ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ В КРУПНЕЙШИХ ГОРОДАХ (НА ПРИМЕРЕ Г. САНКТ-ПЕТЕРБУРГ)

PROSPECTS FOR IMPROVING THE RELIABILITY OF POWER SUPPLY IN THE LARGEST CITIES (USING THE EXAMPLE OF ST. PETERSBURG)

Sergey Sizov

Student, St. Petersburg State University of Aerospace Instrumentation, Russia, St. Petersburg

Sergey Varankin

Student, St. Petersburg State University of Aerospace Instrumentation, Russia, St. Petersburg

Vasily Selivanov

Student, St. Petersburg State University of Aerospace Instrumentation, Russia, St. Petersburg

Аннотация. Электроснабжение — это важнейшая составляющая инфраструктуры крупных городов, требующая постоянных усовершенствований и доработок. В данной научной работе будет произведен анализ надежности конфигураций расположения групп подстанций города Санкт-Петербург на данное время, и возможные вариации будущего электроснабжения города.

Abstract. Electricity supply is an essential component of the infrastructure of large cities, requiring constant improvements and improvements. In this scientific work, an analysis of the configuration of the location of substation groups in the city of St. Petersburg at this time, and possible variations of the future power supply of the city, will be carried out.

Ключевые слова: электроснабжение города Санкт-Петербург; трансформаторные подстанции; развитие; надежность.

Keywords: power supply of the city of St. Petersburg; transformer substations; development; reliability.

Бесперебойное энергоснабжение играет важную роль обеспечивая широкий спектр функций и необходимых услуг. Так электроэнергия необходима для осуществления повседневных жизненных функций, таких как освещение, отопление, кондиционирование воздуха, подъем и подача воды, а также питание бытовых и промышленных приборов. Без надежного электроснабжения многие аспекты городской жизни становятся невозможными. Промышленные компании, офисы, торговые центры и другие предприятия требуют непрерывного электропитания для своей работы. Электроэнергия используется для запуска и обслуживания производственного оборудования, компьютеров, освещения и других необходимых устройств. Также электроэнергия используется для питания систем общественного транспорта, например, трамваи, метрополитены и автобусы. Электротранспорт помогает снижать загрязнение воздуха и сокращать транспортные пробки, обеспечивая более эффективное перемещение людей по городу. Современные информационные технологии и связь также требуют непрерывного питания. Электроэнергия используется для работы серверов, компьютеров, сетей передачи данных, мобильных устройств и других коммуникационных систем. И здравоохранение очень зависит от подачи электроэнергии. Она используется для питания систем видеонаблюдения, контроля доступа, сигнализации, а также оборудования в медицинских учреждениях, включая оборудование для диагностики, лечения и поддержания жизненных функций.

С ростом численности населения и развитием городской инфраструктуры нагрузка на электросети постоянно увеличивается, что требует повышения надежности систем электроснабжения. Даже несмотря на существующие технологии и методы управления электросетями, проблемы недостаточной надежности электроснабжения остаются актуальными. Это связано как с физическим износом оборудования, так и с внешними факторами, такими как природные катаклизмы, технические сбои и человеческий фактор.

Разумное решение возникает лишь при учете как проектирования, так и эксплуатации системы. Это подразумевает исследование взаимосвязи и определение баланса между надежностью электроснабжения и качеством электроэнергии. Проблема нахождения оптимального соотношения между надежностью объектов электроэнергетики и качеством производимой электроэнергии предъявляет к системам электроснабжения серьезные требования: надежность, экономичность, высокое качество электроэнергии, безопасность и экологическая устойчивость. В нашей электроэнергетической системе, количество аварийных случаев достигает нескольких десятков в год, а недостаток поставки электроэнергии составляет несколько тысяч кВт-часов. В этом контексте поиск путей повышения надежности и качества электроэнергии становится приоритетной задачей, как при проектировании электрических сетей, так и при их эксплуатации.

В городе Санкт-Петербург используются несколько методов передачи электроэнергии в зависимости от конкретных условий и требований инфраструктуры города. Наиболее распространенный метод, передача по воздушным линиям, можно использовать как для передачи энергии от электростанций до подстанций, так и для распределения энергии внутри города. В городских районах могут применяться высоковольтные и средневольтные воздушные линии. Подземные кабели, этот метод особенно популярен в исторических районах или на улицах с высокой плотностью застройки. Этот метод позволяет визуально скрыть массы проводов и повысить эстетику городской среды. Так как Санкт-Петербург расположен на побережье Финского залива, поэтому морские и подводные кабели могут использоваться для связи с островами через водные пространства. Технология передачи энергии постоянным током используется для связи с удаленными энергетическими системами или для передачи энергии на большие расстояния.

Количество аварийных отключений отчетного периода, по данным электрических сетей города Санкт-Петербург, приведено в таблице 1.

Таблица 1.

Количество аварийных отключений в 3 квартале 2022 года

Даже воздушные электропередачи напряжением 6-10-35 кВ не всегда используются должным образом, причиной этого являются многократные переключения в зимний период. При включении провода быстро нагреваются, а при отключении остывают, такой цикл повторяется многократно, что в конечном итоге приводит к потере механических свойств проводов. Провисание проводов редко наблюдается, чаще происходит обрыв. Низкая надежность воздушных линий 35 кВ обусловлена в основном неблагоприятными погодными условиями и старением изоляторов. Повышенная повреждаемость воздушных линий 110 кВ связана с неблагоприятными погодными условиями, перелетными птицами, длительной эксплуатацией и старением проводов.

