Сети низкого напряжения. Рассмотрим развитие таких радиальных трехфазных сетей НН, которые наиболее распространены в общем случае во Франции и в других европейских странах. Перенесение этого рассмотрения на замкнутые сети НН или на другие типы сетей НН не представляет трудностей.
Особенности сетей. В самом общем виде исследование развития сетей НН происходит на сети, выходящей из подстанции СН/НН, или скорее на множестве таких сетей, исходящих из достаточно близких подстанций (расположенных, например, в одном и том же жилом районе), с тем чтобы иметь некоторое число точек соприкосновения (возможности переноса одного «источника» на другой).
Среди затрат, перечисленных на предыдущей странице, в общем случае при исследованиях сетей НН учитываются следующие:
постоянные затраты F: стоимость потерь в «железе» в одном или нескольких трансформаторах СН/НН; при этом эксплуатационные расходы оцениваются примерно в 2% от стоимости каждого объекта;
Рис. 2.1. Пример усиления сети НН
—переменные затраты V: стоимость тепловых потерь в трансформаторах и на каждом отрезке линии, а также стоимость неравномерности напряжения у потребителей;
расходы на изменение состояния: стоимость новых линий НН (и СН), стоимость изменения проводов ЛИНИИ, СТОИМОСТЬ подстанций СН/НН, стоимость трансформаторов СН/НН и их стоимость окупаемости в зависимости от того, будут ли они вновь использоваться или нет, стоимость батарей конденсаторов НН, стоимость возможного перехода из состояния Вл в состояние В2 (т. е. с напряжения 127/220 В на напряжение 220/380 В).
На рис. 2.1 показана схема сети НН, усиление которой представляет собой простой практический пример. Эта сеть обслуживает сельских потребителей, распределенных на две группы, находящихся одна от другой на расстоянии 300 м, что обусловливало их начальное питание от одной только подстанции, расположенной в точке С, т. е. близко от кустарного производства (потребляющего большую часть всей нагрузки и расположенного в точке В). Каждая из точек, обозначенных на схеме, представляет «узел нагрузки», т. е; точку объединения близких потребителей (например, потребителей, обслуживаемых ответвлениями, отходящими от одного и того же столба линии НН).
Рассматриваемыми изменениями состояний являются:
добавление новых ответвлений (таких, как С А);
усиление сильно загруженных или длинных участков линий (таких, как СЕ), где наблюдаются самые большие потери напряжения;
замена трансформатора СН/НН (на подстанций С) более мощными трансформаторами;
установка конденсаторов НН на подстанции (если нагрузка сети имеет в своем составе большую долю двигателей), потребления реактивной мощности которыми вызывают на головных участках сети значительные уменьшения напряжения;
сооружение новой подстанции СН/НН вблизи точки Е (стоимость этого сооружения должна, следовательно, включать в себя стоимость новой линии СН, обслуживающей эту подстанцию) и разрыв линии СЕ вблизи точки D;
— переход из состояния В, в состояние В2 (если сеть находится еще в состоянии 2?, в исходный год).
Практические аспекты исследования. Исследования усиления направлены на более сложные сети, и соответствующие расчеты были бы непрактичными без использования численных методов. Даже при наличии мощных ЭВМ такое исследование требует значительных упрощений, иначе сбор необходимых данных был бы слишком громоздок (информация о каждом узле нагрузки).
Данные, которые необходимо вводить (на перфокартах) в ЭВМ, наносятся на два типа карт:
карты ветвей (одна карта для каждой ветви сети), которые дают (в закодированном виде) Представление о подстанции СН/НН, о номерах вершин до нее и после нее, характере линии и ее: длине;
карты нагрузок (одна на каждый узел нагрузки), которые дают общее представление о номере узла нагрузки, числе потребителей, подключенных к этому узлу, и их годовом потреблении.
Сельские сети среднего напряжения.
Распределительными сетями во Франции являются главным образом сети 20 кВ, так же как и в других европейских странах. Для сетей с более низким напряжением исследования развития осуществляются точно таким же образом (что и в предыдущем случае), за исключением лишь того, что одним из средств усиления является переход на напряжение 20 кВ; этот переход должен учитывать постепенное старение оборудования и необходимость смены его при переходе на напряжение 20 кВ.
