Схемы блочных подстанций пятого уровня

Большинство подстанций промышленных предприятий выполняют без сборных шин на стороне первичного напряжения по блочному принципу в виде следующих схем: 1) линия - трансформатор; 2) линия - трансформатор - токопровод (магистраль). Блочные схемы просты и экономичны. Установ­ка, как правило, двух трансформаторов на подстанциях промышленных пред­приятий, обеспечивает по надежности электроснабжение потребителей 1 ка­тегории.

На рис. 6 показаны схемы блочных ГПП, выполненные без перемычки (мостика) между питающими линиями (35) 110-220(330) кВ. На схеме пока­заны двухобмоточные трансформаторы 1. При конкретном проектировании можно применять трансформаторы с расщепленными обмотками, трехобмоточные и др. При напряжении 110 кВ в нейтрали трансформаторов устанав­ливают заземляющий разъединитель-разрядник, при 220 кВ нейтраль наглухо заземляют. При необходимости высокочастотной связи на вводах ВЛ устанав­ливают аппаратуру ВЧ обработки линии.

В качестве заземляющего разъединителя 2 используют аппарат типа ЗОН-110. Для защиты нейтрали трансформатора ее заземляют через разрядник 4, рабочее напряжение которого должно быть равным половине рабочего напря­жения ввода. Для 110 кВ можно использовать составную колонку из разряд­ников РВС-35 и РВС-20, соединенных последовательно фланцами (с провер­кой по току проводимости).

Рис. 1.6. Безмостиковые схемы блочных ГПП

Схема на рис. 1.6, а - простейшая (см. рис. 1.5, а) при радиальном пита­нии, получила широкое распространение при закрытом вводе кабельной ли­нии 2 в трансформатор (глухое присоединение). Особенно целесообразно ис­пользовать при загрязненной окружающей среде, высокой стоимости земли или при необходимости размещения ПГВ на плотно застроенном участке, на­пример при расширении и реконструкции предприятия. При повреждении в трансформаторе отключающий импульс защиты трансформатора передается на отключение выключателя на питающей подстанции.

Глухое присоединение (без разъединителей) допускается при радиальном питании и для ВЛ, если территория имеет загрязненную атмосферу, а проек­тируемая ГПП и источник питания эксплуатируются одной организацией.

Обычно на спуске проводов от ВЛ к трансформатору устанавливают ремонт­ный разъединитель (рис. 1.6, б).

На рис. 1.6, в показана схема с воздушными линиями с установкой корот-козамыкателей 5 и ремонтных разъединителей. При возникновении повреж­дения в трансформаторе короткозамыкатель включается под действием релей­ной защиты от внутренних повреждений в трансформаторе (газовой, дифференциальной), к которым не чувствительна защита головного участка линии, и производит искусственное короткое замыкание линии, вызывающее отключение выключателя на головном участке этой линии (головной выклю­чатель защищает не только линию, но и трансформатор).

Схема на рис. 1.6, г используется при магистральном питании для отпаечных ГПП. Отделителем 6 осуществляются оперативные отключения транс­форматора.

На рис. 1.6, д показана схема с воздушными линиями и установкой корот-козамыкателей, отделителей и ремонтных разъединителей. Эта схема приме­няется при питании от одной воздушной линии нескольких (желательно не более трех) подстанций так называемыми отпайками. В отдельных случаях схема может быть применена и при радиальном питании, когда имеется ре­альная вероятность подсоединения в дальнейшем к этой линии других под­станций. Последовательность действия: замыкается короткозамыкатель по­врежденного трансформатора и на головном участке питающей магистрали отключается выключатель, снабженный автоматическим повторным включе­нием (АПВ). С помощью вспомогательных контактов короткозамыкателя за­мыкается цепь привода отделителя поврежденного трансформатора, который должен отключиться при обесточенной питающей линии, т. е. позже отклю­чения головного выключателя и ранее его АПВ (во время так называемой бес­токовой паузы). Если собственное время отключения отделителя меньше или равно времени действия защиты выключателя головного участка линии, то в схему отключения отделителя необходимо ввести выдержку времени, так как отделитель не способен отключить ток нагрузки и ток повреждения. Для фиксации отключения головного выключателя питающей линии в схемах с применением отделителей в цепи короткозамыкателя предусматривается трансформатор тока. После отключения отделителем поврежденного транс­форматора, АПВ головного участка линии, после необходимой выдержки вре­мени вновь автоматически включает линию и тем самым восстанавливает пи­тание всех неповрежденных трансформаторов на всех отпаечных подстанциях, подключенных к данной линии.

