Стартовая >> Архив >> Подстанции >> Справочник по проектированию подстанций

Классификация схем - Справочник по проектированию подстанций

Оглавление
Справочник по проектированию подстанций
Особенности, технология и принципы проектирования подстанций
Стадии проектирования, состав и объем проектной документации
Исходные данные для проектирования, продолжительность
Техническое задание на разработку ТЭО
Классификация подстанций и присоединение их
Надежность главных схем
Автоматичность, эксплуатационные удобства и экономическая целесообразность схемы
Классификация схем
Синхронные компенсаторы,  конденсаторные батареи и реаторы в схемах
Расчет токов короткого замыкания
Электродинамическое и термическое действия токов короткого замыкания
Ограничение токов короткого замыкания
Токи замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью
Типы и технические характеристики трансформаторов
Выборы мощности и числа устанавливаемых трансформаторов
Выключатели
Разъединители, отделители, короткозамыкатели
Источники реактивной мощности
Характеристики трансформаторов, выключателей
Провода, шины, кабели, изоляция
Механический расчет жесткой ошиновки
Механический расчет проводов гибкой ошиновки ОРУ
Защита от грозовых перенапряжений
Заземление
Собственные нужды переменного тока
Электрическое освещение
Нормы освещенности подстанций
Классификация и принципы выполнения схем управления, сигнализации и автоматизации
Организация управления элементами подстанций
Регулирование напряжения и охлаждение силовых трансформаторов
Автоматическая компенсация емкостного тока замыкания на землю
Организация сигнализации элементами ПС
Питание цепей оперативным током, аппаратура схем, маркировка
Электрические измерения и учет электроэнергии
Фасады и компоновка панелей, ряды зажимов схем управления, автоматики, защиты, сигнализации
Монтажные схемы и кабельные журналы
Оперативный ток, источники постоянного тока
Шкафы КРУ, КРУН, КТП, КТПН
Релейная защита
Релейная защита трансформаторов и автотрансформаторов
Релейная защита шунтирующих и компенсационных реакторов
Защита синхронных компенсаторов
Защита шин
АПВ и АВР
УРОВ
Защита элементов собственных нужд
Принципы компоновок распределительных устройств
Открытая установка маслонаполненного оборудования
Компоновка закрытых распределительных устройств и подстанций
Комплектные распределительные устройства с газовой изоляцией
Эксплуатационные и вспомогательные средства
Рельсовые пути для перекатки трансформаторов и стационарные анкеры
Ограды
Выбор площадки для строительства
Состав комиссии и акт выбора площадки
Особенности выбора и согласования площадки, размещаемой на территории города
Технико-экономическое сравнение вариантов выбора площадки
Генеральный план
Горизонтальная планировка
Внутриплощадочные автомобильные дороги и проезды
Инженерные сети
Вертикальная планировка
Озеленение и благоустройство территории
Технико-экономические показатели генерального плана
Приложение к генеральному плану
Режимы работы строительных конструкций ОРУ
Опоры под ошиновку и оборудование
Кабельные лотки, каналы
Здания и фундаменты синхронных компенсаторов
Отопление и вентиляция зданий
Водоснабжение, канализация, отвод масла
Противопожарные мероприятия
Приложение к здания и фундаменты
Защита окружающей среды
Защита от шума
Устройства связи и сигнализации
Внешняя связь
Требования к помещениям для узлов связи и к размещению оборудования связи
Пожарная сигнализация
Охранная сигнализация и охранное освещение
Основные положения по организации строительства и сметы
Особенности проектирования ПС в северных труднодоступных районах
Рекомендации но усилению стальных конструкций
  1. КЛАССИФИКАЦИЯ СХЕМ, ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И КРИТЕРИИ ИХ ПОСТРОЕНИЯ

