Воздушные и кабельные линии напряжением 6–35 кВ составляют основу распределительных сетей. К настоящему времени около 30 % воздушных линий и трансформаторных подстанций отработали свой нормативный срок. В распределительных сетях имеет место рост абсолютных и относительных потерь электрической энергии. Отсутствие необходимых инвестиций в электросетевой комплекс в последние годы привело к значительному физическому и технологическому устареванию электрических сетей [1].

Проведение обычной комплексной реконструкции существующих распределительных сетей напряжением 6 – 10 кВ с заменой оборудования на оборудование большей мощности не позволит существенно повысить пропускную способность и экономические показатели сетей, кроме восстановления функционирования, поэтому перспективным следует рассматривать решение о замещении распределительных сетей 6-10 кВ, отработавших свой нормативный срок, новыми сетями 20 кВ.

В настоящее время в мире уже во многих странах (США, КНР, Франция, Германия, Италия, Финляндия, Латвия и др.) успешно эксплуатируются более полувека распределительные сети с номинальным напряжение 20 кВ, в том числе и сети городского и сельского электроснабжения [2,3]. Отметим, что номинальное напряжение 20 кВ в отечественной электроэнергетике введено в стандарт (решением Комитета стандартов СССР) ещё в начале 60-х годов.

Первым положительным опытом внедрения напряжения 20 кВ в России является проектирование жилищно-коммунального хозяйства г. Москвы и строительство распределительных сетей 20 кВ в Ханты- Мансийском автономном округе [2,4].

Основными преимуществами использования технологий передачи электрической энергии на номинальном напряжении 20 кВ по сравнению с электропередачами 6 – 10 кВ являются большая пропускная способность электропередач при тех же сечениях проводов, снижение технологических затрат электроэнергии на ее передачу, переход от трехступенчатой системы передачи и распределения электрической энергии 110/35/10/0,38 кВ к двухступенчатой 110/20/0,38 кВ, использование нового оборудования в габаритах старого,  сохранение охранных зон воздушных линий электропередачи. Преимущества проявляются в наибольшей мере при переходе от ВЛ традиционного исполнения к линиям нового исполнения с самонесущими изолированными проводами (ВЛИ) [2].

Оценка целесообразности использования напряжения 20 кВ произведена на примере фрагмента сельских электрических сетей Красноярского края. Рассматривается схема электроснабжения потребителей п. Устюг и п. Суханово Емельяновского района (рис.). Питание участка сельской сети осуществляется по кольцевой схеме от трансформаторной подстанции 110/35 кВ. Фрагмент сети включает в себя 26 нагрузочных узлов, потребляемая мощность от 63 до 1000 кВА, длина участка линий от 0,18 до 13,2 км.

Расчёт режима показал, что значения напряжений у потребителей ниже номинального в среднем на -5,0 %, наибольшее отклонение напряжения составляет -9,4 %. Существующая система передачи и распределения электрической энергии эксплуатируется при значительных её потерях как в линиях, так и в трансформаторах (табл.). Пропускная способность данной распределительной сети 110/35/10/0,38 кВ в ближайшие годы может достигнуть своего технически возможного предела и не сможет обеспечить качественного электроснабжения сельских потребителей.

Произведенные расчеты показали, что необходимо произвести реконструкцию существующей электрической сети с целью снижения потерь электроэнергии и обеспечения требуемого уровня напряжения в узлах сети. Рассмотрен вариант перехода от существующей системы напряжений 110/35/10/0,38 кВ к системе 110/20/0,38 кВ. Практическая реализация варианта развития ЭЭС не требует коренной перестройки существующей распределительной сети 10 кВ и потребительских трансформаторных пунктов 10/0,38 кВ, позволяет использовать их основные строительные конструкции в последующей эксплуатации после перевода сети на напряжение 20 кВ. Реконструкция подразумевает изменение параметров электросети, при сохранении частично строительной части объектов. К реконструкции относятся работы по замене сталеалюминиевых проводов воздушных линий на самонесущие изолированные провода с изоляцией из сшитого полиэтилена СИП-3 20 кВ, перевод сетей на другое номинальное напряжение, замена трансформаторов, выключателей и др. аппаратуры, ликвидация подстанций 35/10 кВ. С учетом изношенности существующих ВЛ 10 кВ замена линий будет способствовать повышению надежности электроснабжения.

