Полуторная схема. Схемы присоединения к сети понижающих подстанций

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ СТАНЦИЙ и ПОДСТАНЦИЙ» ч.2

Для бакалавров по направлению _” Энергетика и электротехника”_140400

для профилей: “Электроэнергетические системы и сети” , “Электрические станции” , “Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем” , “Электроснабжение”

Ст. преподаватель Галкин А.И.

Новочеркасск 2014 г.

Схемы распределительных устройств

Ранее, в 1й части, была дана формулировка распределительного устройства (РУ), как элемента структурной схемы энергообъекта (станции или подстанции).

РУ – это установка, предназначенная для приема и распределения электроэнергии на одном напряжении и содержащая коммутационные аппараты (выключатели и разъединители, а на подстанциях могут быть отделители и короткозамыкатели), измерительные аппараты (трансформаторы тока и напряжения) и проводники обеспечивающие связь между аппаратами.

Существует большое многообразие схем РУ отличающихся надежностью, оперативной гибкостью и соответственно стоимостью. Имеет место зависимость: чем выше надежность и оперативная гибкость РУ – тем выше его стоимость. К РУ подключаются различные присоединения . К основным присоединениям можно отнести: линии электропередачи (W ), силовые трансформаторы (T ) и генераторы (G ) (если это РУ генераторного напряжения на ТЭЦ).

Все многообразие РУ можно разделить на схемы РУ со сборными шинами и схемы РУ без сборных шин . Последние в свою очередь можно разделить на РУ по упрощенным схемам и на РУ на основе кольцевых схем .(многоугольники) Во многих схемах РУ можно встретить части схемы, которые содержат три последовательно включенных элемента: разъединитель (QS1 ), выключатель (Q ), трансформатор тока (TA ) и еще один разъединитель (QS2 ).

Рассмотрим некоторые самые распространенные схемы РУ в каждой из указанной групп.

РУ по упрощенным схемам. РУ по упрощенным схемам представляют собой различные варианты блоков линия – трансформатор или мостиков, не являются характерными для электростанций и обычно применяются на стороне высокого напряжения подстанций при небольшом числе присоединений. Сюда же можно отнести и схему заход – выход.

Варианты этих схем приведены на рис.8.1. Здесь линии показаны стрелками, а силовые трансформаторы показаны перечеркнутыми (регулировка напряжения под нагрузкой). Линии и силовые трансформаторы не являются элементами РУ, а представляют собой присоединения к РУ. В схеме РУ показаны выключатели, разъединители, трансформаторы тока и трансформаторы напряжения.

РУ по схеме блок линия – трансформатор (рис. 8.1, б ) применяется на тупиковых однотрансформаторных подстанциях в качестве РУ ВН при одной питающей линии. На двухтрансформаторных тупиковых подстанциях при двух питающих линиях применяют РУ по схеме два блока линия – трансформатор с выключателями и неавтоматической перемычкой со стороны линий (рис. 8.1,в ).

РУ по схеме мостиков (рис. 8.1, г и д ) применяются на высокой стороне транзитных подстанциях, которые включаются в рассечку транзитной линии. В пределах подстанции транзит мощности происходит по цепи автоматической перемычки, содержащей выключатель. Кроме этого выключателя в схеме мостиков есть еще два выключателя. Они могут быть установлены или со стороны силовых трансформаторов (рис. 8.1, г ) или со стороны линий (рис. 8.1, д ). На время ремонта элементов автоматической перемычки, чтобы не прекращать транзит мощности, предусмотрена неавтоматическая перемычка (без выключателя), которую называют ремонтной.

Рис. 8.1. РУ по упрощенным схемам:

а - блок с разъединителем; б - то же, но с выключателем; в - два блока с выключателями и неавтоматической перемычкой со стороны линий; г - мостик с выключателями в цепях трансформаторов и ремонтной перемычкой со стороны трансформаторов;

Продолжение рис. 8.1:

д - мостик с выключателями в цепях линий и ремонтной перемычкой со стороны линий; е - заход-выход

На транзитных однотрансформаторных подстанциях применяют РУ по схеме заход-выход (рис. 8.1, е ). Здесь также есть ремонтная перемычка без выключателя

Схемы РУ со сборными шинами. РУ со сборными шинами состоит из сборных шин , к которым подключаются различные присоединения . К основным присоединениям можно отнести: линии электропередачи, силовые трансформаторы и генераторы (если это РУ генераторного напряжения).

Сборными шинами называются участки шин жесткой или гибкой конструкции, обладающих малым электрическим сопротивлением, предназначенные для подключения присоединений.

В схемах со сборными шинами в цепи основных присоединений устанавливаются следующие аппараты. Со стороны сборной шины устанавливается разъединитель, который называют шинным, затем устанавливают выключатель, после выключателя – трансформатор тока, а за ним, со стороны присоединения, еще один разъединитель, который называют линейным или трансформаторным (в зависимости от присоединения).