Сельские сети СН имеют обычно радиальную эксплуатационную структуру (состоящую из отходящих линий и ответвлений от них), а структура их построения похожа на паутинную сеть, имеющую многочисленные точки соприкосновения и, следовательно, возможности переноса нагрузок с одной отходящей линии на другую, как это показано на рис. 2.2, который воспроизводит действительную топологию сети СН юга Франции.
Из этой структуры следует два вывода:
невозможно разделять исследования развития различных линий, выходящих из одной и той же подстанции ВН/СН;
надо рассматривать одновременно и сети, выходящие из соседних подстанций.
Поэтому вынуждены объединять в одном и том же исследовании все сети достаточно обширной и однородной зоны, такой, например, какими являются распределительные Центры Э де Ф.
'Рис. 2.2. Схемы перехода сельской сети из i-го. состояния в (i + 1)-е состояние (б):
линия СН (маломощная); ' линия СН/НН
(мощная); • подстанция; □ — секционирующий выключатель на линии СН; - линии, по которым осуществляется питание от других подстанций ВН/СН в случае аварий
Для упрощения расчетов подстанции СН/НН объединяются в один и тот же узел нагрузки.
И все же технико-экономические расчеты могут быть уменьшены по сравнению с расчетами, приведенными в § 2.3; в данном случае учитываются главным образом следующие затраты:
постоянные затраты F: стоимость потери в «железе» трансформаторов ВН/СН и стоимость перерывов питания (помехи являются предметом отдельных и часто локализованных исследований);
переменные затраты V: стоимость тепловых потерь и стоимость перерывов обслуживания (аварии, отключения); предполагается, что регулирование напряжения наилучшим образом уменьшает неоднородность напряжение (за исключением особых случаев);
расходы на изменение состояния Ец : стоимость нового оборудования.
Расчет тепловых потерь производится аналогично расчету для сетей НН при условии, что уточняются коэффициенты tgф и ар для обслуживаемых зон в соответствии с характером нагрузки (промышленный, жилищно-бытовой или сельский).
Изменение состояния такой сети группирует в общем случае некоторое число усилений в различных относительно удаленных точках сети.
Усиление коротких линий целесообразно в тех случаях, когда нагрузка, передаваемая ими, может вызвать чрезмерный нагрев (превышается «Тепловой предел») и соответствующее решение может быть принято независимо от общего исследования, за исключением случая, когда рассматриваемая линия может использоваться в аварийных ситуациях для «переноса» некоторых нагрузок на другую линию.
Исследование усиления сетей НН проводится по упрощенной схеме и предназначено для определения того, каким образом сеть может или должна развиваться при учете тепловых потерь и непрерывности обслуживания.
Количество отключений, происходящих на воздушных линиях, не может быть ограничено по числу, поскольку они вызываются главным образом внешними условиями (бури, ветви деревьев и т. д.; см. т. 1). Но они могут быть уменьшены по продолжительности выбором структуры сети, позволяющей изолировать участок поврежденной линии при отключении возможно меньшего числа потребителей благодаря переносу остальных на соседние линии. Уменьшение стоимости отключений является определяющим экономическим фактором при исследовании сельских сетей.
В этих сетях стоимость зависит главным образом от отключаемой мощности, продолжительности устранения аварии, расстояния, которое отделяет аварийную бригаду от места аварии.
Отключенная нагрузка частично может быть вновь подключена путем замыкания на вспомогательную линию. Продолжительность устранения аварии является функцией расстояния, которое отделяет бригаду от места аварии, и времени, необходимого для обнаружения места аварии; это время зависит от структуры сети.
При технико-экономическом исследовании развития сети можно с помощью статистических расчетов определить средние значения трех названных критериев для каждого из упомянутых состояний.
Городские сети среднего напряжения.
Городские сети СН имеют в общем случае также радикальную эксплуатационную структуру; структура же их построения чаще всего может быть закольцована.
Особенности сетей. Характеристики этих сетей весьма специфичны, поскольку максимально приемлемая нагрузка кабелей определяется не потерями, не падениями напряжения (при условии, что длины присоединений в городской зоне относительно коротки), а только максимальным нагревом.