Вариант с силовыми выключателями, приведенный на рис. 1.6, е, предпо­чтителен при наличии финансовых средств. Данную схему можно применять для отпаечных подстанций, питаемых по магистральным линиям, для тупи­ковых подстанций, питаемых по радиальным линиям, а также для подстан­ций, расположенных близко к источнику питания (применение короткозамыкателей в этих случаях приводит к значительным падениям напряжения на шинах ИП).

Схемы с перемычками между питающими линиями следует применять лишь в случае обоснованной необходимости устройства перемычек. В загряз­ненных зонах от данных схем следует отказаться из-за наличия дополнитель­ных элементов, подвергающихся загрязнению и увеличивающих вероятность аварий на подстанции. Достаточно распространена схема с отделителями 2 и короткозамыкателями на линиях и с неавтоматизированной перемычкой из двух разъедините­лей 3, установленной со стороны питающих линий (рис.1.5, а).

Эта перемыч­ка позволяет: присоединить оба трансформатора к одной линии (при таком режиме при повреждении одного трансформатора отключаются оба); сохранить в работе трансформатор при повреждении питающей его линии, пере­ключив его на вторую линию (перекрестное питание); обеспечить питание подстанции на время ревизии или ремонта трансформатора. В схеме может быть использован отключающий импульс вместо короткозамыкателя.

Рис. 1.7. Схемы подстанций с перемычками (мостиками) между

питающими линиями

Схема на рис. 1.7, б используется при питании подстанций по транзитным линиям 220 кВ или по линиям с двусторонним питанием. Как вариант может быть применена схема со второй (показанной пунктиром) перемычкой 4 со стороны линий, выполненная разъединителями. Этот вариант схемы допуска­ет не прерывать разрыва транзита электроэнергии в периоды ремонта одного из выключателей 220 кВ. Если в схеме предусмотреть дополнительную уста­новку отделителей в цепях трансформаторов, то при повреждении трансфор­матор отключается отделителем (в бестоковую паузу), а транзит мощности ав­томатически восстанавливается.

Схема на рис. 1.7, в может быть применена для тупиковых подстанций с автоматикой в перемычке, если использование короткозамыкателя не пред­ставляется возможным по техническим причинам, а стоимость оборудования для передачи отключающего импульса соизмерима со стоимостью выключате­ля 5 или же передача отключающего импульса неприемлема по другим причи­нам. Схему в можно применять также при включении трансформаторов в рассечку транзитных линий или линий с двусторонним питанием при сравни­тельно малых расстояниях между отпайками или между головным выключа­телем питающей подстанции и отпайкой. При этом повреждение трансфор­матора не нарушает питания всех других подстанций, связанных с этими линиями.

Схемы с выключателями в электроснабжении промышленных предприя­тий применяют редко, так как капитальные затраты выше, чем при схемах с отделителями и короткозамыкателями. Обоснованием для применения вы­ключателей можно считать:

- условия самозапуска электродвигателей, так как время действия автома­тики при схеме с отделителями больше, чем при выключателях, что может оказаться недопустимым для некоторых производств с непрерывным техноло­гическим процессом; усложнение защиты и автоматики в схемах с отделителями при подпит­ке со стороны 6-10 кВ места короткого замыкания на линии 110-220 кВ или на ответвлении от нее;

- недостаточное качество отделителей и короткозамыкателей, что сущест­венно для работы в загрязненных зонах, в районах Сибири и севера;

- развитие проектируемой подстанции, при котором требуется примене­ние сборных шин на напряжении 110-220 кВ;

- включение трансформаторов в рассечку транзитных линий или линий с двусторонним питанием;

- невозможность по техническим причинам применения короткозамыка­телей и большая стоимость устройств и кабелей, используемых для передачи отключающего импульса (с учетом его резервирования).

