5
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………..6
ГЛАВА 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ……………………………...8
1.1. Характеристика энергосистемы Республики Саха (Якутия)………………8
1.2. Расчет мощности подстанций рассматриваемого энергорайона………..14
1.3. Обоснование наилучшего варианта для сооружения электрической
сети……………………………………………………………………………….17
Выводы по главе 1……………………………………………………………….20
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ПРОЕКТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ…………...22
2.1. Составление баланса реактивной мощности и выбор
компенсирующих устройств……………………………………………………22
2.2. Определение перетоков мощности по линиям сети………………………23
2.3. Выбор сечений и марок проводов на участках сети, опор воздушных
линий……………………………………………………………………………...24
2.4. Выбор мощности трансформаторов, схем РУ и оборудования на
подстанциях сети………………………………………………………………...44
2.5. Моделирование режимов работы разрабатываемой сети………………..51
Выводы по главе 2……………………………………………………………….53
ГЛАВА 3. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ И ОХРАНА ТРУДА……………….55
3.1. Определение экономической эффективности сети………………………55
3.2. Мероприятия по охране труда……………………………………………..62
Выводы по главе 3……………………………………………………………….67
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….68
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………………………70
6
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность выпускной квалификационной работы заключается в том,
что в существующей схеме ЗЭР Республика Саха (Якутия) существует «узкое
место», связанное с электроснабжением Вилюйской группы улусов по
одноцепной ВЛ 110 кВ Сунтар – Вилюй. ЛЭП протяженностью ≈ 400 км
построена с применением деревянных опор с подвеской провода АС-95.
Централизованное резервирование отсутствует. Такая топология сети
приводит к следующим последствиям:
- частые отключения ВЛ в результате технологических нарушений на
самой ВЛ;
- недопустимое снижение напряжения на шинах ПС 110 кВ при
отключениях элементов сети 220 кВ (ВЛ 220 кВ Районная – Сунтар или 1 СШ
ПС 220 кВ Районная или 2 СШ ПС 220 кВ Сунтар);
- отсутствие возможности присоединения новых потребителей;
- отсутствие возможности организации электроотопления населенных
пунктов.
Ликвидация вышеописанных недостатков возможна посредством
резервирования (замены) ВЛ 110 кВ Сунтар – Вилюй. Иные мероприятия
(установка устройств ПА, СКРМ) не приведут к решению всех проблем.
В рамках решений, принятых на совещании под председательством врио
Главы Республики Саха (Якутия) А.С. Николаева состоявшемся 21 июня 2018
г. в г. Якутске, для обеспечения надежного электроснабжения Вилюйской
группы улусов Республики Саха (Якутия) АО «ДВЭУК» планирует
проектирование и строительство ВЛ 220 кВ Сунтар – Нюрба со
строительством новой ПС «Нюрба новая». Кроме того, планируется
реконструкция ПС Вилюйск со строительством открытого РУ 220 кВ и
сооружением ВЛЭП 220 кВ от подстанции «Нюрба новая» до подстанции
«Вилюйск». Помимо этого, планируется строительство подстанции 220 кВ
«Накын» и сооружение ВЛЭП 220 кВ от ПС «Нюрба новая» до ПС «Накын»
7
для централизованного электроснабжения производственной площадки
Нюрбинского ГОКа АК «АЛРОСА».
Объектом исследования является электрическая сеть республики Саха
(Якутия).
Предметом исследования является электрическая сеть Сунтарского,
Нюрбинского, Вилюйского, Верхневилюйского районов Республики
республики Саха (Якутия).
Цель работы - разработать проект развития электрической сети
Республики Саха (Якутия) для обеспечения качественным и бесперебойным
электроснабжением населения и промышленных потребителей Сунтарского,
Нюрбинского, Вилюйского, Верхневилюйского районов Республики.
В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи:
- рассчитать мощность подстанций рассматриваемого энергорайона;
- выбрать наилучший вариант для сооружения электрической сети;
- составить баланс реактивной мощности и выбрать компенсирующие
устройства;
- определить перетоки мощности по линиям сети;
- выбрать сечения и марку проводов на участках сети, опоры воздушных
линий;
- выбрать мощность трансформаторов, схем РУ и оборудования на
подстанциях сети;
- смоделировать режимы работы разрабатываемой сети;
- определить экономическую эффективность сети;
- рассмотреть мероприятия по охране труда.
Практическая значимость ВКР заключается в возможности применения
результатов работы для разработки рабочего проекта развития электрической
сети Республики Саха (Якутия) для обеспечения качественным и
бесперебойным электроснабжением населения и промышленных
потребителей Сунтарского, Нюрбинского, Вилюйского, Верхневилюйского
районов Республики.
