Электрические сети в городах делятся на электроснабжающие (110 кВ и выше) и распределительные 0,38 и 6—10 кВ.
В настоящее время с помощью городских сетей распределяется около половины вырабатываемой в стране электроэнергии (коммунально-бытовая сфера потребляет до 20 % электроэнергии, вт. 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. МВА. Протяженность ВЛ 0,38 кВ составляет почти 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) и большим количеством потребителей, расположенных на ограниченной площади.
Крайне ограниченная территория и стесненные условия для выбора трасс ВЛ и площадок подстанциям, повышенные архитектурно-эстетические требования к сооружаемым элементам сети диктуют необходимость применения простых схем ПС, сооружения закрытых ПС, двухцепных ВЛ и КЛ. Значительная стоимость КЛ 110-220 кВ предопределяет их использование только в центральной части крупнейших городов. Воздушные линии и узловые ПС располагаются в пригородной зоне.
Большая концентрация электрических нагрузок, решающая роль электроэнергии в обеспечении нормальной жизнедеятельности города требуют высокой надежности электроснабжения. Электроприемники и их комплексы, а также отдельные потребители, при внезапном прекращении электроснабжения которых возникают опасность для жизни людей и нарушение работы особо важных элементов городского хозяйства, относятся к первой категории.
При рассмотрении надежности электроснабжения коммунально-бытовых потребителей следует определять категорию отдельных электроприемников. Допускается категорирование надежности электроснабжения для группы электроприемников.
Группа электроприемников - совокупность электроприемников, характеризующаяся одинаковыми требованиями к надежности электроснабжения, например, электроприемники операционных, родильных отделений и др. В отдельных случаях в качестве группы электроприемников могут рассматриваться потребители в целом, например, водопроводная насосная станция, здание и др.
Требования к надежности электроснабжения электроприемника следует относить к ближайшему вводному устройству, к которому электроприемник подключен через коммутационный аппарат.
При построении сети требования к надежности электроснабжения отдельных электроприемников более высокой категории недопустимо распространять на все остальные электроприемники.
Перечень эктроприемников первой категории городских электрических сетей включает:
а) электроприемники операционных и родильных блоков, отделений анестезиологии, реанимации и интенсивной терапии, кабинетов
лапароскопии, бронхоскопии и ангиографии; противопожарных устройств и охранной сигнализации, эвакуационного освещения и больничных лифтов;
б) котельные, являющиеся единственным источником тепла системы теплоснабжения, обеспечивающие потребителей первой категории,
не имеющих индивидуальных резервных источников тепла;
в) электродвигатели сетевых и подпиточных насосов котельных второй категории с водогрейными котлами единичной производительностью более 10 Гкал/ч;
г) электродвигатели подкачивающих и смесительных насосов в насосных, дренажных насосов дюкеров тепловых сетей;
д) объединенные хозяйственно-питьевые и производственные водопроводы в городах с числом жителей более 50 тыс. человек: насосные станции, подающие воду непосредственно в сеть противопожарного и объединенного противопожарного водопровода; канализационные насосные
станции, не допускающие перерыва или снижения подачи сточных вод,
очистные сооружения канализации, не допускающие перерыва в работе;
с) электроприемники противопожарных устройств (пожарные насосы, системы подпора воздуха, дымоудаления, пожарной сигнализации и оповещения о пожаре), лифты, эвакуационное и аварийное освещение, огни сетевого ограждения в жилых зданиях и общежитиях высотой 17 этажей и более;
ж) электроприемники противопожарных устройств, лифты, охранная сигнализация общественных зданий и гостиниц высотой 17 этажей и более, гостиниц, домов отдыха, пансионатов и турбаз более чем на 1 000 мест, учреждений с количеством работающих более 2000 человек,
независимо от этажности, учреждений финансирования, кредитования
и государственного страхования федерального подчинения, библиотек,
книжных палат и архивов на 1000 тыс. единиц хранения и более;
з) музеи и выставки федерального значения;
и) электроприемникн противопожарных устройств и охранной сигнализации музеев и выставок республиканского, краевого и областного значения;
к) электроприемники противопожарных устройств общеобразовательных шкот, профессионально-технических училищ, средних специальных и высших учебных заведений при количестве учащихся более 1000 человек;
л) электроприемникн противопожарных устройств, эвакуационное и аварийное освещение крытых зрелищных и спортивных предприятий обшей вместимостью 800 мест и более, детских театров, дворцов и домов молодежи со зрительными залами любой вместимости;
м) электроприемники противопожарных устройств и охранной сигнализации универсамов, торговых центров и магазинов с торговой площадью более 2000 м2, а также столовых, кафе и ресторанов с числом носилочных мест свыше 500;
и) тяговые подстанции городского электротранспорта;
о) ЭВМ вычислительных центров, решающих комплекс народнохозяйственных проблем и задачи управления отдельными отраслями, а также обслуживающие технологические процессы, основные электроприемники которых относятся к первой категории;
и) центральный диспетчерский пункт городских электрических сетей, тепловых сетей, сетей газоснабжения, водопроводно-канализационного хозяйства и сетей наружного освещения;
р) пункты централизованной охраны;
с) центральные тепловые пункты (ЦТП). обслуживающие здания высотой 17 этажей и более, вес ЦТП в зонах с зимней расчетной температурой -40 "С и ниже;
т) городской ЦП (РП) с суммарной нагрузкой более 10 000 кВ-А.