Из анализа сетей 6/10 кВ, обеспечивающих электроснабжение промышленного города Санкт-Петербурга, выяснилось, что в зимний период 20 % существующих сетей работают в режиме перегрузки, а остальные 80 % воздушных и кабельных линий 6/10 кВ загружены на уровне номинальной мощности.

Чтобы обеспечить надежную работу электрических сетей напряжением 6/10 кВ, необходимо поэтапно разгружать их путем реконструкции одноцепных воздушных линий и перевода их на двухцепные, заменяя существующие провода сечением 50 мм2 на провода сечением 70 мм2, а также увеличивая сечение кабельных линий в соответствии с существующими стандартами или прокладывая новые кабельные линии.

Для повышения надежности параметров системы электроснабжения предлагается комплекс организационно-технических мероприятий следующего характера:

1) Рациональное резервирование за счет выбора независимых источников питания с учетом категорий потребителей‚ т.е. при параллельной работе трансформаторов коэффициент их загрузки не должен превышать 0,7; использование локальных источников питания, например дизельных генераторов‚ во время отключения основного источника;

2) Применение современных средств автоматизации и телемеханизации для повышения безопасности обслуживания и предотвращения ошибочных действий персонала; современные микропроцессорные средства обеспечивают высокую чувствительность релейной защиты автоматики. Замена устаревших систем автоматики на современные средства не только экономит время обслуживающего персонала, но и предотвращает развитие аварий. Опыт внедрения микропроцессорных устройств за рубежом показал, что они имеют лучшие технико-экономические показатели по сравнению с традиционными системами и требуют меньше трудозатрат на технические обслуживание. При использовании микропроцессорных устройств релейной защиты и автоматики в системах электроснабжения наравне с релейно-контактными устройствами особое внимание надо обращать на готовность этой системы к обеспечению электромагнитной системы;

3) Необходимо уменьшить число трансформаций, где это возможно, следовательно, повысится экономичность системы за счет уменьшения потерь энергии;

4) Обеспечение пожарной безопасности электротехнических устройств и сооружений‚ т.е. своевременное проведение профилактических работ по устранению неполадок, которые могут стать причиной пожара, всегда хранить в исправном состоянии пожарный инвентарь;

5) Снижение насыщения электрических сетей коммутационной аппаратурой, т.к сами аппараты могут быть причиной аварии; т.е‚ по мере возможности сокращать число коммутационных аппаратов и использовать коммутационные аппараты только по назначению;

6) Оптимальная компенсация реактивной мощности. За счет компенсации реактивной мощности можно разгрузить трансформаторы; выработка реактивной мощности на низкой стороне не только уменьшает потери энергии на линиях‚ но и способствует повышению качества электрической энергии;

7) Путем уменьшения времени действия релейной защиты и автоматики повысить динамическую и статическую устойчивость электроэнергетической системы; от устойчивости электроэнергетической системы зависит не только безопасность электроэнергетической сети, но и такие показатели‚ как ущерб от недоотпуска электроэнергии, ликвидация последствий короткого замыкания;

8) Повышение качества электрической энергии. Для снижения асимметрии напряжений необходимо рационально распределить однофазные нагрузки и применить симметрирующие устройства.

Для уменьшения не синусоидальности напряжений (уменьшения высших гармоник) используют следующие средства:

• отдельное питание для потребителей с нелинейной вольт-амперной характеристикой;
• увеличение числа фаз выпрямления; так, при переходе от 6-фазной схемы к 12 - фазной схеме выпрямления не синусоидальность напряжений сети уменьшается примерно в 1,4 раза;
• фильтры высших гармоник, которые в то же время являются и источниками реактивной мощности, т.е. могут использоваться для компенсации реактивной мощности;

9) Совершенствование конструкций и материалов, из которых изготовляют электрооборудование для систем электроснабжения;

10) Применение перегрузочной способности элементов системы электроснабжения, которая обеспечивает надежное питание потребителей. Режимы перегрузки важны при повреждениях или отключениях линий, трансформаторов, секций, шин, отдельных аппаратов;

11) Совершенствование технического обслуживания: оптимизация периодичности и глубины капитальных ремонтов, снижение продолжительности аварийных ремонтов;

12) Путем повышения качества ремонта оборудования снизить затраты труда и материальных средств на ремонт, что увеличивает межремонтные сроки, снижает затраты

труда и материальных средств.   Необходимо обратить особое внимание на квалификацию и уровень практической подготовки обслуживающего персонала;

13) Выбор оптимального времени вывода оборудования на ремонт, т.е. совмещение планово-предупредительного ремонта с ремонтом технологического оборудования;

14) Повышение качества и уровня эксплуатации электрооборудования. Таким образом, можно заключить, что рассматриваемая электроэнергетическая система нуждается в реконструкции, и все вышеперечисленные мероприятия способствуют снижению затрат на реконструкцию и модернизацию электроэнергетических сетей, следовательно‚ повышают надежность питающих и распределительных сетей, способствует снижению потерь электрической энергии и повышению качества поставляемой электроэнергии.