Среди множества РУ со сборными шинами можно выделить следующие:

· схемы РУ с одной рабочей системой шин (обычно секционированной);

· схемы РУ с одной рабочей и обходной системами шин;

· схемы РУ с двумя рабочими и обходной системами шин;

· схемы с двумя рабочими системами шин и тремя выключателями на два присоединения.

Схема РУ с одной рабочей системой шин является простой, наглядной, экономичной, но не обладает достаточной оперативной гибкостью. При ремонте выключателя или другого аппарата в цепи присоединения оно теряет питание, а при ремонте шины или секции шин теряют связь все присоединения, связанные с этой шиной (секцией).

Рис. 8.2 Схема РУ с одной рабочей системой шин: а – несекционированная выключателем; б – секционированная выключателем.

На электростанциях такая схема в секционированном варианте может применятся в схемах РУ питания собственных нужд 6 кВ или в генераторном РУ 6 – 10 кВ на ТЭЦ.

На подстанциях такая схема в секционированном варианте может применятся в схемах РУ на стороне низкого напряжения 6 – 10 кВ (иногда 35 кВ)(РУ НН).

Схема РУ с одной рабочей и обходной системами шин применяется на станциях и подстанциях при напряжении 110, 220 кВ, если число присоединений меньше семи. Важным достоинством данной схемы является возможность замены любого (одного в данный момент) выключателя в цепи присоединения при его ремонте или ревизии обходным выключателем (QB1 на рис.8.3) без перерыва питания присоединения. Путь тока в обход ремонтируемого выключателя создается с помощь обходного выключателя и обходной системы шин. Часто рабочая система шин в этой схеме секционируется, как это и показано на рисунке. В обычном режиме работы обходная система шин не находится под напряжением и её шинные разъединители (QSB ) отключены. В отключенном положении находятся и обходной выключатель и разъединители в его цепи.

Основные операции по замене выключателя в цепи присоединения обходным с учетом правил коммутации рассмотрим на примере выключателя Q1 в цепи линии W1 :

Сначала включают разъединители в цепи обходного выключателя QB1 , причем, в вилке разъединителей включают тот, который связан с той же секцией что и W1 .

После этого включают QB1 и этим подают напряжение на обходную шину. Это делается для проверки изоляции обходной шины.

На следующем шаге отключают QB1 .

Теперь, когда уровень изоляции проверен, включают шинный разъединитель QSB1 в цепи W1 .

Вновь включают QB1 .

Теперь мы имеем два пути протекания тока в цепи W1 : один через Q1 , а другой через QB1 .

Теперь можно отключить Q1 и разъединители в его цепи за исключением шинного разъединителя QSB1 .

Однако в этой схеме сохраняется тот недостаток, что при ремонте секции рабочих шин связь между присоединениями этой секции теряется. Этого недостатка лишена схема с двумя рабочими системами шин, часто она имеет и обходную шину.

Рис. 8.3 Схема с одной рабочей секционированной и обходной системами шин (трансформаторы тока и напряжения не показаны): QSB1, QSB2, QSB3 – шинные разъединители обходной системы шин в цепях присоединений; Q1 – выключатель в цепи присоединения; QS1 и QS2 – шинный и линейный разъединители в цепи присоединения; QB1 – обходной выключатель; QK1 (QK2) – секционный выключатель.

Схема РУ с двумя рабочими и обходной системами шин применяется при напряжении РУ 110, 220 кВ, если число присоединений не меньше семи. В этой схеме часть присоединений связана с одной рабочей шиной (К1), а часть – с другой (К2). Но любое присоединение можно перевести с помощью шиносоединительного выключателя QK и шинных разъединителей присоединения с одной системы рабочих шин на другую. (При этой операции шиносоединительный выключатель QK и разъединители в его цепи должны находиться во включенном состоянии.) Это используют при ремонте любой рабочей шины. Наличие обходного выключателя и обходной шины даёт те же преимущества, что и в предыдущей схеме.

Рис. 8.4 Схема с двумя рабочими и обходной системами шин (трансформаторы тока и напряжения не показаны): QK – шиносоединительный выключатель; QB – обходной выключатель; К1 – первая рабочая система шин; К2 – вторая рабочая система шин; КВ – обходная система шин.

Недостатком этой схемы, как и предыдущих, остаётся то, что при аварийном отключении одной из рабочих шин (например, в следствие КЗ на шине) она будет отключена и потеряется связь между присоединениями, которые связаны с этой шиной.

Схема с двумя рабочими системами шин и тремя выключателями на два присоединения рекомендована к применению в РУ напряжением 330 – 750 кВ и при числе присоединений шесть и более. В этой схеме за счет дополнительного расхода выключателей (условно 1,5 выключателя на присоединение, отсюда второе название схемы «полуторная») достигается высокая оперативная гибкость и надежная связь между присоединениями при многих аварийных и оперативных ситуациях.

