Читать книгу Читаем схемы подстанций. Часть 1 - Владимир Сергеевич Марков - Страница 3

Электрическая сеть – совокупность линий электропередачи (ЛЭП) и трансформаторных подстанций (ТП). Их различают, прежде всего по классу номинального напряжения, роли, выполняемой ею в электроэнергетической системе, свойствам и охвату территории, на которой они находятся, конструктивному исполнению и конфигурации. Сети 6-10 кВ относятся к распределительным сетям. Они обеспечивают питание электрической энергией потребителей и в сельской местности, и в городах, на транспорте, местах добычи полезных ископаемых, по сути везде, где есть необходимость использования электроэнергии. Конструктивно линии 0,4-10 кВ выполняются кабелем, голыми или изолированными проводами. На ТП сетей 6-10 кВ электроэнергия преобразуется по напряжению до 380/220 В. Схемы этих объектов весьма разнообразны. Они зависят от многих факторов, а именно: величины максимальных нагрузок, подключенных к ТП, количества линий 0,4 кВ, категории потребителей электроэнергии, наличия или отсутствия резервного варианта их питания, способа подключения ТП к сети 6-10 кВ (проходная, тупиковая, от РП), конструктивного выполнения внешней оболочки ТП и т.д.

1.1. Варианты конфигурации электрических сетей 6-10 кВ

Существует несколько вариантов конфигурации электрических сетей 6-10 кВ: радиальные, магистральные, петлевые (кольцевые), с двухсторонним питанием [7,9]. В реальных условиях распределительная сеть состоит из фрагментов разной конфигурации.

Рисунок 1.1-Радиальная сеть

Самой простой можно считать сеть радиальную. В [1] к ней относят совокупность линий, питающих каждая не более одной тупиковой ТП. На рис.1.1. к центру питания (ЦП) А подключены три узла нагрузки.

Стрелки обозначают отборы мощности в этих узлах. В сети 6-10 кВ в этих узлах присутствуют ТП. Радиальная сеть с питанием каждого потребителя отдельной линией обеспечивает достаточно высокий уровень надежности их питания, так как отказы на линиях приводят к отключению только одной ТП (РП). Главный недостаток этой сети – высокие капиталовложения в нее.

Рисунок 1.2- Магистральная сеть. а) без отпаек; б) с отпайками

С меньшими затратами сооружаются сети магистральные. Они состоят из линий, каждая из которых питает несколько узлов нагрузки. На рис.1.2. а) к ЦП А подключены четыре магистральных линии. На рис.1.2. б) показана магистраль A – f с отпайками (ответвлениями) b – c и d – e. Варианты линий с отпайками характерны для сельских электросетей. На рис.1.3. а) показана петлевая сеть для питания пяти узлов нагрузки, подключенная к разным секциям РУ источника А. На рис.1.3. б) показана сеть с двухсторонним питанием четырех узлов нагрузки, подключенная к разным источникам (объектам) А1 и А2. Питание потребителей от двух независимых источников питания, в том числе от разных секций РУ одного и того же объекта, обеспечивает более высокий уровень надежности их электроснабжения. В тех случаях, когда магистральная сеть не имеет секционирующих линии выключателей (выключателей нагрузки или реклоузеров) все подключенные к линии группы потребителей, одновременно отключаются при отказах на ней. Помимо увеличения зоны отключения, в магистральных сетях сложнее поиск поврежденного участка линии.

Рисунок 1.3-Замкнутые сети. а)-петлевая; б) – с двухсторонним питанием

На рис.1.4. показана сложно-замкнутая сеть для питания шести узлов нагрузки. Сеть подключена к двум источникам А1 и А2. Как правило, такая сеть сооружается в несколько этапов.

Рисунок 1.4-Сложно-замкнутая сеть

Радиальные и магистральные линии или некоторые участки последних могут выполняться двумя цепями, что значительно повышает надежность питания потребителей. На рис.1.5. показаны два варианта работы парных радиальных линий: а) разомкнутый вариант; б) замкнутый вариант.