Все прочие электроприемники потребителей, перечисленных в подпунктах а), в), г), е), ж), и), к), л), м) относятся ко второй категории.
К электроприемникам второй категории относятся:
а) жилые дома с электроплитами за исключением одно- — восьми квартирных ломов;
'Вместимость одного здания.
б) жилые дома высотой 6 этажей и более с газовыми плитами или
плитами на твердом топливе;
в) общежития вместимостью 50 человек и более;
г) здания учреждений высотой до 16 этажей с количеством работающих от 50 до 2000 человек;
д) детские учреждения;
е) медицинские учреждения, аптеки;
ж) крытые зрелищные и спортивные предприятия с количеством
мест в зале от 300 до 800;
з) открытые спортивные сооружения с искусственным освещением
с количеством мест 5000 и более или при наличии 20 рядов и более;
и) предприятия общественного питания с количеством посадочных
мест от 100 до 500;
к) магазины с торговой площадью от 250 до 2000 m2;
л) предприятия по обслуживанию городского транспорта;
м) бани с числом мест свыше 100;
и) комбинаты бытового обслуживания, хозяйственные блоки и ателье с количеством рабочих мест более 50, салоны-парикмахерские с количеством рабочих мест свыше 15;
о) химчистки и прачечные (производительностью 500 кг и более белья в смену);
п) объединенные хозяйственно-питьевые и производственные водопроводы городов и поселков с числом жителей от 5 до 50тыс. человек включительно; канализационные насосные станции и очистные сооружения канализации, дотекающие перерывы в работе, вызванные нарушениями электроснабжения, которые могут устраняться путем оперативных переключений в электрической сети;
р) учебные заведения с количеством учащихся от 200 до 1000 человек;
с) музеи и выставки местного значения;
т) гостиницы высотой до 16 этажей с количеством мест от 200 до 1000;
у) библиотеки, книжные палаты и архивы с фондом от 100 тыс. до 1000 тыс. единиц хранения;
ф) ЭВМ вычислительных центров, отделов и лабораторий;
х) электроприемники установок тепловых сетей - запорной арматуры при телеуправлении, подкачивающих смесителей, циркуляционных насосных систем отопления и вентиляции, насосов для зарядки и разрядки баков аккумуляторов, баков аккумуляторов для подпитки тепловых сетей в открытых системах теплоснабжения, под ниточных насосов в узлах рассечки, тепловых пунктов;
ц) диспетчерские пункты жилых районов » микрорайонов, районов электрических сетей;
ч) осветительные установки городских транспортных и пешеходных тоннелей, осветительные установки улиц, дороги площадей категории «А» в столицах республик, в городах-героях, портовых и крупнейших городах;
ш) городские ЦП (РП) и ТП с суммарной нагрузкой от 400 до 10000 кВ-А.
Проектирование схемы электрических сетей города должно выполняться с выявлением очередности развития на срок не менее 10 лет. Необходимо учитывать генеральные планы развития городов, которые выполняются на перспективу 25-30 лет.
Городские электрические сети классифицируются на:
электроснабжающие сети 110 кВ и выше;
питающие и распределительные сети 10(6) кВ.
В качестве основного для городских сетей среднего напряжения принято 10 кВ. Аналогичная рекомендация принята МЭК для большинства стран. В тех городах, где имеются сети 6 кВ, они, как правило, переводятся на напряжение 10 кВ. Целесообразность применения сетей 20 кВ должна быть технико-экономически обоснована.