Среди достоинств схемы можно отметить, что при ремонте или ревизии любого выключателя все присоединения остаются в работе, а при аварийном отключений одной из рабочих шин связь между присоединениями не теряется, так как она осуществляется через оставшуюся в работе шину

Среди недостатков можно указать на необходимость коммутации присоединений двумя выключателями и на повышенную стоимость. Кроме этого в этой схеме усложняются вторичные цепи трансформаторов тока, т.к. трансформаторы тока здесь устанавливаются в цепи выключателей и чтобы получить ток присоединения приходится суммировать (согласно первому закону Кирхгофа) токи вторичных обмоток двух трансформаторов.

Рис. 8.5 Полуторная схема РУ(трансформаторы тока и напряжения не показаны) : К1 и К2 – рабочие системы шин.

Схемы РУ на основе кольцевых схем (многоугольников). Применяются в РУ 110-220 кВ и более. В кольцевых схемах (схемах многоугольников) выключатели соединяются между собой, образуя кольцо. Каждый элемент - линия, трансформатор - присоединяется между двумя соседними выключателями. Самой простой кольцевой схемой является схема треугольника (рис. 8.6 а). Линия W1 присоединена к схеме выключателями Q1, Q2, линия W2 - выключателями Q2, Q3, трансформатор - выключателями Q1, Q3. Многократное присоединение элемента в общую схему увеличивает гибкость и надежность работы, при этом число выключателей в рассматриваемой схеме не превышает числа присоединений. В схеме треугольника на три присоединения - три выключателя, поэтому схема экономична.

В кольцевых схемах ревизия любого выключателя производится без перерыва работы какого-либо элемента. Так, при ревизии выключателя Q1 отключают его и разъединители, установленные по обе стороны выключателя. При этом обе линии и трансформатор остаются в работе, однако схема становится менее надежной из-за разрыва кольца. Если в этом режиме произойдет КЗ на линии W2, то отключаются выключатели Q2 и Q3, вследствие чего обе линии и трансформатор останутся без напряжения. Полное отключение всех элементов подстанции произойдет также при КЗ на линии и отказе одного выключателя: так, например, при КЗ на линии W1 и отказе в работе выключателя Q1 отключаются выключатели Q2 и Q3. Вероятность совпадения

Рис. 8.6 Кольцевые схемы (многоугольники) (трансформаторы тока и напряжения не показаны).

повреждения на линии с ревизией выключателя, как было сказано выше, зависит от длительности ремонта выключателя. Увеличение межремонтного периода и надежности работы выключателей, а также уменьшение длительности ремонта значительно повышают надежность схем.

В кольцевых схемах надежность работы выключателей выше, чем в других схемах, так как имеется возможность опробования любого выключателя в период нормальной работы схемы. Опробование выключателя путем его отключения не нарушает работу присоединенных элементов и не требует никаких переключений в схеме.

На рис. 8.6, б представлена схема четырехугольника (квадрата). Эта схема экономична (четыре выключателя на четыре присоединения), позволяет производить опробование и ревизию любого выключателя без нарушения работы ее элементов. Схема обладает высокой надежностью. Отключение всех присоединений маловероятно, оно может произойти при совпадении ревизии одного из выключателей, например Q1, повреждении линии W2 и отказе выключателя второй цепи Q4. При ремонте линии W2 отключают выключатели Q3, Q4 и разъединители, установленные в сторону линий. Связь оставшихся в работе присоединений W1, Т1 и Т2 осуществляется через выключатели Ql, Q2. Если в этот период повредится Т1, то отключится выключатель Q2, второй трансформатор и линия W1 останутся в работе, но транзит мощности будет нарушен. Установка линейных разъединителей QS1 и QS2 устраняет этот недостаток.

Достоинством всех кольцевых схем является использование разъединителей только для ремонтных работ. Количество операций разъединителями в таких схемах невелико.

К недостаткам следует отнести более сложный выбор трансформаторов тока, выключателей и разъединителей. Трансформаторы тока здесь устанавливаются, так же как и в полуторной схеме, в цепи выключателей

Главная схема электрических соединений электростанции или подстанции - это совокупность основного электрооборудования {генераторы, трансформаторы, линии), сборных шин, коммутационной и другой первичной аппаратуры со всеми выполненными между ними в натуре соединениями.

Выбор главной схемы является определяющим при проектировании электрической части электростанции (подстанции), так как он определяет полный состав элементов и связей между ними. Выбранная главная схема является исходной при составлении принципиальных схем электрических соединений, схем собственных нужд, схем вторичных соединений, монтажных схем и т.д.

На чертеже главные схемы изображаются в однолинейном исполнении при отключенном положении всех элементов установки. В некоторых случаях допускается изображать отдельные элементы схемы в рабочем положении.

Все элементы схемы и связи между ними изображаются в соответствии со стандартами единой системы конструкторской документации (ЕСКД).

Рисунок 1.15. Схема связанных четырехугольников.

Выключатели в перемычках ухудшают экономические показатели схемы и усложняют конструкцию распределительного устройства. Поэтому при большом количестве присоединений на напряжении330 кВ и выше применяют схемы с многократным однотипным присоединением элементов.