Показанный на этом рисунке варианты характерны для питания так называемых распределительных пунктов (РП). При раздельной работе линий отключенный в нормальных условиях выключатель В, включается или от автоматического ввода резервного питания (АВР), или вручную оперативным персоналом.

Рисунок 1.5- Парные радиальные линии. а) разомкнутый вариант; б) замкнутый вариант.

Рисунок 1.6-Варианты использования парных линий. а) – радиальная; б) -магистральная без отпаек; в)-магистральная с отпайками; г)– питания РП

Упрощенные варианты изображения парных линий сети показаны на рис.1.6. а) – радиальная; б) – магистральная без отпаек; в) – магистральная с отпайками; г)– питания РП. Пример парной радиальной линии для питания ТП представлен на рис. 1.8. Линии W 2 W3. Пример парной магистральной линии для питания ТП представлен на рис. 1.9. Линии W 1 W2.

1.2. Варианты подключения подстанции 6-10/0.4 кВ к распределительной сети.

Самыми массовыми ТП распределительной сети 6-10/0,4 кВ являются однотрансформаторные подстанции (ПС). Они используются для питания электроэнергией потребителей второй и третьей категории, допускающих перерывы питания на время до 24 часов. Менее распространены ПС двухтрансформаторные. Они обеспечивают питание потребителей более ответственных (первой и второй категории), перерыв питания которых допустим на время работы АВР или на время, необходимое для перехода к резервной схеме питания потребителей после выполнения переключений оперативным персоналом. Однотрансформаторная подстанция получает электроэнергию, как правило, от одного источника (центра) питания по одной единственной линии электропередачи. Двухтрансформаторные ТП получают электроэнергию от двух независимых источников питания по двум линиям электропередачи. Независимыми источниками питания могут быть разные объекты электроэнергетической системы, системы или секции сборных шин РУ одного и того же центра питания.

Рисунок 1.7- Варианты схем подключения ТП: а) и г) – тупиковых; в), е) и з)– проходных; б), д), ж) и и)– отпаечных; к) и л) РП-ТП

На рис. 1.7. показаны примеры подключения устройств высшего напряжения (УВН) ТП к линиям электропередачи. Сами УВН на этом рисунке условно обозначены горизонтальными линиями. На рис.1.7. а) и г) по радиальным линиям получают питание так называемые тупиковые ТП. На рис.1.7. б) и д) к магистральным линиям подключаются отпаечные и тупиковые ТП соответственно однотрансформаторные и двухтрансформаторные. На рис.1.7. б) и д) к магистральным линиям подключаются отпаечные и тупиковые ТП соответственно однотрансформаторные и двухтрансформаторные. На рис.1.7. ж) и и) к магистральным линиям с двухсторонним питанием подключаются только отпаечные ТП соответственно однотрансформаторные и двухтрансформаторные. На рис.1.7. в) и е) к магистральным линиям подключаются проходные и тупиковые соответственно однотрансформаторные и двухтрансформаторные ТП. На рис.1.7. з) к магистральной линии подключаются только проходные двухтрансформаторные ТП. На рис.1.7. к) и л) показаны варианты сети соответственно с одним и двумя РП- ТП. Схемы УВН отпаечных и тупиковых ТП одинаковые. Для проходных ТП набор оборудования УВН другой. В нем устанавливают, кроме других, аппараты, позволяющие секционировать ЛЭП.

На приведенных ниже рисунках показано то, как подключаются однотрансформаторные и двухтрансформаторные ТП к радиальным, магистральным и петлевым линиям.