При отсутствии перечисленных выше условий можно рекомендовать про­стейшую блочную схему без перемычек. Требования со стороны эксплуатации к повышению надежности и оперативности управления системой электро­снабжения на 6УР, 5УР привели к более частому применению схем е (см. рис. 1.6) и в (см. рис. 1.7), т. е. к отказу от короткозамыкателей и переходу к установке выключателей.

Мощность трансформаторов, присоединяемых по приведенным схемам, должна находиться в пределах коммутационной способности разъединителей и отделителей по отключению тока холостого хода, а при применении сило­вых выключателей определяется их параметрами.

Короткозамыкатели нельзя ставить в зоне действия дифференциальной за­щиты трансформатора потому, что каждое включение короткозамыкателя от действия газовой защиты или по другой причине будет вызывать срабатыва­ние дифференциальной защиты. Это дезориентирует обслуживающий персо­нал (не сразу можно выяснить причину отключения трансформатора) и затя­гивает ликвидацию аварии. Разрядники также нужно ставить вне зоны действия дифференциальной защиты во избежание ложного действия защиты и неправильного отключения трансформатора.

От схем подстанций 5УР со стороны высокого напряжения практически не зависят схемы присоединения трансформаторов мощностью 10 МВА и выше к секциям сборных шин распределительных устройств вторичного напряжения. Число секций, напряжение, количество отходящих линий зависит в большой степени от требований потребителей с учетом вариантов электроснабжения на напряжении, отличном от наиболее распространенного 10 кВ (рис. 1.8).

При выборе схемы подключений решающими можно считать следующие показатели: мощность подстанции, определяющую число выводов и секций шин 6-10 кВ; наличие, единичную мощность и напряжение крупных потре­бителей (электропечей, воздуходувок и др.); мощность КЗ на стороне 6-10 кВ, от которой зависит необходимость установки реакторов; характер нагрузок, определяющих подпитку места КЗ и число секций на стороне 6-10(35) кВ.

Схемы на рис. 1.8 составлены для мощности КЗ от системы до 5000 МВА в сети 110 кВ и до 10 000 МВА в сети 220 кВ при раздельной работе сборных шин. При выборе схемы могут быть предложены некоторые общие рекомен­дации.

Присоединение одной секции сборных шин к обмотке трансформатора или к параллельно соединенным ветвям трансформатора с расщепленной об­моткой 6-10 кВ без реактирования отходящих линий основывается на ис­пользовании в качестве вводных, межсекционных и линейных выключателей для всего РУ выключателей с одинаковым номинальным током отключения. Рекомендуется применять выключатели с предельным током отключения по равным 20 или 31,5(40) кА (не меньше предельного тока термической стойко­сти и действующего значения периодической составляющей предельного сквозного тока КЗ).

Рис. 1.8. Схемы подключения распределительных устройств к трансформаторам

Применение выключателей с = 31,5(40) кА и более вместо выключате­ля с = 20 кА (присоединяемых к двум ветвям трансформаторов с расщеп­ленными обмотками или в различных схемах с реакторами) следует обосно­вывать технической необходимостью или экономической целесообразностью.

