Вопросы, рассматриваемые при проектировании сети электропередачи

Проекты сетей передачи и распределения электрической энергии носят весьма индивидуальный характер. Это связано с тем, что в каждом случае необходимо учитывать конкретные условия обеспечиваемого энергией региона, требования к нагрузке, географическое условия, технические стандарты и требования, состояние существующих систем, и много другое. Кроме того различаются фактические цели и масштабы каждого такого проекта.

К типичным вопросам, которые могут решаться в процессе проектирования сети, относятся следующие.

Стратегическое планирование сети

Для отдельных предприятий, для определенных регионов внутри системы, и для всей системы в целом, необходимо изучить те структуры, которые необходимо построить заново, а также необходимые модификации или расширения уже существующих структур. Проект может включать в себя все аспекты, от выбора общей структуры сети и уровней напряжения, до детальных операционных спецификаций отдельных подстанций.

Также необходимо рассматривать типичные аспекты, связанные с уровнем проектируемой системы (сети передачи, сети распределения электроэнергии, или промышленные сети).

Динамические характеристики трансформаторов и сетей передачи электроэнергии

Сети передачи электроэнергии обеспечивают безопасное функционирование системы передачи энергии в крупных регионах. Основным вопросом здесь является стабильность системы. Сюда относятся различные аспекты, такие как колебания генераторов электроэнергии в пределах региона, динамическая устойчивость, или стабильность напряжения. В крупных энергетических системах, в результате изменения условий работы или помех в системе, несколько генераторов или групп генераторов могут начать колебаться относительно другу друга. 

Эти колебания в пределах региона сети должны быть эффективно сглажены, чтобы предотвратить нестабильность системы. Путем соответствующих расчетов производится анализ таких колебаний, и оценивается оптимальное размещение и установка устройств гашения колебаний.

Динамические характеристики промышленных сетей

В промышленные сети входят локальные средства производства электроэнергии. Динамические характеристики таких систем жизненно важны. Помимо требований, связанных с использованием локальных средств генерации, соответствующего планирования требуют и такие специальные сценарии, как отключение от общественной сети, работа в островных условиях, или восстановление системы после падения напряжения.
Кроме того, на динамические характеристики промышленных систем значительное влияние оказывают включения крупных электродвигателей.

Проектирование защиты и координации

Электрические отказы в системах обеспечения энергией происходят редко, но, тем не менее, регулярно. Примером могут служить удары молний. Такие отказы должны устраняться со всей возможной скоростью и селективностью, с тем, чтобы минимизировать риски безопасности и воздействие на работу системы.

Для выполнения этих требований необходимо проектирование релевантной системы защиты, с учетом резервной функциональности, и определением соответствующих параметров функционирования каждого реле защиты.

Управление активами

Для систематического и всестороннего рассмотрения технических и экономических показателей функционирования, как отдельного оборудования, так и системы в целом, в течение всего времени эксплуатации необходимы подробные данные.

Определенная информация для этого может быть получена только путем соответствующих расчетов сети и ее обеспечения. Примером может служить определение приоритетов в планировании технического обслуживания, программы обновления оборудования, а также прогнозы ожидаемых технических характеристик системы.

Качество электроэнергии

Сегодня, многие электрические приборы становятся все более чувствительными к вопросам качества электроэнергии, таким, как гармонические составляющие частоты тока, колебание напряжения, или падения напряжения. Важно идентифицировать имеющееся в системе состояние аспектов качества энергии при помощи оценок, и включить в модель системы такие усовершенствования, которые могут обеспечить подходящие средства смягчения, например, фильтры.

Гармоники становятся все более широкой проблемой, потому что новые виды электрического оборудования часто генерируют значительные уровни гармоник. В результате, возрастает общее гармоническое искажение частоты тока, и при определенных конфигурациях сети это даже может привести к резонансу.

Заземление и помехи

Заземление является важным аспектом систем передачи энергии, и оно очень близко связано с вопросами безопасности. Правильное заземление должно гарантировать, что токи короткого замыкания будет ограничены приемлемыми уровнями. Кроме того, при проектировании системы заземления должны учитываться местные геологические характеристики. 

Токи короткого замыкания, или магнитные поля, также могут вызвать помехи в работе и других технических сетей. Такие помехи, например, в других электрических и водопроводных сетях, или в сетях коммуникаций, подлежат изучению, с тем, чтобы наметить подходящие меры ослабления и защиты (которые называются электромагнитной совместимостью, ЭМС).

Координация изоляции, временные переключения

Электрические явления, связанные, например, с переключениями, или с ударами молний, могут привести к значительным кратковременным перегрузкам в работе систем передачи энергии. Для предотвращения значительного повреждения оборудования, необходимо обеспечить достаточный уровень изолирования для всех компонентов. Связанные с выполнением этого требования исследования, могут включать в себя измерения таких кратковременных явлений, их моделирование посредством специальных средств анализа сетей, и размещение (с последующей оценкой) разрядников электроискровых перенапряжений, и другого оборудования такого рода.

Специальные системы подачи энергии

Наряду с обычно известными сетями передачи энергии для общественных и промышленных целей, используются специальные системы энергоснабжения. Они проектируются для специфических областей применения, таких как нефтебуровые и нефтедобывающие платформы и суда, подводные системы в массивах ветряных генераторов, предприятия по добычи нефти и газа, изолированные разработки рудных месторождений, и т.п.

Для всех систем такого рода необходимо определять и выполнять различные задачи проектирования, с тем, чтобы гарантировать безопасную и надежную работу таких систем, несмотря на входящее в них большое количество разнообразных компонентов и аспектов.