Рисунок 1.8 – Пример радиальной сети

На рис.1.8. показаны варианты питания шестью радиальными линиями четырех тупиковых однотрансформаторных ТП, и одной (с Т2 и Т3) – двухтрансформаторной. Центром питания этой сети является распределительное устройство 10 кВ, состоящее из двух секций. В нормально-установленной схеме секционный выключатель (QB) -отключен. Отключенное положение всех электроаппаратов на ТП соответствует правилам их показа на принципиальных (не оперативных) электрических схемах. На рис.1.8.-1.10 не показаны предохранители в цепи трансформатора ТП. Крайне редкий в настоящее время вариант. В состав оборудования УВН современных ТП предохранитель входит всегда для защиты трансформатора от коротких замыканий (К.З.). На тупиковых и отпаечных ТП в устройстве высшего напряжения (УВН) устанавливается только один комплект оборудования для присоединения к сети высшего напряжения. На проходных – два комплекта.

Рисунок 1.9 – Пример магистральной сети

Применение комплекта оборудования УВН без предохранителя возможно только для радиальных схем и обеспечении при этом необходимой чувствительности релейных защит (РЗ) линий ко всем отказам в трансформаторах ТП. Для магистральных и петлевых сетей вариант без предохранителя в УВН ТП не всегда допустим, поскольку при отказах в любом трансформаторе отключается вся магистраль. Это критично при преобладании подключенных к магистрали однотрансформаторных ТП и невозможности быстрой локализации зоны отказа оперативным персоналом. Вместе с тем, наличие предохранителей в УВН ТП повышает вероятность неселективного отключения трансформатора при отказах в РУ НН и подключенной к нему сети.

Рисунок 1.10- Пример петлевой сети

На рис.1.9. показаны варианты питания двумя магистральными линиями двух тупиковых однотрансформаторных ТП (с Т5 и Т6), и двух проходных однотрансформаторных ТП (с Т1 и Т4). ТП с Т2 и Т3-отпаечная двухтрансформаторная. На рис.1.10. показан вариант петлевой сети, в которую входят семь линий и шесть проходных однотрансформаторных ТП. В такой схеме отключение любой линии не приводит к отключению подстанций. Выводимый из работы участок сети отключается от сети двумя секционирующими сеть аппаратами. В настоящее время такими аппаратами являются выключатели нагрузки. Режим работы петли может быть разным. Контур обычно разомкнут. От места ее размыкания зависит величина потерь электроэнергии в сети. Отказ от режима замкнутой петли приводит и к уменьшению потери электроэнергии в сети, и к снижению уровня токов К.З. в ней.

На рис.1.11. показан условный пример секционированной электроаппаратами магистральной линии, к трём основным участкам которой подключено шесть отпаечных ТП. Ещё одна (тупиковая) ТП подключена к отпайке от магистрали через электрический аппарат, обозначенный на рис.1.11., как С2. Буква С на рисунке отражает функциональное назначение аппарата – секционирующий. Другими словами -делящий на части. Их присутствие позволяет сократить зону отключения ТП при К.З на участках линии. Линия на ПС коммутируется аппаратом, который называется реклоузером -Р. Он обеспечивает автоматическое отключение К.З. в любом элементе линии и автоматическое повторное включение (АПВ) ее с минимальной выдержкой времени (1-1,5 секунды). С2 предназначен для автоматического отключения отпайки при отсутствии на нем напряжения со стороны источника питания. При К.З. на отпайке от основной части линии отключается в конечном итоге только одна ТП с сохранением питания всех остальных. Кроме того, секционирование сети упрощает поиск места повреждения на линиях с разветвленной конфигурацией. Секционирующими сеть аппаратами могут быть силовые выключатели, реклоузеры, выключатели нагрузки или разъединители. УВН всех ТП на рис.1.11 показано упрощено. На нем в УВН нарисованы только защитные предохранители.

Рисунок 1.11 – Пример магистральной ЛЭП с отпайкой

1.3. Электрооборудование трансформаторных подстанций

К основному электрооборудованию трансформаторных подстанций относят прежде всего трансформаторы, обеспечивающие преобразование электроэнергии с большего напряжения на меньшее, а также устройства компенсации реактивной мощности, необходимой для работы главным образом двигательной нагрузки потребителей.