1.6. Схемы «Полуторная» и 4/3 (четыре – третьих)

Схемы применяются на напряжении 330 кВ и выше при числе присоедине-

ний шесть и более.

На рисунке 1.16 показана схема, у которой отношение числа выключателей к числу присоединений равняется 1,5 (полтора).

Рисунок 1.16. Полуторная схема.

На рисунке 1.17 приведена схема, у которой отношение числа выключате-

лей к числу присоединений равняется4/3. Принцип построения схемы остается прежним, коэффициент экономичности (1,33) лучше, чем у полуторной (1,5), но применяется она все–таки реже.

талов и значительно удорожает конструкцию ОРУ. Если учесть, что высота стан-

дартных порталов на ОРУ 500 кВ составляет 27 м, то становится понятно, почему такая конструкция применяется редко.

Эта проблема может быть решена путем использования соседних ячеек(ри-

сунок 1.18), но при этом общие размеры ОРУ существенно возрастают.

Ширина ячейки ОРУ 500 кВ составляет 30 метров, а при такой компоновке число ячеек удваивается, соответственно вдвое возрастает длина ОРУ. Поэтому предпочтение чаще отдают полуторной схеме.

1.7. Схема с двумя выключателями на одно присоединение

ния на напряжении 330 кВ и выше в особо ответственных случаях. Например, на АЭС или на крупных ЭС, работающих в изолированных энергосистемах. Потеря такой ЭС может привести к полному развалу энергосистемы. В зимний период подобная авария может стать причиной не только остановки предприятий, но и гибели людей.

Схема (см. рисунок 1.19) позволяет без отключения присоединений ремон-

тировать любые выключатели и сборные шины. Она сохраняет в работе все при-

соединения даже при таком опасном повреждении, как КЗ на сборных шинах.

Рисунок 1.19. Схема с двумя выключателями на одно присоединение.

Схемы многоугольников и схемы с однотипным присоединением элемен-

тов, обладая неоспоримыми достоинствами, в сравнении со схемами со сборными шинами имеют один общий недостаток. При КЗ на любом присоединении релей-

ная защита действует на отключение сразу двух выключателей, поэтому общее число операций по включению и отключению выключателей удваивается, соот-

ветственно возрастают и эксплуатационные расходы.

Кроме того, кольцевые схемы требуют более сложных защит с реле направ-

Понижающие ПС предназначены для распределения энергии по сети НН и создания пунктов соединения сети ВН (коммутационных пунктов). Определяющей для выбора места размещения ПС является схема сети, для питания которой она предназначена. Оптимальная мощность и радиус действия ПС определяются плотностью нагрузок в районе ее размещения и схемой сети НН. При большой плотности нагрузок, сложной и разветвленной сети НН следует рассматривать целесообразность разукрупнения подстанций ВН для повышения надежности питания и снижения стоимости сооружения сети НН. Нормативными документами классификация ПС по их месту и способу присоединения к сети не установлена. Исходя из применяющихся типов конфигурации сети (см. п. 4.2) и возможных схем присоединения ПС их можно подразделить на следующие (7): тупиковые - питаемые по одной (п. 4.7, а) или двум радиальным линиям; схема 4.7, а рассматривается как первый этап развития сети с последующим преобразованием в схему 4.7, б или 4.7, д; ответвительные - присоединяемые к одной (7, в) или двум (7, г) проходящим ВЛ на ответвлениях; схема 4.7, в является первым этапом развития с последующим преобразованием в схему 4.7, г или д; проходные - присоединяемые к сети путем захода одной линии с двусторонним питанием (7, д); узловые - присоединяемые к сети не менее чем по трем питающим линиям (7, е, ж). Ответвительные и проходные ПС объединяют термином промежуточные, который определяет размещение ПС между двумя ЦП сети (или узловыми ПС).
Проходные или узловые ПС, через шины которых осуществляются перетоки между отдельными точками сети, называют транзитными. В технической литературе и некоторых нормативных документах иногда используется термин опорная ПС, под которым, как правило, подразумевают ПС более высокой ступени напряжения (например, ПС 220/110 кВ при рассмотрении сети 110 кВ). Однако этот же термин используется для определения эксплуатационной роли ПС. Поэтому для ПС, питающих сеть рассматриваемого напряжения, целесообразно использовать термин центр питания (ЦП). В табл. 4.3 приведены данные статистического анализа частоты применения приведенных выше схем присоединения ПС в сетях 110–330 кВ. Из приведенных данных видно, что большинство ПС присоединяется к сети по двум линиям. Имеется тенденция к увеличению доли таких схем за счет уменьшения доли ПС, присоединяемых на первом этапе по одной линии. Удельный вес узловых ПС увеличивается с ростом напряжения сети, одновременно снижается доля тупиковых и ответвительных ПС. Наиболее распространенным типом ПС 110–330 кВ является проходная. Таблица 4.3


