Схемы блочных подстанций пятого уровня

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

На рис. 4.2 показаны схемы блочных ГПП, выполненные без пере­мычки (мостика) между питающими линиями (35)110-220(330) кВ. На схеме показаны двухобмоточные трансформаторы. При конкретном проектировании могут применяться трансформаторы с расщепленными обмотками, трехобмоточные и др. При напряжении ПО кВ в нейтрали трансформаторов устанавливается заземляющий разъединитель-разряд­ник, при 220 кВ нейтраль заземляется наглухо. При необходимости вы­сокочастотной связи на вводах ВЛ устанавливается аппаратура ВЧ обра­ботки линии.

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

Схема на рис. 4.2, а является простейшей (см. рис. 3.3, а) при ради­альном питании и получила широкое распространение при закрытом вводе кабельной линии в трансформатор (глухое присоединение). Она особенно целесообразна при загрязненной окружающей среде, при вы­сокой стоимости земли, при необходимости размещения ПГВ на плот­но застроенном участке, например при расширении или реконструкции предприятия. При повреждении в трансформаторе отключающий им­пульс защиты трансформатора передается на отключение выключателя на питающей подстанции.

Глухое присоединение (без разъединителей по рис. 4.2, а) допуска­ется при радиальном питании и для ВЛ, если территория - с загрязнен­ной атмосферой, а проектируемая ГПП и источник питания эксплуати­руются одной организацией. Обычно на спуске проводов от ВЛ к транс­форматору устанавливается разъединитель (рис. 4.2, б), создающий ремонтный разъем.

На рис. 4.2, в показана схема с воздушными линиями с установкой короткозамыкателей 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. 4.2, г используется при магистральном питании для отпаечных ГПП. Отделителем осуществляются оперативные отключения трансформатора.

На рис. 4.2, д показана схема с воздушными линиями с установкой короткозамыкателей, отделителей и ремонтных разъединителей. Эта схема применяется при питании от одной воздушной линии нескольких подстанций так называемыми отпайками. В отдельных случаях она 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 отключается выключатель на голов­ном участке питающей магистрали, снабженный автоматическим по­вторным включением. С помощью вспомогательных контактов короткозамыкателя замыкается цепь привода отделителя поврежденного трансформатора, который должен отключаться при обесточенной пи-

тающей 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, имеющее необходимую выдержку времени, вновь автоматически включает ли­нию и тем самым восстанавливает питание неповрежденного трансфор­матора на данной подстанции и на всех других отпаечных подстанциях, подключенных к данной линии.

На схеме на рис. 4.2, е приведен вариант с силовыми выключателями, который может быть применен как для отпаечных подстанций, питае­мых по магистральным линиям, так и для тупиковых подстанций, питае­мых по радиальным линиям. Эта схема может оказаться целесообраз­ной 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 при обоснованной необходимости устройства перемычек. В за­грязненных зонах их следует избегать, так как наличие дополнительных элементов, подвергающихся загрязнению, увеличивает вероятность аварий на подстанции.

Достаточно распространена схема с отделителями и короткозамыкателями на линиях и с неавтоматизированной перемычкой из двух разъ­единителей, установленной со стороны питающих линий (рис. 4.3, 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 применен отключаю­щий импульс вместо короткозамыкателя.

Схема на рис. 4.3, б применяется при питании подстанций по транзит­ным линиям 110—220 кВ или по линиям с двусторонним питанием. Как вариант может быть применена схема со второй (показанной Пунк­тиром) перемычкой со стороны линий, выполненная разъединителями. Этот вариант схемы допускает не прерывать разрыва транзита электро­энергии в периоды ремонта одного из выключателей 110-220 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. 4.3, в может быть применена для тупиковых подстан­ций с автоматикой в перемычке, если применение короткозамыкателя не представляется возможным по техническим причинам, а стоимость оборудования для передачи отключающего импульса соизмерима со стоимостью выключателя или же передача отключаемого импульса не­приемлема по другим причинам.

Эта схема может быть применена 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 применялись редко, так как капитальные затраты выше, чем при схемах с отделителями и короткозамыкателями. Обоснованиями для применения выключателей могут служить:

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 Крайнего Се­вера;

развитие проектируемой подстанции, требующей применения 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), со­измеримая со схемой с выключателями.

При отсутствии перечисленных условий, определяющих применение выключателей, рекомендуется простейшая блочная схема без перемы­чек. Требования со стороны эксплуатации к повышению надежности и оперативности управления системой электроснабжения на 6УР, 5УР привели к более частому применению схем на рис. 4.2, е, 4,3, в, т. е. к отказу от установки 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 тогда каждое включение короткозамыкателя от действия газовой защиты или по другой при­чине вызывает срабатывание дифференциальной защиты. Это дезориен­тирует обслуживающий персонал, так как он не сразу может выяс­нить причину отключения трансформатора и тем самым затягивает лик­видацию аварии. Разрядники также нужно ставить вне зоны действия дифференциальной защиты, так как их работа может вызвать ложное действие этой защиты и неправильное отключение трансформатора.