На ТП 6 (10) кВ используются в основном трансформаторы с масляной изоляцией. Им заполняются баки трансформаторов. В этих устройствах масло является и изолирующей, и охлаждающей средой. Менее распространенными в настоящее время в России являются трансформаторы с негорючим жидким диэлектриком и трансформаторы с воздушной изоляцией. Вид изоляции трансформаторов определяет особенности схем их релейных защит.

В качестве устройств компенсации реактивной мощности, на ТП используются батареи статических конденсаторов (БСК).

В УВН и РУ НН ТП (РП-ТП) могут использоваться следующие электроаппараты.

– высоковольтные выключатели, предназначенные для коммутаций (включения или отключения) цепей в эксплуатационных режимах и в режимах К.З.;

– выключатели нагрузки, предназначенные для коммутации цепей под нагрузкой в эксплуатационных режимах;

– предохранители, которые предназначены для коммутаций (отключения) цепей в режимах К.З;

– разъединители, которые предназначенные для коммутации предварительно обесточенной цепи с целью создания в ней видимого разрыва;

– заземляющие разъединители (ножи), предназначенные для преднамеренного соединения заземляющего устройства ТП с конкретной точкой ее электрической схемы для обеспечения безопасных условий проведения работ электроперсоналом;

– ограничители перенапряжений или разрядники, обеспечивающие защиту элетрооборудования ТП от атмосферных или коммутационных перенапряжений;

– измерительные трансформаторы тока, предназначенные для преобразования токов в цепях установки с их истинных значений до значений, удобных для измерений (1 или 5 А) и подключения к ним помимо измерительных приборов (амперметров, счетчиков активной и реактивной энергии ваттметров и варметров) токовых реле;

– измерительные трансформаторы напряжения, предназначенные для преобразования напряжений в цепях установки с их истинных значений до значений, удобных для измерений (100 или 100/) и подключения к ним помимо измерительных приборов (вольтметров, счетчиков активной и реактивной энергии ваттметров и варметров) также реле напряжений;

Стандартный набор оборудования в устройстве высшего напряжения (УВН) – это разъединитель с одним комплектом заземляющих ножей со стороны трансформатора для создания видимого разрыва цепи, который необходим при выводе из работы (ремонте) оборудования ТП, предохранители, обеспечивающие защиту трансформатора от коротких замыканий (К.З.), разрядники или ограничители перенапряжений, если не исключается вероятность их появления. Такой вариант УВН показан на рис 2.1., 2.2. и других. Если токи холостого хода трансформатора превышают допустимые токи коммутации разъединителя, то последовательно с разъединителем устанавливается выключатель нагрузки со стороны трансформатора. На тупиковых и отпаечных ТП в (УВН) устанавливается только один комплект оборудования для присоединения к сети высшего напряжения. На проходных ТП помимо разъединителя или нагрузки выключателя нагрузки в цепи трансформатора устанавливают также два выключателя нагрузки в цепях обеих ЛЭП, которые позволяют коммутировать отдельные участки линии, не отключая ее полностью от источника питания. Примеры таких схем УВН показаны на рис.2.9., 2.13.

Специфическим оборудованием РУ НН ТП являются следующие электрические аппараты:

– автоматические низковольтные выключатели, которые предназначены для коммутаций цепей в эксплуатационных режимах и в режимах К.З.;

–рубильники (разъединители), которые могут коммутировать обесточенные или слабо нагруженные цепи;

– разъединители (рубильники) -предохранители, сочетающие в себе свойство защитного аппарата и аппарата для создания видимого разрыва цепи;

– контакторы, которые предназначены для часто повторяющихся включений и отключений нагруженной током цепи, имеющие соответствующую обмотку управления;

– ключи управления (переключатели), дающие возможность выбора варианта замыкания цепи управления;