Присоединение сборных шин (двух секций) к трансформатору с расщеп­ленной обмоткой 6-10 кВ без реактирования отходящих линий следует вы­полнять так, чтобы каждая секция была присоединена к одной ветви обмот­ки трансформатора стороны 6-10 кВ. Преимущество схемы - значительное уменьшение отрицательного влияния нагрузок одной ветви на качество на­пряжения питания другой ветви при резкопеременных графиках нагрузки, вы­зывающих колебания напряжения на шинах подстанции, или при вентильной нагрузке, искажающей форму кривой напряжения. Схему нельзя использовать при наличии крупных присоединений с нагрузкой, соизмеримой с номиналь­ной мощностью одной ветви обмотки трансформатора, так как при этом, как правило, трудно равномерно распределить нагрузки между секциями сборных шин подстанции и обеспе,0чить необходимое резервирование.

При присоединении одной секции сборных шин к обмотке или к парал­лельно соединенным ветвям трансформатора с расщепленной обмоткой 6 -10 кВ с реактированием отходящих линий следует применять в качестве вводных и межсекционных выключатели с номинальным током отключения более 31,5 (40) кА. На отходящих от сборных шин РУ линиях устанавливают групповые реакторы, к каждому из которых присоединяют от одной до четырех-пяти линий с номинальным током отключения выключателей 20 кА.

Количество линий, присоединяемых к каждому групповому реактору, за­висит от расчетных токов линий и от специфики присоединяемых вторичных подстанций или отдельных токоприемников. Иногда реактированные линии к сборным шинам присоединяются совместно с нереактированными линиями или токопроводами (через выключатели с соответствующим номинальным то­ком отключения), для которых нецелесообразно снижение мощности КЗ (на­пример, крупный преобразовательный агрегат или обеспечение самозапуска).

Основные преимущества схем с групповыми реакторами:

- уменьшается ток подпитки КЗ от синхронных и асинхронных электро­двигателей;

- повышается остаточное напряжение на сборных шинах при КЗ на отхо­дящих линиях за реакторами;

- при наличии электроприемников, ухудшающих качество электроэнергии в питающей их сети (вентильных, сварочных, с резкопеременными графика­ми нагрузки и др.), их неблагоприятное влияние меньше сказывается на каче­стве электроэнергии на сборных шинах подстанции.

К недостаткам схем следует отнести, как правило, большую стоимость эле­ктрооборудования 6-10 кВ; наличие постоянных потерь в реакторах; увеличе­ние габаритов РУ 6-10 кВ; технические затруднения в выполнении релейной защиты в части обеспечения чувствительности и дальнего резервирования.

Различные схемы с реакторами на вводах 10(6) кВ от трансформаторов, обеспечивающие снижение мощности короткого замыкания после реактора, позволяют независимо от мощности трансформатора использовать (в качест­ве вводных, секционных и линейных) выключатели со сравнительно неболь­шим номинальным током отключения 20 кА или 31,5(40) кА. Значение, до ко­торого целесообразно снижать мощность КЗ на шинах 6-10 кВ, определяется технико-экономическим анализом схемы подстанции и системы электроснаб­жения от шин подстанции. Существенными недостатками реактирования вво­дов можно считать ухудшение условий пуска и самозапуска крупных электро­двигателей; сложности осуществления релейной защиты трансформаторов и крупных единичных электроприемников или линий, отходящих к вторичным подстанциям.

Если имеется значительное количество электродвигателей с большими пу­сковыми токами и не исключена перспектива дополнительного присоединения электродвигателей, следует по возможности избегать применения таких схем.

Приведем общие рекомендации по применению схем рис. 1.8.

1. Схемы а для двухобмоточных и е - для трехобмоточных трансформато­
ров (см. рис. 1.8) - для трансформаторов мощностью до 25 МВА.

2. Схема б (одна из наиболее распространенных) - для трансформаторов с расщепленной вторичной обмоткой мощностью 25-63 МВА с вторичным напряжением 6-10 кВ.

3. Схемы в или д - для трансформаторов 32-63 МВА напряжением 6 кВ с реактированием вводов 6 кВ трансформаторов (если мощность КЗ на сторо­не 6 кВ близка к разрывной мощности выключателей камер КРУ или превос­ходит ее), и для трансформаторов мощностью 63 МВА при напряжении 10 кВ (трансформаторы 110/10 кВ).

