Осинцев Кирилл Анатольевич. Оценка и обеспечение эффективности воздушных электрических сетей напряжением 20 кВ

Краткое описание

Осинцев Кирилл Анатольевич. Оценка и обеспечение эффективности воздушных электрических сетей напряжением 20 кВ;[Место защиты: ФГБУН Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского отделения Российской академии наук], 2021

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт
систем энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского отделения
Российской академии наук
На правах рукописи

Осинцев Кирилл Анатольевич
ОЦЕНКА И ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВОЗДУШНЫХ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ НАПРЯЖЕНИЕМ 20 кВ
Специальность 05.14.02 - Электрические станции
и электроэнергетические системы
Диссертация
на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель: член-корреспондент РАН,
доктор технических наук, профессор
Воропай Николай Иванович
Иркутск - 2021

2
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПОДХОДОВ К ФОРМИРОВАНИЮ ВОЗДУШНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ СРЕДНЕГО НАПРЯЖЕНИЯ 11
1.1. Постановка задачи 11
1.2. Структура воздушных электрических сетей пригородных и
сельскохозяйственных районов среднего напряжения различных стран 12
1.3. Выбор между одним или двумя уровнями напряжения, а также его величиной. 12
1.4. Выбор между радиальной структурой и петлевой структурой с двумя или
более замкнутыми источниками 14
1.5. Опыт перевода сетей СН на повышенное напряжение 17
1.6. Типовые режимы заземления нейтрали в сетях СН. Требования
нормативных документов 21
1.7. Режимы заземления нейтрали в сетях СН в различных странах мира 23
1.8. Организация релейной защиты и автоматизации распределительных сетей
СН. Защита воздушных линий распределительных сетей СН 38
1.9. Постановка задач диссертации 46
1.10. Выводы по главе 1 48
ГЛАВА 2. ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУШНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ 20 кВ 49
2.1. Постановка задачи 49
2.2. Аспекты перевода воздушных электрических сетей 6-10 кВ на напряжение
20 кВ. Интегральные параметры сетей 49
2.3. Технико-экономические аспекты применения ВЛ 20 кВ 53

3
2.4. Технико-экономические аспекты применения ТП 20 кВ 54
2.5. Сравнение вариантов сети 10 и 20 кВ 55
2.6. Вопросы оптимизации параметров электрической сети 57
2.7. Вопросы выбора предпочтительной топологии электрических сетей
среднего напряжения 60
2.8. Аспекты перевода воздушных электрических сетей 6-10 кВ на напряжение
20 или 35 кВ 62
2.9. Выводы по главе 2 67
ГЛАВА 3. ОБОСНОВАНИЕ РЕЖИМА НИЗКООМНОГО РЕЗИСТИВНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ НЕЙТРАЛИ ВОЗДУШНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ 20 кВ 70
3.1. Постановка задачи 70
3.2. Выбор тока однофазного замыкания на землю в городских кабельных сетях 20 кВ 70
3.3. Выбор тока однофазного замыкания на землю в воздушных сетях 20 кВ ... 76
3.4. Выводы по главе 3 82
ГЛАВА 4. ОБОСНОВАНИЕ ПЕРЕВОДА ПИЛОТНОГО УЧАСТКА 10(6) кВ НА НАПРЯЖЕНИЕ 20 кВ 84
4.1. Постановка задачи 84
4.2. Описание пилотного участка 84
4.3. Расчеты режимов работы электрической сети до перевода пилотного района
на 20 кВ 86
4.4. Анализ пропускной способности электрических сетей 6-20 кВ РЭС 88
4.5. Технико-экономическое сравнение вариантов реконструкции электрической
сети 10 кВ для пилотного участка в Зарайском РЭС 92
4.6. Экономическое сравнение вариантов реконструкции электрической сети 10 кВ. Расчет дисконтированных затрат 93