Анализ схем построения электрических сетей 110–330 кВ показывает, что к узловым ПС целесообразно присоединять до четырех ВЛ; большее число линий является, как правило, следствием неуправляемого развития сети, неудачного выбора конфигурации или запаздывания сооружения в рассматриваемой точке сети ЦП ВН. Схемы присоединения ПС к сети, допустимое количество промежуточных ПС между двумя ЦП выбираются в зависимости от величины нагрузки и ответственности потребителей ПС, протяженности рассматриваемого участка сети, целесообразности его секционирования и необходимости сохранения транзита мощности. Для некоторых групп потребителей (тяговые подстанции железной дороги, насосные и компрессорные станции магистральных трубопроводов, объекты нефтяных месторождений Западной Сибири, крупнейшие города) эти вопросы регламентированы ведомственными и нормативными документами. Рекомендации по схемам присоединения ПС для характерных групп потребителей приведены далее (см. пп. 4.5–4.9). Для выполнения проектов понижающих ПС в схемах развития энергосистем и электрических сетей предварительно должны быть определены: район размещения ПС, электрические нагрузки на расчетные периоды, напряжения РУ, количество и мощность трансформаторов, количество, направление и нагрузка линий по напряжениям, тип и мощность КУ, расчетные значения токов КЗ, рекомендации по главной схеме электрических соединений. Основные требования к главным схемам электрических соединений: схема должна обеспечивать надежное питание присоединенных потребителей в нормальном, ремонтном и послеаварийном режимах в соответствии с категориями нагрузки по надежности электроснабжения с учетом наличия или отсутствия независимых резервных источников питания; схема должна обеспечивать надежность транзита мощности через ПС в нормальном, ремонтном и послеаварийном режимах в соответствии с его значением для рассматриваемого участка сети; схема должна быть по возможности простой, наглядной, экономичной и обеспечивать возможность восстановления питания потребителей в послеаварийной ситуации средствами автоматики без вмешательства персонала; схема должна допускать поэтапное развитие РУ с переходом от одного этапа к другому без значительных работ по реконструкции и перерывов в питании потребителей; число одновременно срабатывающих выключателей в пределах одного РУ должно быть не более двух при повреждении линии и не более четырех при повреждении трансформатора. Одним из важнейших принципов построения сети, обеспечивающих требования надежности и минимума приведенных затрат, является унификация конструктивных решений по ПС. Наибольший эффект может быть достигнут при унификации ПС массового применения, являющихся элементами распределительной сети энергосистем. Необходимым условием для этого является типизация главных схем электрических соединений, определяющих технические решения при проектировании и сооружении ПС. Типовые схемы утверждены ОАО «ФСК ЕЭС» 20.12.2007 г. (СТО 5694700729.240.30.010-2008). Главная схема электрических соединений ПС выбирается с использованием типовых схем РУ 35-750 кВ, нашедших широкое применение при проектировании. Отступления от типовых схем допускаются при наличии технико-экономических обоснований и согласования с утверждающими инстанциями. В последней редакции количество типовых схем значительно увеличено (с 14 до 20); вместе с тем из этого числа выделено 11 схем, рекомендуемых в первую очередь. Следует однако отметить, что введение ряда новых схем представляется недостаточно мотивированным, так как не учитывает принципы построения сети. На 8 приведены типовые схемы РУ 35-750 кВ, а в табл. 4.4 - перечень схем и области их применения. Типовые схемы РУ обозначаются двумя числами, указывающими напряжение сети и номер схемы (например, 110-5Н, 330-7 и т. п.). Номера схем не изменялись с первой редакции типовых схем; в дальнейшем некоторые схемы исключались из числа типовых.


В период строительства электрических сетей высокими темпами, на этапе «электрификации вширь» (1960–1985 гг.), на ПС 110 кВ (частично - 35 и 220 кВ) с упрощенными схемами на ВН в качестве коммутационных аппаратов получили широкое распространение отделители и короткозамыкатели. Простота конструкции и их относительная дешевизна по сравнению с выключателями позволила обеспечить массовое строительство ПС в короткие сроки. В то же время эти аппараты обладают определенными конструктивными дефектами и эксплуатационными недостатками. Принципиальным недостатком схем с отделителями и короткозамыкателями является то, что искусственно создаваемое КЗ для отключения поврежденного участка сети в бестоковую паузу с помощью отделителя резко увеличивает общую продолжительность наиболее тяжелых условий работы выключателей на смежных ПС. Поэтому в настоящее время использование отделителей и короткозамыкателей на вновь сооружаемых ПС прекращено, а при реконструкции действующих ПС они должны заменяться выключателями. К номерам типовых схем, в которых отделители и короткозамыкатели заменены на выключатели, добавлен индекс «Н» (3Н, 4Н, 5Н, 5АН). Для РУ ВН, характеризующихся меньшим числом присоединений, как правило, применяются более простые схемы: без выключателей или с числом выключателей один и менее на каждое присоединение. Для РУ СН применяются схемы с системами шин и с числом выключателей более одного (до 1,5) на присоединение. Таблица 4.4