Годы, в которые проводится усиление сетей, определяются необходимостью соблюдения тепловых ограничений кабелей, а не экономическим расчетом времени изменения состояния. К ним относятся кабели основных линий, для которых имеется опасность превышения теплового предела, а усиление осуществляется в основном увеличением числа кабелей или числа линий, отходящих от существующей подстанций (это число не может бесконечно расти), либо созданием новой подстанции ВН/СН после предварительной подготовки топологии сети Таким образом, чтобы уменьшить работы, по присоединению к новой подстанции. Тот факт, что изменение состояния определяется техническими ограничениями, а не экономикой, не исключает расчета стратегии с минимальной стоимостью.
Еще одной специфичной характеристикой городских сетей, определяемой для исследований развития, является определение относительно короткого радиуса действия линий, выходящих из подстанции, и особенно очень коротких линий, питающих подстанции СН/НН. При некоторых структурах, принятых для улучшения надежности электроснабжения, эти ответвления не существуют. При этом нельзя объединять несколько соседних подстанций в один узел. нагрузки, как в сельских сетях, а также извлекать пользу из стандартизации статистических данных, которые вытекают из этого, для увеличения мощностей, потребляемых узлами нагрузки.
Точную эволюцию будущих нагрузок невозможно знать. И все же решения по усилению нельзя принимать в последний момент, если нет представления о будущем, поскольку пришлось бы иметь дело со сложными структурами или даже такими запутанными структурами, которые Э де Ф получила в свое распоряжение после национализации.
Исследование усиления городских сетей СН представляется исследованием структуры, определяющим правила, которые необходимо соблюдать в программах по усилению сетей. Эти правила зависят от типа принятой структуры из всех Возможных структур, описываемых В гл. 3. Но метод установления этих правил одинаков для всех типов структур. Он состоит не в прогнозировании «наиболее вероятной» эволюции, как это имеет место в сельских сетях, а в прогнозировании возможных эволюций.
Расчет нагрузок. Этот расчет является методом, широко применяемым для определения особых характеристик городских сетей СН. Основными данными при этом являются:
состояние сети в начальный год, позволяющее определить сечение кабелей на каждой из подстанций СН/НН исходя из пика нагрузки (коммунальных или промышленных распределительных подстанций), коэффициент роста нагрузок в соответствии с их характером (бытовая, коммерческая, промышленная, осветительная и т. д.), среднегодовой коэффициент роста числа коммунальных или промышленных подстанций (согласно статистике предыдущих лет);
схема сети на карте с квадратной сеткой, позволяющей определить координаты каждой подстанции и плотности нагрузок и уточняющей зоны, где могут располагаться нагрузки.
Метод состоит в вероятностном выборе (метод Монте-Карло) координат новых подстанций, которые должны появиться в течение каждого последующего года, и начальной нагрузки этих новых подстанций (в списке заранее установленных мощностей каждая из них имеет вероятность в соответствии со статистикой прошлых, лет).
При этом нагрузки ранее существовавших подстанций увеличиваются с целью получения общего коэффициента, выбираемого для увеличения: нагрузок. На рис. 2.3 воспроизведена часть, схемы реального исследования, на которой был применен описанный метод.
Рис. 2.3. Часть городской сети СН в двух состояниях при исследовании методом случайной вариации нагрузок (сеть Лион-Вез)
Этот метод очень гибок, поскольку позволяет вводить в процесс выбора месторасположения и мощности подстанций СН/НН некоторое число ограничений таким образом, чтобы соблюдать местные условия, к которым сеть должна приспособиться. Если нагрузки, применяемые ежегодно, определены и месторасположение их известно, то можно решить вопрос о дополнении принятой трассы кабелями, соответствующими типу, структуре сети СН, Которую решили выбрать. В этом случае рассчитывают нагрузки линий на выходе из подстанций ВН/СН. Затем с помощью приближенного метода рассчитывают тепловые потери в кабелях и эксплуатационные расходы рассматриваемого года. Определяют изменения состояний, которые кажутся необходимыми, оставляя возможные варианты, позволяющие затем найти стратегии, подлежащие сравнению.
Можно ввести в этот метод стоимость перерывов питания; она оценивается точно так же, как и для сельских сетей. Если действительное число отключений кабельной сети меньше, но отключения более короткие, чем в сельской сети, то значение обслуживаемых нагрузок вызывает повышенную стоимость всякого отключения. Исследование, надежности городской сети может производиться отдельно, поскольку оно должно выявить тип структуры из описанных выше.