4
4.7. Выводы по главе 4 111
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 112
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 114
ПРИЛОЖЕНИЕ А. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫБОРУ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВ ЗАЗЕМЛЕНИЯ НЕЙТРАЛИ ДЛЯ СЕТИ 20 кВ С ПРЕОБЛАДАНИЕМ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ 123
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. ОДНОЛИНЕЙНАЯ СХЕМА СЕТИ 10-20 кВ ПИЛОТНОГО РАЙОНА В ЗАРАЙСКОМ РЭС 153

Список литературы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Разработаны научно обоснованные оценка и обеспечение эффективности широкого применения в энергосистемах страны воздушных электрических сетей сравнительно новой для нас ступени напряжения 20 кВ, совокупность которых является решением задачи, имеющей существенное значение для электроэнергетической отрасли:
1. Подвергнуты анализу интегральные параметры воздушных электрических сетей 10(6) кВ обширного региона электроснабжения крупной электросетевой компании, что позволило выявить явные диспропорции в существующей практике формирования структуры и параметров этих сетей, а также определить диапазон расчетных условий при оптимизации схем и параметров электроустановок.
2. Доказано, что сооружение новых воздушных электрических сетей 20 кВ и перевод существующих сетей 10(6) кВ на напряжение 20 кВ должны являться приоритетной задачей электросетевого комплекса страны, так как это позволит удвоить их пропускную способность при практически тех же затратах на владение сети по сравнению с электроустановками 10(6) кВ. Это особенно важно для обеспечения доступности новых технологических присоединений потребителей в условиях фактического исчерпания пропускной способности существующих сетей 10(6) кВ.
3. Обосновано, что воздушные электрические сети 20 кВ оправдано сооружать при новом строительстве или реконструкции сетей 10(6) кВ при их полном моральном и физическом износе. При этом требуется согласовывать развитие распределительной сети со строительством или реконструкцией питающих центров 110-220 кВ для создания напряжения 20 кВ. В ряде случаев целесообразно устанавливать силовые трансформаторы 110-220/10-20 кВ для сохранения при необходимости существующих «островов» сети 10 кВ. При переводе воздушных сетей с напряжения 10(6) на 20 кВ эффективность новой ступени напряжения 20 кВ еще более возрастает. Причина кроется в том, что каждый сохраненный элемент «старой» сети снижает первоначальные капитальные вложения на создание новой сети.

113
4. Установлено, что в сетях среднего напряжения целесообразно перейти от повсеместно распространенной расширенной системы номинальных напряжений 110/10(6)-20-35 кВ к максимально сокращенной 110/20 кВ. Также на данном временном отрезке созданы все предпосылки к предельному упрощению и унификации структуры электрических сетей 20 кВ. В качестве основной конфигурации следует считать петлевую схему с ответвлениями и с подключением от двух географически разнесенных центров питания, секционированную выключателем (реклоузером) в одной точке. Для дополнительного секционирования, при необходимости, достаточно использовать разъединители или выключатели нагрузки. Существующие подходы, использующие многократное секционирование сетей, представляются избыточными.
5. Исследованы параметры низкоомного резистивного режима заземления нейтрали сети 20 кВ, позволяющего повысить надежность и безопасность электроустановок. Выбор тока однофазного замыкания на землю потребовал гармонизации противоречивых влияющих факторов: надежности работы устройств РЗА, требуемых сопротивлений заземляющих устройств электроустановок, включая безопасность персонала. При этом выявлено, что основным влияющим фактором при выборе тока замыкания на землю является структура и параметры электрической сети, а именно, ее конфигурация, схемы распределительных устройств электроустановок, параметры оборудования.
Для рассматриваемых сетей с низкоомным резистивным заземлением нейтрали компромиссным значением тока однофазного замыкания на землю является 200 А при следующих ограничениях: номинальная мощность трансформатора 20/0,4 кВ не более 250 кВ-А, сопротивление заземляющего устройства не более 2 Ом. При контурах заземления 4 Ом мощность трансформатора ограничена 160 кВ-А. Независимо от рассматриваемых значений, отключение замыкания на землю осуществляется неселективным действием устройств РЗА в течение 0,3 с. Последующее восстановление схемы и локализация повреждения реализуется в цикле последовательного однократного АПВ с ускорением защит, начиная с выключателя центра питания сети.