По совокупности режимных требований, критериев надежности и экономичности число устанавливаемых в схемах на ВН выключателей должно удовлетворять следующим требованиям:
проходные ПС (II категории) должны сооружаться с числом выключателей, как правило, меньшим присоединений п или равным ему числу (К ≤ п) отдельные проходные сетевые ПС могут иметь схемы с числом выключателей на высшем напряжении не более четырех даже при числе присоединений 4-6;
системные ПС (III категория) обычно сооружаются с числом выключателей больше числа присоединений (К>п, но не больше 1,5 н).
Одним из важнейших принципов построения схем ПС является использование блочных элементов Ш-Т и в ряде случаев блочных элементов Л-Т.
Ниже приведены основные принципы построения главных схем электрических соединений ПС всех категорий.
Схемы блочных ПС (I категория) определяются присоединением их преимущественно к тупиковым одиночным ВЛ и в виде ответвления от одиночных и двухцепных ВЛ.
Схемы упрощенных ПС без выключателей на стороне ВН (I категория), присоединяемых к одиночным ВЛ с двухсторонним питанием или к кольцевым ВЛ, должны выполняться ответвлением или с автоматическим секционированием. Недопустимо, однако, глухое присоединение ответвительных ПС, приводящее к полному отключению ряда ПС с соответствующим нарушением электроснабжения.
В схемах проходных ПС (II категория) допускается отключение при авариях двух элементов: ВЛ и трансформатора. Отключение двух ВЛ или полное отключение ПС допустимо лишь при совпадении отказа выключателя поврежденного элемента и ревизии выключателя работающего элемента.
Для системных ПС (III категория) применяется принцип многократного присоединения ВЛ, что позволяет сохранить в работе возможно большее число ВЛ в аварийной ситуации и устойчивость электропередачи в целом. При этом соблюдаются следующие условия:
отказ выключателя при повреждении ВЛ не должен приводить к отключению любой другой ВЛ;
выпадение двух ВЛ возможно только при совпадении отказа выключателя или релейной защиты повреждений ВЛ с ревизией выключателя смежной работающей ВЛ (при условии большого периода повторяемости такого события и при том, что обе ВЛ не являются плечами двух транзитных линий);
недопустимо полное отключение ПС.
Упрощенные схемы ПС без выключателей на стороне ВН. Широкое применение имеют полностью индустриальные комплектные трансформаторные ПС блочного типа (КТПБ) 35-110 кВ.
Однотрансформаторные КТП 35 кВ с двухобмоточными трансформаторами до 4,0 MBA предусмотрены с предохранителями стреляющего типа ПСН-35; КТП 35 кВ с ПСН-35 с патроном на номинальный ток 100 и 200 А могут применяться в сетях с предельной мощностью отключения 350 и 500 MBA соответственно.
Схемы собственно КТП выполняются не только с предохранителями, но и с короткозамыкателями и отделителями. Совместное действие этих аппаратов осуществляет отделение трансформатора от сети при внутренних повреждениях.
В схемах КТПБ короткозамыкатели установлены в целях трансформаторов с отделителями, что характерно для ответвительных ПС. На тупиковых ПС, если к питающим ВЛ не присоединены ответвительные ПС, установка отделителей не требуется. Не требуется установка короткозамыкателей на коротких тупиковых ВЛ в случаях, если защита питающего конца чувствительна к внутренним повреждениям в трансформаторе. Пользоваться короткозамыкателями в качестве средства для отключения трансформаторов в нормальном режиме нельзя.
Короткозамыкатели или однополюсные заземлители могут включаться также в нейтрали силовых трансформаторов для телемеханического управления режимом заземления нейтралей.
В настоящее время в сетях с глухим заземлением нейтрали (110 и 220 кВ) применяются однополюсные короткозамыкатели, в сетях 35 кВ - двухполюсные. Размеры повреждения трансформаторов зависят от длительности включения короткозамыкателя. Увеличение времени отключения КЗ на несколько периодов может привести к необходимости замены части магнито- провода и отдельных секций обмоток.
В случае применения однополюсного короткозамыкателя суммарная длительность прохождения тока повреждения через трансформатор равна