8
ГЛАВА 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ
1.1. Характеристика энергосистемы Республики Саха (Якутия)
Характеристика генерирующих компаний
Основные генерирующие компании на территории Якутии - это ПАО
«Якутскэнерго», АО «Дальневосточная генерирующая компания», АК
«АЛРОСА» (ПАО), ОАО «Сургутнефтегаз». Суммарная установленная
мощность электрических станций данных организаций составляет 2367,8
МВт, по итогам 2014 г. они обеспечивают 96-97% общей выработки
электрической энергии и более 30% тепловой энергии в регионе.
В Северном энергетическом районе функционирует 125 электрических
станций, которые принадлежат АО «Сахаэнерго» (является 100% дочерней
компанией ПАО «Якутскэнерго»).
Помимо этого, на территории региона располагается еще довольно
большое число автономных источников энергии, приблизительная суммарная
установленная мощность которых превышает 200 МВт. Они принадлежат АК
«АЛРОСА» (ПАО) (28,7 МВт), ОАО «АК «Транснефть» (на НПС-12,13,14
суммарной мощностью 92 МВт), ОАО «Якутская топливно-энергетическая
компания» (бывшая ОАО «Якутгазпром») (16 МВт), ООО «Сахаолово» (6
МВт), ОАО «ЮВГК» Группы «Полюс» (3 МВт) и другим горнодобывающим
и геологоразведочным компаниям.
Централизованное электроснабжение охватывает 36% территории
региона, где проживает 85 % населения. Зона децентрализованного
энергоснабжения – зона локальной энергетики охватывает площадь 2,2 млн
км
2
(64%) с 15 % проживающего в регионе населения.
Гарантирующие поставщики электрической энергии на территории
региона, помимо ПАО «Якутскэнерго» и АО «Сахаэнерго» - это АК
«АЛРОСА» (ПАО), ОАО «Сургутнефтегаз», ОАО «Якутская топливно-
9
энергетическая компания», ПАО «Магаданэнерго», ООО «Районные
электрические сети», ОАО «Оборонэнергосбыт».
В 2014 г. суммарная установленная тепловая мощность электрических
станций в регионе составляла 2106,4 Гкал/ч, котельных крупных
энергетических компаний – 5054,4 Гкал/ч.
Характеристика электросетевых предприятиями
Существующая схема электроснабжения потребителей республики
электросетевыми предприятиями дана на рисунке 1.1 [6].
Рисунок 1.1 – Схема электроснабжения потребителей основными
электросетевыми предприятиями [6]
Общая протяженность ВЛЭП всех уровней напряжения составляет
больше 27 тыс. км, из них на балансе ПАО «Якутскэнерго» находится 21741,6
км, АО «Сахаэнерго» – 1839 км, ОАО «ДРСК» – 874,22 км. (35-110 кВ).
Структура установленной электрической мощности на территории
Республики Саха (Якутия)
Суммарная установленная мощность электростанций на территории
региона на конец 2014 г. составляет 2944,1 МВт, в сравнении с 2013 г. она
возросла на 29,8 МВт. Основу электроэнергетики региона составляют ТЭС и
ГЭС (таблица 1.1). Их доля в суммарной мощности электрических станций
10
региона оценивается в 42% и 33% соответственно (рисунок 1.2). ДЭС
(стационарные и передвижные) в структуре установленной мощности
занимают 25%. На ВИЭ приходится совсем незначительная доля.
Таблица 1.1
Изменение установленной мощности по типам электростанций, МВт [6]
Тип электрической станции
2013 год
2014год
Установленная мощность,
всего
2831,8 МВт
2861,6 МВт
в том числе:
Гидроэлектростанции
957,5 МВт
957,5 МВт
Тепловые электростанции
1218,6 МВт
1203,4 МВт
Дизельные электростанции
655,3 МВт
700,2 МВт
Ветровые электростанции
0,25 МВт
0,25 МВт
Солнечные электростанции
0,13 МВт
0,225 МВт
Рисунок 1.2. Структура установленной мощности по типам электрических
станций (состояние 2014 г.) [6]
Основным электроснабжающим предприятием на территории региона
является ПАО «Якутскэнерго» (таблица 1.2). На его долю приходится 45%
установленной мощности электрических станций региона (рисунок 1.3). ОАО
11
«Дальневосточная генерирующая компания» в структуре генерирующих
мощностей занимает 22%, ОАО «Вилюйская ГЭС-3» – 10%.
Свыше 75% мощности электрических станций республики
функционирует в составе Центрального, Западного и Южно-Якутского
энергетических районов. В 2014 г. их мощность немного сократилась в
сравнении с 2013 г. – на 13 МВт.
Остальные электрические станции эксплуатируют в зоне
децентрализованного электроснабжения в северных и труднодоступных
районах республики. Их суммарная установленная мощность на конец 2014 г.
составляет 679,2 МВт
Основная часть автономных электрических станций находится в
ведении АО «Сахаэнерго» – 186,2 МВт, ОАО «Сургутнефтегаз» – 139,1 МВт
(в том числе Талаканская ГТЭС – 133,4 МВт), ОАО «АК «Транснефть» – 92
МВт.