4. Схема г - для трансформаторов мощностью 25 и 40 МВА вместо схемы б для уменьшения количества секций.

5. Схема и - для трансформаторов 63 МВА 110/6, а также 160 МВА 220/10 кВ с расщепленными вторичными обмотками (отличается от схемы в боль­шой пропускной способностью вторичной стороны за счет применения сдво­енных реакторов, имеет вдвое больше секций шин 6-10 кВ).

6. Схемы е, з и к - для трехобмоточных трансформаторов, отличающихсявысокой пропускной способностью и степенью ограничения мощности КЗ настороне 6-10 кВ. Для трансформаторов с мощностью вторичной обмотки 40 МВА при 10 кВ - схема е, при 6 кВ - з, для трансформаторов 63, 80 и 100 MBA - соответственно з (при высоком значении напряжения КЗ транс­форматора может быть использована и схема е) и к.

При наличии на подстанции напряжения как 10 кВ, так и 6 кВ применя­ют схемы б, д, ж, з в зависимости от мощности вторичных обмоток (50 % мощности трансформатора при расщепленных вторичных обмотках и 100 % в трехобмоточных трансформаторах), от которой зависит выбор аппаратуры и ошиновки по пропускной способности и по устойчивости к токам КЗ.

В приведенных схемах реакторы предусмотрены в том случае, когда ощу­тима подпитка мест КЗ от электродвигателей. При этом более целесообразной может оказаться установка групповых реакторов на линиях электродвигате­лей, благодаря чему уменьшается пропускная мощность реакторов на вводах трансформаторов (схема л) или отпадает необходимость в реакторах и снижа­ются посадки напряжения при пусках и самозапусках электродвигателей.

Распределение электроэнергии с шин 5УР (рис. 1.8) осуществляется, как правило, радиальными линиями к распределительным подстанциям РП 6-10 кВ, отдельным крупным электроприемникам и отдельным установлен­ным вблизи трансформаторам ЗУР. Увеличение единичной мощности потре­бителей (цехов) и ограничения по генплану привели к сооружению магист­ральных токопроводов, от которых запитываются РП через реакторы или без них (рис. 1.9), на соответствующее РП. Эта схема, реализованная для ряда предприятий, не получила широкого распространения из-за тяжелых аварий­ных последствий. Реакторы устанавливают из-за больших токов КЗ, например для шинопровода = 10 кВ, = 5000 А, питающегося от ГРУ 10 кВ ТЭЦ.

Рис. 1.9. Магистральное питание РП

Распределительные устройства 6-10 кВ ГПП и подстанции 4УР выполня­ют сейчас, как правило, комплектными, состоящими из отдельных шкафов, каждый из которых предназначен для одной технологической операции (от­ключение, присоединение, измерение и др.). Для принятой схемы электро­снабжения предприятия (района) разрабатывают однолинейную схему РУ, под которую подбирают отдельные шкафы (рис.1.10), т. е. электрические схе­мы главных цепей КРУ определяют вид используемого шкафа КРУ.

Рис. 1.10. Сетка схем главных цепей шкафов КРУ серии КМ-1 и КМ-1Ф

Продолжение рис. 1.10

Окончание рис. 1.10

Поэтому шкафы КРУ по электрическим схемам главных цепей подразделяют на основ­ные виды: с выключателями (вводы, отходящие линии, секционирование); с разделителями; с ошиновкой и разъемными контактными соединениями - разъединителями; с разрядниками; с измерительными трансформаторами напряжения; с трансформаторами тока; с кабельными сборками или кабель­ными перемычками; с шинными выводами и перемычками, с силовыми трансформаторами; комбинированные (например, с измерительными транс­форматорами напряжения и разрядниками, с выключателями и измеритель­ными трансформаторами напряжения и т. п.); с силовыми предохранителями; со статическими конденсаторами и разрядниками для защиты вращающихся машин от атмосферных перенапряжений; со вспомогательным оборудовани­ем и аппаратурой.