Принципиальным вопросом построения схемы электроснабжения города является наивыгоднейшее число трансформаций энергии, т. е. количество ее преобразований между напряжениями 110 и 10 кВ. Практика проектирования показывает, что введение промежуточного напряжения 35 кВ увеличивает капиталовложения и потери в сетях. Это является причиной отказа от его применения в проектируемых системах электроснабжения городов, а также прекращением развития и даже ликвидацией сетей этого напряжения в тех городах, где они существовали ранее. Таким образом, для городских сетей следует считать предпочтительной систему электроснабжения 110/10 кВ. К аналогичным выводам в результате многочисленных исследований пришли и зарубежные специалисты.
Для электроснабжения крупных и крупнейших юродов используются также сети напряжением 220 кВ и выше. С учетом сказанного электроснабжающие сети условно делятся на:
сети внешнего электроснабжения - линии 220 кВ и выше, обеспечивающие связь системы электроснабжения города с внешними энергоисточниками, и ПС 220 кВ и выше, от которых питаются юродские сети 110 кВ, а также линии 220 кВ и выше, связывающие эти ПС;
сети внутреннего электроснабжения-линии 1-10 кВ и ПС 110/10кВ, предназначенные для питания городских сетей 10 кВ; в отдельных случаях применяются глубокие вводы 220/10 кВ, которые также относятся к сетям внутреннего электроснабжения.
Выбор схемы электроснабжаюшей сети зависит от конкретных условий: географического положения и конфигурации территории города, плотности нагрузок и их роста, количества и характеристик источников питания, исторически сложившейся существующей схемы сети и др. Выбор производится по результатам технико-экономического сопоставления вариантов.
Рис. 1.19. «Идеальная» схема электроснабження города
 |
Электростанция |
Разработана «идеальная» схема электроснабжения города, удовлетворяющая приведенным выше требованиям (рис. 1.19). Схема базируется на системе напряжений 110/10 кВ. Сеть 110 кВ выполняется в виде двухцепного кольца, охватывающего город и выполняющего роль сборных шин, которые принимают энергию от ЦП - местных электростанций или ПС 220 кВ, расположенных на окраине или за пределами города. Электроснабжающая сеть города является звеном энергетической системы района. Глубокие вводы в районы с высокой плотностью и этажностью застройки выполняются КЛ 110 кВ (линии диаметральной связи на рис. 1.19). Пропускная способность кольца 110 кВ должна обеспечивать перетоки мощности в нормальных и послеаварийных режимах при отключении отдельных элементов сети. Для более благоприятного распределения мощности в кольце следует чередовать присоединение ЦП к сети 110 кВ и ПС 110/10 кВ.
Приведенная схема дает возможность дальнейшего расширения без коренной ломки. Пропускная способность сети 110 кВ может увеличиваться за счет «разрезания» кольца и подключения его к новым ЦП и за счет увеличения количества линий 110 кВ, т. е. повторения кольца с прокладкой линий по новым трассам и присоединения к ним новых ПС 110/10 кВ (рис. 1.20). Присоединение сети 110 кВ кольцевой конфигурации к новым ЦП позволяет изменять направление потоков мощности в ней, увеличивая пропускную способность без реконструкции.
Схемы электроснабжения конкретных городов в той или иной степени отличаются от идеальной схемы, однако се общие принципы находят соответствующее отражение в конкретных проектах.
Для крупных и крупнейших городов можно отметить несколько этапов развития электроснабжающей сети (рис. 1.21). Начальной стадией создания сети 110 кВ от городской ТЭЦ является 1-й этап, когда отдельные линии и ПС еще не представляют четкой единой системы электроснабжения. На 2-м этапе, связанном с появлением первой ПС 220/110 кВ, уже проступают принципы формирования сети: 3-й и 4-й этапы характеризуются процессом окончательного формирования сети 110 кВ и создания вокруг города сети 220 кВ кольцевой конфигурации. Существенное отличие от идеальной схемы в рассматриваемом примере — отсутствие диаметральной связи и ПГВ в центре города, что является следствием высокой стоимости КЛ 110 кВ и трудностей осуществления глубоких вводов в застроенную часть города.