Суммарная мощность автономных электрических станций АК
«АЛРОСА» (ПАО) составляет 54,5 МВт, из них примерно 20 МВт составляют
ДЭС резервного и аварийного электроснабжения. Самая крупная
электрическая станция, мощность которой составляет 20,2 МВт, обеспечивает
электрической энергией Нюрбинский ГОК в п. Накын.
Таблица 1.2
Изменение установленной мощности электростанций
генерирующих компаний, МВт [6]
Генерирующие компании
2013 год
2014 год
Установленная мощность, всего
2831,8 МВт
2861,6 МВт
в том числе:
ПАО «Якутскэнерго»
1299,9 МВт
1286,9 МВт
ОАО «ДГК»
618,0 МВт
618,0 МВт
ОАО «Вилюйская ГЭС-3»
277,5 МВт
277,5 МВт
АО «Сахаэнерго»
187,1 МВт
186,2 МВт
ОАО «Сургутнефтегаз»*
137,9 МВт
139,1 МВт
ОАО «АК «Транснефть»
92,0 МВт
92,0 МВт
АК «АЛРОСА» (ПАО)
54,5 МВт
54,5 МВт
АО «Алмазы Анабара»
33,9 МВт
33,9 МВт
Прочие
131 МВт
173,5 МВт
12
Рисунок 1.3. Структура установленной мощности электрических станций
генерирующих компаний (состояние 2014 г.) [6]
Структура выработки электрической энергии: а) по типам
электрических станций, б) по генерирующим предприятиям (состояние 2014
г.) дана на рисунке 1.4.
Рисунок 1.4. Структура выработки электрической энергии: а) по типам
электрических станций, б) по генерирующим предприятиям (2014 г.) [6]
13
Основные характеристики электросетевого хозяйства республики 110
кВ и выше
Высший класс напряжения существующих электросетей в Западном
энергетическом районе – 220 кВ. Особенностью энергетической системы
района является большая удаленность потребителей от основных источников
энергоснабжения – ВГЭС-1,2 и Светлинской ГЭС, следствием чего является
большая протяженность ЛЭП.
Электросеть ЦЭР выполнена, в основном, радиальными одноцепными
ЛЭП. По кольцевой схеме выполнено только электроснабжение города
Якутска. Высший класс напряжения существующих электрических сетей ЦЭР
– 110 кВ. В 2014-2015 году построены ПС 220 кВ Майя и две одноцепные ВЛ
220 кВ Томмот – Майя, которые, после завершения строительства ПС 220 кВ
Томмот в Южно-Якутском энергетическом районе, обеспечат присоединение
ЦЭР к энергетической системе ОЭС Востока.
Высший класс напряжения существующих электросетей в Западном
энергетическом районе составляет 220 кВ. Распределительные сети ЮЯЭР
представлены кольцевыми и радиальными связями.
Северный энергетический район (зона децентрализованной энергетики)
включает в себя обширную территорию с большим число ДЭС и ГТЭС,
которые снабжают отдельные населенные пункты.
Общая протяженность ЛЭП 110 кВ и выше в энергетической системе
Республики Саха (Якутия) составляет 7828 км. Суммарная мощность ПС 110
кВ и выше составляет 5432 МВА.
Сводные данные приведены в таблице 1.3.
14
Таблица 1.3
Протяженность ЛЭП и трансформаторная мощность ПС по классам
напряжения (состояние на 01.01.2015 г.) [6]
Класс напряжения
Протяженность воздушных и
кабельных ЛЭП
(в одноцепном исполнении)
Трансформаторная
мощность ПС
220 кВ
4110 км
2539 МВА
110 кВ
3718 км
2893 МВА
35 кВ
4531 км
63 МВА
Существенная часть ВЛЭП отработала свой нормативный срок и им
необходима полная реконструкция. Средний процент износа ЛЭП на балансе
ПАО «Якутскэнерго», исходя из срока службы и фактического срока
эксплуатации, составляет более 60%. Необходимо отметить, что фактический
износ ЛЭП по результатам исследований специалистов ПАО «Якутскэнерго»
составляет 34%.
Для энергетической системы характерны:
- длительное время ремонтно-восстановительных работ;
- дополнительные затраты на ремонт и восстановление ЛЭП;
- существенные объемы потерь электрической энергии в
распределительных электросетях (18,71 % в электросетях ПАО
«Якутскэнерго» в 2014 г).
1.2. Расчет мощности подстанций рассматриваемого энергорайона
Первым рассматриваемым предприятием, для которого необходимо
построить подстанцию и линию 220 кВ до нее является Нюрбинский ГОК.
Нюрбинский ГОК является одной из самых молодых компаний АЛРОСА.
Данный ГОК осуществляет работы на Накынском рудном поле. Структура
Нюрбинского ГОКа приведена на рисунке 1.5.