АС) – 45 лет.

По условиям физического износа ВЛ на железобетонных и стальных опорах до настоящего времени практически не ликвидировались, хотя стальные неоцинкованные опоры под воздействием атмосферных факторов подвергаются коррозии, влияние которой на их механические характеристики возрастает по мере увеличения фактического срока службы линии.

ВЛ на деревянных опорах (главным образом 35 и 110 кВ) в последние годы постепенно ликвидируются со строительством взамен таких же ВЛ на железобетонных опорах. Вследствие невысокого качества антисептической пропитки древесины физический износ таких ВЛ в значительном числе случаев наступает раньше нормативного срока (через 20–25 лет), а постепенная замена опор на железобетонные во время капремонта выполнялась недостаточно. В итоге реконструкция таких ВЛ сводится практически к их демонтажу и сооружению новых линий (часто – по новой трассе). Использовать демонтируемый провод, даже при его удовлетворительном состоянии, не удается, т.к. его намотка на барабаны в полевых условиях неосуществима; в ряде случаев применяется провод большего сечения.

Для ПС амортизационные периоды определяются раздельно для зданий и для оборудования, что обусловлено значительно более короткими сроками физического износа и морального старения активных основных фондов (оборудования) в сравнении с пассивными (зданиями). Согласно соответствующим стандартам сроки использования основного оборудования ПС до списания составляют не менее 25 лет. Поэтому для ПС вопрос об износе объекта в целом, как правило, не возникает. Замена оборудования должна осуществляться по мере его износа. На практике необходимость реконс-

196

трукции ПС часто возникает и по условиям морального износа: необходимость изменения схемы, замены трансформаторов; при этом должно меняться изношенное оборудование.

Сущность морального износа состоит в том, что в результате науч- но-технического прогресса основные фонды технически стареют и становятся экономически все менее эффективными. Различают две формы морального износа: первая – утрата стоимости существующих объектов из-за роста производительности труда; вторая – обесценивание основных фондов вследствие появления более совершенного оборудования аналогичного назначения. Поскольку первая форма не связана со снижением потребительской стоимости электросетевых объектов, в условиях ускоряющегося научно-техническо- го прогресса следует считаться только со второй формой морального износа. Экономическим сроком службы оборудования является период, в течение которого целесообразно его эксплуатировать по условиям морального износа. Обесценивающее действие морального износа может быть ослаблено с помощью техперевооружения и реконструкции основных фондов. Поскольку целью развития электросетей является обеспечение надежного снабжения потребителей электроэнергией высокого качества при минимальных затратах, морально изношенными объектами следует считать те, которые не удовлетворяют этим требованиям в современных условиях.

Эти объекты подлежат техническому перевооружению и реконструкции, к которым относятся следующие мероприятия и виды работ:

перевод ПС на более высокое напряжение; замена трансформаторов ПС на более мощные;

развитие РУ действующих ПС для дополнительных присоединений, в том числе с переходом на новую схему электрических соединений;

замена оборудования ПС новым, соответствующим современному техническому уровню (в том числе замена выключателей в связи с ростом в сети уровня токов КЗ);

установка на ПС источников реактивной мощности; автоматизация и телемеханизация ПС, замена или установка

новых устройств РЗ, ПА, диспетчерского и технологического управления;

перевод линий электропередачи на более высокое номинальное напряжение;

подвеска второй цепи на существующих опорах линий или дополнительных проводов в фазе;

замена проводов на новые большего сечения; замена дефектных проводов, тросов на новые на участках ВЛ

длиной, превышающей 15% ее общей протяженности (при меньших объемах работы выполняются в процессе капремонта);

197

замена дефектных опор ВЛ на новые на участках общей длиной более 15% протяженности ВЛ, либо при общем количестве заменяемых опор, превышающем 30% установленных (при меньших объемах работы выполняются в процессе капремонта).

Проблема техперевооружения и реконструкции электрических сетей в связи со старением основных фондов и моральным износом является в современных условиях решающей для обеспечения живучести и надежности электроэнергетики всех регионов страны

иЕЭС в целом. Необходимы программа и соответствующий уровень инвестиций, направленные на совершенствование схем электрической сети и улучшение технического состояния ее элементов для повышения надежности и экономичности электроснабжения потребителей, в том числе:

повышение пропускной способности участков сети путем перевода ВЛ на повышенное напряжение, замены ряда параллельных линий одной ВЛ более высокого напряжения;

сокращение количества ступеней напряжения в электрической сети, в т. ч. перевод сетей 6 кВ на 10 кВ, 35 кВ на 110 кВ, ограничение развития сети 220 кВ за счет расширения области применения глубоких вводов 500/110 кВ;

вусловиях застройки трасс ВЛ, в особенности на селитебной территории города, замена воздушных линий на кабельные, а также демонтаж изношенных ВЛ, потерявших свое значение вследствие появления новых шунтирующий связей;

кольцевание сети всех напряжений с целью обеспечения потребителей двухсторонним питанием;