------------------- ВЛ 1-го этапа
-------- ВЛ 2-го этапа
Рис. 1.20. Схема сети 110-330 кВ кольцевой конфигурации для электроснабжения крупного города
Рис. 1.21. Этапы развития электроснабжающей сети
Для городов, вытянутых вдоль морских побережий или рек, электроснабжаюшая есть 110 кВ обычно выполняется в виде магистральных двухцепных ВЛ, проходящих вдоль города и присоединенных в нескольких точках к ЦП 220/110 кВ (рис. 1.22).
После создания вокруг города сети напряжением 220 кВ и выше на нее перекладываются функции обеспечения параллельной работы ЦП; сеть 110кВ может работать разомкнуто с учетом оптимального распределения потоков мощности и обеспечения целесообразных уровней токов КЗ.
Рис. 1.22. Схема «ленточной» сети 110-220 кВ для электроснабжения города, вытянутого вдоль реки: 1(3) - действующие (намечаемые) ПС 220 кВ; .2 (4) -т о же 110 кВ;5(7) - действующие (намечаемые) ВЛ 220 кВ; 110 кВ
Основным типом конфигурации сети 110 кВ является двухцепная ВЛ, опирающаяся на два ЦП (тип Д2. рис. 1.1, в); могут применяться также двухцепные радиальные ВЛ, хотя их применение ограничено, так как они характеризуются худшим использованием пропускной способности ВЛ, меньшей надежностью и гибкостью.
Практика проектирования и выполненные технико-экономические исследования позволяют дать следующие рекомендации по схемам присоединения городских ПС к сети 110кВ:
к двухцепным ВЛ, опирающимся на два ЦП (конфигурации Д2), целесообразно присоединять не более четырех подстанций , а к двухцепным радиальным ВЛ - не более двух;
главные электрические схемы городских ПС на стороне 110 кВ рекомендуется выполнять по типовым схемам 4Н, 5 (5Н);
в качестве коммутационных узлов сети 110 кВ целесообразно использовать РУ 110 кВ ПС с ВН 220 -330 кВ и городских ТЭЦ.
Для крупных и крупнейших городов оптимальная мощность ПС 110/10 кВ, питаемых по ВЛ, - 2x25 МВ-А с возможностью замены но мере роста нагрузок на 2x40 МВ-А, для ПС, питаемых по КЛ, -2x40 М ВА с возможностью замены на 2x63 МВ-А.
Исходя из рекомендованных выше схем присоединения городских ПС к ВЛ 110 кВ и их оптимальной мощности сечение проводов для городских двухцепных ВЛ рекомендуется принимать не ниже 240 мм2 (по алюминию).
Крупнейшие города с населением 1 млн. человек и более являются важными промышленными и культурно-политическими центрами страны. Доля потребителей первой и второй категории по надежности оценивается в 70-80 % общей нагрузки города. Частичное, а тем более полное погашение систем электроснабжения таких городов имеет серьезные социально-экономические последствия. Поэтому для них признано целесообразным установить принципы построения систем электроснабжения, обеспечивающие его высокую надежность.
Характерной особенностью последних лет является размещение источников небольшой мощности (5—15 МВт) на территории городов. Для отдельных ответственных потребителей городской сети (вычислительные центры, банки, крупнейшие магазины и др.) принята целесообразной установка источников бесперебойного питания.
Построение электроснабжающих сетей напряжением 220(330) кВ должно удовлетворять следующим требованиям:
схема должна предусматривать сооружение не менее двух ПС с ВН 220 кВ и выше, питающихся от энергосистемы;
линии связи с энергосистемой должны присоединяться не менее, чем к двум внешним территориально разнесенным энергоисточникам и сооружаться, как правило, по разным трассам;
общее количество и пропускная способность линий связи с энергосистемой должны выбираться с учетом обеспечения питания города без ограничений при отключении двухцепной ВЛ;
построение схемы должно обеспечивать ограничение транзитных перетоков через городскую систему электроснабжения;
ЦП 220(330) кВ должны выполняться, как правило, двухтрансформаторными (220 кВ - не менее 2х 125 МВ-А, 330 кВ - не менее 2x200 МВА); установка одного AT допускается на первом этапе при обеспечении полного резервирования по сети 110 кВ;
для обеспечения оптимальной схемы ЦП 220-330 кВ количество присоединяемых ВЛ этих напряжений, как правило, не должно превышать четырех.
Принципы построения сетей внутреннего электроснабжения напряжением 110 кВ не отличаются от изложенных выше для всех городов.
Дополнительно рекомендуется при построении сети 110 кВ исходить из обеспечения резервирования не менее 70 % нагрузки любого ЦП 220(330) кВ при его полном погашении.