Продолжение табл. 4.4
Продолжение табл. 4.4
Окончание табл. 4.4


Блочные схемы 1, 3Н являются, как правило, первым этапом двухтрансформаторной ПС с конечной схемой «сдвоенный блок без перемычки». Схема 1 применяется в условиях загрязненной атмосферы, где целесообразна установка минимума коммутационной аппаратуры, или для ПС 330 кВ, питаемых по двум коротким ВЛ. Сдвоенная схема 3Н применяется вместо схемы 4Н в условиях стесненной площадки. Мостиковые схемы 5, 5Н и 5АН находят широкое применение в сетях 110–220 кВ. На первом этапе в зависимости от схемы сети возможна схема укрупненного блока (два трансформатора и одна ВЛ) либо установка одного трансформатора; в последнем случае количество выключателей определяется необходимостью. Вновь введенная в новой редакции типовых схем схема 6 является, по существу, одним из вариантов первого этапа. Схемы многоугольников. Схема 7 применяется на напряжении 220 кВ при невозможности использования схем 5Н или 5АН, а на напряжении 330–750 кВ - для всех ПС, присоединенных к сети по двум ВЛ. На напряжении 110 кВ практически не используется. На первом этапе при одном АТ устанавливается три выключателя. Схема 8 (шестиугольник) включена в последнюю редакцию взамен схемы расширенного четырехугольника. Вследствие свойственных схеме 8 недостатков (разрыв сети при совпадении ремонта любого выключателя с автоматическим отключением одного из присоединений) практического применения не имеет. Для узловых ПС 110–220 кВ предпочтение отдается схемам с одной системой шин, а для ПС 330 кВ - схемам «трансформатор - шины» или полуторная. Схемы с одной и двумя системами шин применяются для РУ ВН узловых ПС 35-220 кВ и РУ СН (НН) подстанций 330–750 кВ. Схема 9 используется, как правило, на стороне СН и НН ПС 110–330 кВ. Схема 110-12 используется на стороне ВН узловых ПС в сети 110 кВ (как правило, 4 ВЛ), схемы 110-12 и 220*12 - на стороне СН ПС 220 (330) /110/ НН кВ и 500/110/НН кВ. Ограничением для применения схемы 12 и замены ее схемой 13 является присоединение к каждой секции шин ПС более одной радиальной ВЛ. Однако, как следует из п. 4.2, сохранение радиальных ВЛ в течение длительного времени маловероятно. При рассмотрении области применения схем 12–14 следует руководствоваться «Общими техническими требованиями к подстанциям 330–750 кВ нового поколения» (ОАО «ФСК ЕЭС», 2004 г.), согласно которым для РУ 220 кВ, как правило, применяются одинарные секционированные системы шин, двойные и обходные системы шин применяются только при специальном обосновании, в частности, в недостаточно надежных и нерезервированных электрических сетях. Поскольку основой рационального построения распределительной сети 110–220 кВ является использование замкнутых либо двойных радиальных конфигураций (см. п. 4.2), основной рекомендуемой схемой для РУ СН 110–220 кВ становится одинарная секционированная система шин (схема 9). В этих условиях включение в число рекомендуемых новых схем с одной системой шин - с присоединением трансформаторов через развилку из двух выключателей или «ответственных» ВЛ через полуторную цепочку (схемы 9Н, 9АН и 12Н) - представляется немотивированным, а условия их применения - неопределенными: учитывая требования выбора мощности трансформаторов с обеспечением питания полной нагрузки при их отключении (см. п. 5.3.12), невозможно выявить «повышенные требования», при которых целесообразно дублировать выключатели СН в цепи трансформаторов; в замкнутой распределительной сети с изменяющимися во времени режимами и ролью отдельных участков не представляется возможным выделить более или менее ответственные линии. Схемы трансформаторы - шины и с полутора выключателями на присоединение 15–17 применяются для РУ ВН подстанций 330–750 кВ и РУ СН ПС 750/330, 500/220 и 1150/500 кВ. Схемы 16–17 для напряжений 220–500 кВ применяются, как правило, на стороне СН. При четырех АТ (схемы 15, 16) или числе линий больше шести (схемы 16, 17), а также по условиям устойчивости системы проверяется необходимость секционирования шин. Схемы РУ 10 (6) кВ приведены на 9. Схема с одной секционированной выключателем системой шин (9, 1) применяется при двух трансформаторах с нерасщепленными обмотками НН, схема с двумя секционированными системами шин (9, 2 ) - при двух трансформаторах с расщепленной обмоткой НН или сдвоенных реакторах, схема с тремя или четырьмя одиночными секционированными системами шин (9, 3 ) - при двух трансформаторах с расщепленной обмоткой НН и сдвоенных реакторах. При соответствующем обосновании допускается установка второго секционного выключателя. Синхронный компенсатор присоединяется непосредственно к обмотке НН АТ по блочной схеме (9, 4) с пуском через реактор.