установка вторых трансформаторов на однотрансформаторных подстанциях с соответствующим изменением, при необходимости, схемы ПС;

использование силовых трансформаторов 110 кВ со сниженными потерями;

установка на ПС регулирующих устройств и источников реактивной мощности для повышения пропускной способности сети

иснижения уровня потерь электроэнергии;

реконструкция схем присоединения ПС с сокращением количества ответвительных ПС (главным образом, за счет ответвлений от одной ВЛ), выполнением заходов линий, необходимым техперевооружением РУ ПС и т. п.;

повышение коммутационной способности аппаратов и ограничение уровня токов КЗ;

оснащение современными средствами РЗА, в т. ч. ПА, а также управления (связь, телемеханика) с учетом изменения схемы сети и научно-технического прогресса в производстве необходимой аппаратуры.

198

4.11. ВОПРОСЫ ЭКОЛОГИИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ

На современном этапе развитие электрических сетей осуществляется в условиях повышенного внимания администрации регионов

иобщественности к вопросам охраны окружающей среды, что осложняет выбор трасс и площадок для сооружения электросетевых объектов. В ряде стран использование сетей напряжением выше 400 кВ запрещено законом. Условия выбора трасс и площадок существенно влияют на принципиальную возможность осуществления и показатели намеченных вариантов схемы сети. Пренебрежение конкретными географическими условиями может изменить соотношение техни- ко-экономических показателей сравниваемых вариантов и повлиять на выводы. В наиболее сложных случаях – в условиях городской

ипромышленной застройки, а также в районах с особыми географическими условиями – рекомендуется предварительная проработка сравниваемых вариантов на картографическом материале, при необходимости – с предварительным согласованием с заинтересованными организациями. В остальных случаях рекомендуется руководствоваться приведенными ниже данными, основанными на нормативных документах и опыте проектирования электрических сетей.

Протяженность рассматриваемых ВЛ рекомендуется принимать по картографическим материалам. При этом возможное максимальное удлинение трассы по сравнению с воздушной прямой составляет 20–25%.

Отчуждение земли при сооружении линии электропередачи производится в виде площадок для установки опор. С учетом принятых в настоящее время конструкций ВЛ разных напряжений значения постоянного отвода земли для строительства линий характеризуются данными табл. 3.4.

Исходя из общей протяженности электрических сетей можно оценить суммарную площадь земли по стране, изъятую для сооружения линий электропередачи 35–750 кВ, которая составляет доли процента от общей площади сельхозугодий. Однако при выборе

исогласовании трасс ВЛ возражения со стороны землепользователей базируются не на объемах отчуждения земель, а на помехах для использования сельхозугодий, создаваемых ВЛ. С этой точки зрения рекомендуется оперировать понятием охранных зон электрических сетей, которые устанавливаются вдоль ВЛ в виде земельного участка, ограниченного вертикальными плоскостями, отстоящими по обе стороны линий от крайних проводов на расстояния:

до 20 кВ	– 10 м
35 кВ	– 15 м

199

110 кВ	– 20 м
150, 220 кВ	– 25 м
330, 500 кВ	– 30 м
750 кВ	– 40 м

С учетом этих расстояний и применяемых конструкций ВЛ охранные зоны характеризуются данными табл. 4.9.

			Т а б л и ц а 4.9
	Ширина и площади охранной зоны
Напряжение ВЛ, кВ	Ширина охранной зоны, м	Площадь охранной зоны, га/км ВЛ
до 20	26		2,6
35	38		3,8
110	50		5,0
220	64		6,4
330	78		7,8
500	84		8,4
750	120		12,0

Входящие в охранные зоны земельные участки не изымаются у землепользователей и используются ими для проведения сельскохозяйственных и иных работ с соблюдением установленных требований. Соблюдение этих требований, практически не ограничивая сельскохозяйственное землепользование, создает определенные неудобства (ограничения в обработке земли механизмами, запрет полива сельскохозяйственных культур и др.).

При необходимости определения ширины коридора ВЛ на подходах к электростанциям и ПС рекомендуется пользоваться данными табл. 3.3.

При выборе трассы ВЛ в городских условиях ширина коридора для ВЛ 110 кВ составляет 20 м.

Для прохождения ВЛ по лесным массивам должны быть прорублены просеки, ширина которых регламентирована в зависимости от напряжения и назначения ВЛ, ценности лесов и высоты основного лесного массива. Для большинства ВЛ напряжением 220 кВ и ниже ширина просеки регламентируется расстоянием 3–5 м от крайнего провода при его максимальном отклонении до кроны деревьев; для ВЛ 330–500 кВ и 750 кВ, проходящих по ценным лесным массивам – аналогично (расстояние 6 м), а в остальных случаях для ВЛ 330–750 кВ ширина просеки принимается равной расстоянию между крайними проводами плюс расстояния, равные высоте основного лесного массива с каждой стороны от крайнего провода.

При определении конструкций ВЛ рекомендуется исходить из нижеследующего. Большинство ВЛ сооружается на железобетон-

200