Таблица. Сопоставление потерь мощности в сети при напряжениях 10 и 20 кВ.

 

U, кВ	Рнагр, кВт	Qнагр, кВар	РГ, кВт	QГ, кВар	∆Р∑=664,3 кВт			∆Q∑ =1 614 кВар
					∆РЛЭП, кВт	∆РТ, кВт	∆Рхх, кВт	∆QЛЭП, кВар	∆QТ, кВар	∆Qхх, кВар
10	4 564	2 212	5 229	3 827	443,3	125,2	95,74	301,2	698,6	614,8

20			5 015	3 136	334,8	48,38	67,57	159,0	293,7	470,6
∆, %			-4,09	-18,1	-24,5	-61,4	-29,4	-47,2	-57,9	-23,4

 

В случае если переход на более высокое напряжение по техническим условиям необходим, выбор оптимального варианта производится по критерию минимума приведенных затрат по формуле, руб.[5],

где Т – расчётный период, принимается равным жизненному циклу проекта, Т=20 лет; Иt    –

эксплуатационные издержки, включающие амортизационные отчисления и покрытие потерь электроэнергии; K – капитальные вложения в первый год; Е – норма дисконта, принимаемая не ниже ставки за представление кредита или хранение средств в банке.

Таблица 2 - Результаты технико-экономических расчётов.

 

Uном, кВ	∆WЛ, МВт·ч	∆WТ, МВт·ч	∆W, МВт·ч	КЛ, тыс.руб.	КПС, тыс.руб.	К∑, тыс.руб.	З, тыс.руб.
10	1066,1	1138,9	2205,0	12198	111751	123949	251900
20	805,7	708,6	1514,3	13394	78019	91413	181900
∆, %	24,42	37,78	31,32	-9,80	30,18	26,25	27,79

 

Наиболее эффективным как по приведенным затратам, так и по единовременным капиталовложениям является вариант переход от существующей системы 110/35/10/0,38 кВ к системе 110/20/0,38 кВ с учётом роста тарифов на электроэнергии и снижении стоимости оборудования на 20 кВ при его серийном производстве. Разница приведенных затрат в 27,79% значительна, вариант с минимальными приведенными затратами считается оптимальным и следовательно наиболее экономичным. Следует отметить, что для варианта 20 кВ потери электроэнергии как в воздушных линиях, так и в трансформаторах меньше на 31,32%. Таким образом, по линиям можно передать больше мощности потребителю. Также возможно увеличение зоны обслуживания потребителей за счёт большей допустимой длины линии 20 кВ.

Технико-экономическое сопоставление, анализ экономических и технологических показателей позволяют обосновать целесообразность ввода в эксплуатацию линий электропередач 20 кВ нового исполнения, а переход к распределению электроэнергии в системе напряжений 110/35/0,38 кВ в целом является экономически состоятельным и исторически назревшим.

 

Список литературы и источников

 

1.   Жулев А.Н., Боков Г.С. Распределительный сетевой комплекс. Новости электротехники, 2012, №4, С.76 –86.

2.    Цыганенко Б. В. Перспективы перевода распределительных сетей Украины на номинальное напряжение 20 кВ. Вестник ГНУ ВИЭСХ, 2015, №4, С. 1 – 4.

3.    Baricevic T. AHP method in prioritizing investments in transition of MV network to 20 kV / T. Baricevic, A. Tunjic, E. Mihalek, K. Ugarkovic // Electricity Distribution – Part 2, 2009. CIRED 2009. The 20th International Conference and Exhibition on, 2009.

4.    Руденко И.И. О переводе распределительных электрических сетей 6–10 кВ на более высокое напряжение. Вестник ГНУ ВИЭСХ, 2009 №1, С.4 – 5.

5.    Герасименко А. А., Федин В. Т. Передача и распределение электрической энергии: учебное пособие / А. А. Герасименко, В. Т. Федин. – Красноярск: ИПЦ КГТУ; Минск: БНТУ, 2006. – 808 с.

6. Черепанов В. В., Суворова И. А. Исследование технико-экономической целесообразности применения напряжения 20 кВ в сельских электрических сетях. Электрика, 2011, № 11, С. 17–22.