Батареи статических конденсаторов при их присоединении на НН подключаются обычно к секциям РУ НН. Для РУ 20 кВ - напряжения, получившего ограниченное распространение (см. п. 4.1) - рекомендуется в основном схема с одной секционированной системой шин (схема 9), для отдельных присоединений с тупиковыми однотрансформаторными ПС - блочная схема (3Н). Для ПС с ВН 35-220 кВ освоено заводское изготовление блочных комплектных ТП (КТП) - КТПБ (см. п. 5.8). На 10 приведены схемы выпускаемых заводом КТПБ 110 кВ, выполненных по упрощенным схемам с выключателями на ВН.

Схемы КТПБ 220 кВ с упрощенными схемами на стороне ВН приведены на 11. Целесообразное количество ВЛ 110 кВ, отходящих от подстанций с ВН 220 кВ, приведено ниже:

Понижающие подстанции предназначены для распределения энергии по сети НН и создания пунктов соединения сети ВН (коммутационных пунктов). Определяющей для выбора места размещения подстанции является схема сети НН, для питания которой предназначена рассматриваемая подстанция. Оптимальная мощность и радиус действия подстанции определяются плотностью нагрузок в районе ее размещения и схемой сети НН.

Схемы электрических соединений подстанций выбирают в зависимости от их назначения . По способу присоединения к линиям электропередачи различают тупиковые (рис.2.9, а, г), ответвительные (рис. 2.9, б, д, ж, и), проходные (рис. 2.9, в, е, з, л) и узловые (рис. 2.9, к) подстанции .

Рис. 2.9. Основные типы присоединения подстанций к сети:

а, б, в – радиальной с одной ВЛ; г, д, е – двойной радиальной; ж, з, и – с двумя центрами питания; к, л – с тремя и более центрами питания (ЦП)

Большинство подстанций присоединяется к сети по двум линиям, при этом уменьшается доля подстанций, присоединяемых на первом этапе по одной линии. Удельный вес узловых подстанций увеличивается с ростом напряжения сети, одновременно снижается доля тупиковых и ответвительных подстанций. Наиболее распространённым типом подстанции 110…330 кВ является проходная.

Анализ схем построения электрической сети 110…330 кВ показывает, что к узловым подстанциям присоединяют до четырёх ВЛ; большее число линий является, как правило, следствием неуправляемого развития сети, неудачного выбора конфигурации или запаздывания сооружения в рассматриваемой точке сети ЦП высшего напряжения.

Целесообразно применять для вновь сооружаемых подстанций схемы проходных и узловых присоединений (см. рис. 2.9). Эти схемы обладают более высокими показателями надёжности электроснабжения потребителей.

Выбор схем распределительных устройств (РУ) подстанций выполняется из числа типовых (рис. 2.10, табл. 2.3) с учетом их области применения . На стороне ВН и СН подстанций это, как правило, открытые РУ (ОРУ).

Таблица 2.3. – Характеристики некоторых типовых схем РУ 35…750 кВ

Рис.2.10. Типовые схемы РУ 35…750 кВ. Цифры – номера типовых схем

Схемы РУ 10(6) кВ приведены на рис. 2.11 . Схема с одной секционированной системой шин (рис. 2.11 б, в) применяется при двух трансформаторах с нерасщеплёнными обмотками НН. Схема с двумя секционированными шинами (рис. 2.11 г) используется при двух трансформаторах с расщеплёнными обмотками НН.

Рис.2.11. Схемы РУ низшего напряжения:

а – с одной несекционированной системой шин; б, в – с одной секционированной системой шин; г – с двумя секционированными системами шин

Количество отходящих линий на сторонах СН и НН определяется их пропускной способностью и установленной мощностью трансформаторов (табл. 2.4).

Целесообразное количество ВЛ 110 кВ, отходящих от подстанций с ВН 220…330 кВ приведено ниже.

Тема 7 испрГлавные схемы ЭС и ПС.doc

Схемы выполняются в однолинейном и трехлинейном изображении. Для упрощения и наглядности чаще используют однолинейные схемы, где показывают соединения для одной фазы.

Схемы первичных цепей (главные схемы) показывают цепи, по которым электроэнергия передается от источников к потребителям.

Кроме электрооборудования первичных цепей на электростанциях и подстанциях применяют вспомогательное оборудование (измерительные приборы, устройства релейной защиты и автоматики), предназначенное для управления и контроля за работой первичного оборудования. Схемами вторичных цепей называют схемы соединения вторичного (вспомогательного оборудования). Все соединения во вторичных цепях выполняют изолированными проводами и контрольными кабелями.

При выборе главных схем распределительных устройств станций или подстанциий учитываются следующие факторы:

Значение и роль электростанции или подстанции в энергосистеме (электростанции - базисные или пиковые, приближенные к промышленным узлам или удаленные, связанные с другими электростанциями через шины высшего напряжения или среднего напряжения; подстанции - тупиковые, отпаечные , проходные или распределительные;

Перспективы расширения;

Уровень токов короткого замыкания

Главные схемы электростанций должны удовлетворять основным требованиям:

Надежность, т.е. способность схемы обеспечить бесперебойное электроснабжение потребителей, выдачу электроэнергии или транзит мощности при повреждениях оборудования;

Приспособленность к проведению ремонтов основного оборудования без ограничения электроснабжения потребителей;

Оперативная гибкость, т.е. приспособленность для проведения оперативных переключений минимальным числом операций за минимальное время и с минимальным риском;

Экономичность.