От схем подстанций 5УР со стороны высокого напряжения практи­чески не зависят схемы присоединения трансформаторов мощностью

10 MB -Аи выше к секциям сборных шин распределительных устройств вторичного напряжения. Число секций, напряжение, количество отхо­дящих линий определяются в большой степени требованиями потреби­телей и с учетом вариантов электроснабжения на напряжении, отличном от наиболее распространенного 10 кВ, иллюстрируются рис. 4.4.

При выборе схемы подключений решающими являются: мощность подстанции, определяющая число выводов и секций шин 6—10 кВ; наличие, единичная мощность и напряжение крупных потребителей (электропечей, воздуходувок и др.); мощность КЗ на стороне 6-10 кВ, определяющая необходимость установки реакторов; характер нагру­зок, определяющих подпитку места КЗ и число секций на стороне 6-10(35) кВ. Рекомендации по схемам на рис. 4.4 составлены для мощ­ности КЗ от системы до 5000 MB - А в сети 110 кВ и до 10 000 MB • А 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 реагирования 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 выключателя I _п0, равным 20 или 31,5(40) кА, который не меньше предельного тока термической стойкости и действующего значения периодической составляющей предельного сквозного тока КЗ.

Применение выключателей с I_{п 0} = 31,5(40) кА и более вместо вы­ключателя с I _п0 = 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 выполняется так, что каждая секция присоединяется к одной ветви обмотки трансформатора 6-10 кВ. Преимущество схемы состоит в том, что она позволяет значительно уменьшить отрицательное влияние на­грузок одной ветви на качество напряжения питания нагрузок другой ветви при резкопеременных графиках нагрузки, вызывающих колеба­ния напряжения на шинах подстанции, или при вентильной нагрузке, искажающей форму кривой напряжения. Схема не может быть рекомен­дована 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 обеспечить необходи­мое резервирование.

Присоединение одной секции сборных шин к обмотке трансформа­тора или к параллельно соединенным ветвям трансформатора с рас­щепленной обмоткой 6-10 кВ с реагированием отходящих линий предусматривает в качестве вводных и межсекционных выключателей применение выключателей 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 к А.

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

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 схемы 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 обеспечивают снижение мощности короткого замыкания после реактора, позволяют независимо от мощности трансформатора при­менять (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 являются 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 если не исключена перспектива дополнитель­ного присоединения электродвигателей, следует по возможности избе­гать применения таких схем.

Конкретизируя общие рекомендации, отметим, что схема 1 на рис. 4.4 для двухобмоточных и схема 6 для трехобмоточных трансформато­ров применимы для трансформаторов мощностью до 16 MB • А. Схема 2, одна из наиболее распространенных, применяется для трансформаторов с расщепленной вторичной обмоткой мощностью 25—63 MB • А с вто­ричным напряжением 6-10 кВ. Для трансформаторов 32-63 MB • А на­пряжением 6 кВ может появиться необходимость в использовании схе­мы 3 или 5 с реагированием вводов 6 кВ трансформаторов, если мощ­ность КЗ на стороне 6 кВ близка к разрывной мощности выключателей камер КРУ или превосходит ее. Для трансформаторов мощностью 63 MB -А такая необходимость может появиться при напряжении 10 кВ (трансформаторы 110/10 кВ). Схему 4 можно применять для трансфор­маторов мощностью 25 и 40 MB • А вместо схемы 2 для уменьшения ко­личества секций. Схему 9 применяют для трансформаторов 63 MB • А 110/6, а также для трансформаторов 160 MB • А 220/10 кВ с расщеп-1 ленными вторичными обмотками. Отличается она от схемы 3 большой пропускной способностью вторичной стороны за счет применения сдво­енных реакторов и имеет вдвое больше секций шин 6-10 кВ. Для трех­обмоточных трансформаторов применяют схемы 6, 8 и 10,отличающиеся высокой пропускной способностью и степенью ограничения мощно-

сти КЗ на стороне 6-10 кВ. Для трансформаторов с мощностью вторич­ной обмотки 40 MB • А при 10 кВ используется схема 6, при 6 кВ — схе­ма 8, для трансформаторов 63, 80 и 100 MB • А - соответственно схе­мы 8 (при высоком значении напряжения КЗ трансформатора может быть использована и схема 6) и 10.

При наличии на подстанции напряжения как 10 кВ, так и 6 кВ при­меняют схемы 2, 5, 7, 8 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 необходима 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 11) или отпадает необходимость в этих реакторах и снижаются посадки напряжения при пусках и само запусках электродвигателей.

Распределение электроэнергии с шин 5УР (рис. 4.4) 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 (рис. 4.5) или без них, на соответствующее РП. Ре­акторы устанавливаются из-за больших токов КЗ, например для шинопровода U_ном = 10 кВ, I _иом = 5000 А, питающегося от ГРУ 10 кВ ТЭЦ.