Структурные схемы (блок-схемы) электростанций и подстанций отражают связи генераторов и трансформаторов с распределительными устройствами (РУ) разного напряжения. Распределительное устройство представляет собой совокупность оборудования одного напряжения, соединенного по определенной схеме и воплощающее в натуре эту схему.
^ Виды главных схем
Одна рабочая система шин, секционированная выключателем

Такая схема применяется для РУ - 6,10, 35 кВ электростанций и подстанций. В нормальном режиме работы секционный выключатель (СВ) отключен. При исчезновении напряжения на одной секции СВ автоматически включается действием устройства АВР (автоматический ввод резерва). Секционный выключатель может быть включен оператором, если по какой-либо причине выводится из работы один ввод от источника. Схема позволяет при этом сохранить сохранить питание всех подключенных линий к потребителям. Так как потребители подключаются парными линиями к разным секциям, вывод в ремонт одной секции также не приводит к нарушению электроснабжения потребителей.

^ Блочные схемы

Применяются для распределительных устройств высшего напряжения тупиковых и отпаечных подстанций 35 – 220 кВ. Схемы с отделителями применяются для РУ 110 кВ, если мощность трансформаторов не

Превышает 25 МВА.Ток холостого хода таких трансформаторов невелик и при необходимости отключается отделителем. При большом токе холостого хода для отключения трансформатора пришлось бы обращаться на питающую электростанцию или подстанцию.

Ремонтная перемычка используется при выводе в ремонт одной из питающих линий. В ремонтной перемычке устанавливаются два разъединителя. Если бы в перемычке был установлен только один разъединитель, его ремонт вызвал бы полное погашение подстанции.
^ Мостиковые схемы
Мостиковые схемы применяются для РУ высшего напряжения проходных (транзитных) подстанций 35 - 220 кВ. Существуют два варианта мостиковой схемы с выключателями в цепях трансформаторов (а,б) и мостиковая схема с отделителями в цепях трансформаторов (в), которая применяется для проходных подстанций 110 кВ с трансформаторами мощностью до 25 МВА.

В мостиковых схемах транзит мощности осуществляется через рабочую перемычку с выключателем. Ремонтная перемычка служит для сохранения транзита при выводе в ремонт выключателя рабочей перемычки.

В схеме а) транзит мощности прерывается, если происходит повреждение в трансформаторе. Иногда это необходимо и использование схемы обоснованно. В схеме б) при повреждении трансформатора отключается только ближайший к нему выключатель. Транзит мощности через рабочую перемычку сохраняется. Поэтому схема б) применяется в случаях, когда передача транзита через подстанцию имеет большое значение для энергосистемы.

Схема применяется для РУ высшего напряжения проходных подстанций 220 кВ кВ. В нормальном режиме работы включены все выключатели. Ремонт любого выключателя может быть осуществлен без нарушения транзита мощности через подстанцию и отключения трансформаторов. Повреждения трансформаторов и выключателей также не приведут к нарушению транзита. Поэтому схема используется при повышенных требованиях к надежности транзита.
^ Одна рабочая система шин с обходной
Схема является усовершенствованием схемы с одной системой шин добавлением к рабочей системе шин (РСШ) специальной обходной (ОСШ).

Схема применяется для РУ высшего напряжения распределительных подстанций 110 – 220 кВ. Обходная система шин используется при выводе в ремонт одного из выключателей присоединений без отключения линий к потребителям. Для этого включается обходной выключатель (ОВ), который заменяет ремонтируемый выключатель. В случае ремонта одной из секций рабочей системы шин неизбежно отключение подключенных к ней присоединений.
^ Две рабочие системы шин с обходной

Схема применяется для РУ высшего напряжения узловых подстанций и электростанций 110 – 220 кВ. При ремонте одной системы сборных шин присоединения переводятся на другую.

Шиносоединительный выключатель (ШСВ) в нормальном режиме работы может быть и включен и отключен. При переводе присоединений с одной системы шин на другую ШСВ должен находиться во включенном положении. Отдельные присоединения в нормальном режиме работы могут быть подключены к одной или обеим системам рабочей системы шин. Обходная система шин используется – как в предыдущей схеме – для ремонта выключателя одного из присоединений.

Для РУ генераторного напряжения электростанций (6, 10, 20 кВ) применяется схема с двумя рабочими системами сборных шин без обходной.

^ Схемы 3/2 и 4/3
Полуторная схема (а) или схема 3/2 применяется для РУ 330 – 500 кВ электростанций и подстанций. В данной схеме используется три выключателя на два присоединения. При этом ремонт любого выключателя и любой системы шин производится без отключения присоединений. Схема не требует установки ШСВ.