где tр.з.л - время действия релейной защиты трансформатора; tкз - время включения короткозамыкателя; tр.з.л -время действия релейной защиты ВЛ; fв.о - время отключения выключателя питающего конца.
В ряде случаев время действия релейной защиты ВЛ может быть достаточно большим, также большим может быть время отключения выключателей.
Короткозамыкатели обычно устанавливаются в цепи трансформатора для его защиты и имеют привод одностороннего действия (на включение). В целях уменьшения размеров повреждений в трансформаторе время включения короткозамыкателя должно быть возможно малым.
В современных сетях допускается подача напряжения на поврежденный трансформатор, т. е. повторное включение (АПВТ) при отключении его. вызванном действием защит от внешних повреждений. На однотрансформаторных ПС мощностью до 10 МВ·А АПВТ может способствовать повышению надежности электроснабжения. Для выполнения АПВТ короткозамыкатель должен иметь привод двустороннего действия, т. е. на включение и отключение. Время отключения короткозамыкателя должно перекрываться бестоковой паузой АПВ линейного выключателя питающего конца.
Блочные схемы. В табл. 2.12 приведены схемы РУ одно- и двухтрансформаторных ПС, питаемых либо по тупиковым ВЛ, либо по ответвлению от проходящих одноцепной им двухцепной ВЛ.
Ниже рассмотрены схемы, приведенные в табл. 2.12.
Схемы 1 - одиночный блок, трансформатор питается по тупиковой, преимущественно короткой ВЛ. Данная схема может иметь применена при напряжениях от 35 до 220 кВ. В дальнейшем по мере использования сетей 330 кВ в качестве распределительных схема может быть использована и на этом напряжении.
Таблица 2.12.
Блочные схемы распределительных устройств подстанций


2.4. Классификация схем, основные принципы
* Применение схемы возможно в перспективе при использовании напряжения 330 кВ в распределительных сетях общего назначения.


Главные схемы электрических соединений РУ
* Схема используется как первая очередь типовой схемы с двумя линиями.


Применение схемы возможно в перспективе при использовании напряжения 330 кВ в распределительных сетях общего назначения.
Схема используется как первая очередь типовой схемы с двумя линиями.


Схема используется как первая очередь типовой схемы с двумя линиями.
Примечание. Знак “+” означает, что схема применяется, знак - схема не применяется.

Расширение ПС возможно за счет сооружения второго такого же блока, связанного не на стороне ВН, а на стороне НН с первым блоком выключателем, включающимся при действии АВР.
Схема 2 применима на ПС с одним двухобмоточным трансформатором, питаемым по тупиковой ВЛ, когда защита питающего конца нечувствительна к повреждению в трансформаторе или на ПС, присоединенной в виде ответвления к проходящей ВЛ.
С установкой второго трансформатора расширение этой ПС осуществляется по схеме 5, а при появлении второй ВЛ осуществляется по схеме мостика.
Схема 3 применяется на ответвительной однотрансформаторной ПС с двух- и трехобмоточными трансформаторами. В цепи трансформатора установлен отделитель, отделяющий трансформатор при его повреждении в бестоковую паузу АПВ.
Аналогично сказанному в отношении развития схемы 2 схема 3 может развиться в схему 6 или 9, а в дальнейшем - в мостик, а схема 6 - в схему 10.
Схема 4 применяется в основном при питании автотрансформатора от ВЛ. На ответвительных ПС с автотрансформаторами 220 кВ, а в будущем и выше, при наличии ОАПВ на ВЛ в целях включения подпитки места повреждения током нулевой последовательности и током нагрузки со стороны ответвления необходима установка выключателя на стороне ВН.
Если заведомо известно, что данная ПС будет расширяться (предполагается рациональная последовательность расширения - установка второго трансформатора, а затем появление второй ВЛ), то следует конструктивно РУ ВН решить в виде четырехугольника, смонтировав на первом этапе (при одной ВЛ и одном трансформаторе) две системы шин, одну цепочку с одним выключателем и четырьмя разъединителями; трансформатор присоединить к одной системе шин. На втором этапе (установка второго трансформатора) монтируется второй выключатель в первой цепочке и трансформатор присоединяется ко второй системе шин, а с появлением второй ВЛ монтируется полностью вторая цепочка.
В схемах 5, 6, 7 установка коммутационной аппаратуры на стороне ВН определяется теми же условиями, что и в схемах 2, 3 и 4. Характерным для группы схем 5, 6 и 7 является применение двух трансформаторов, объединенных на ВН.
Схемы 5 и 6 могут быть первым этапом схемы 10 без установки разъединителей на ВЛ и перемычке (схема 5 при 35 кВ; схема 6 при 110—220 кВ).
В схеме 7 целесообразна установка перемычки с отделителем, выключателями или разъединителями, необходимыми в период ревизии одного из выключателей. Конструктивно РУ следует выполнить так, чтобы была возможность при расширении перейти к схеме обычного и расширенного четырехугольника.

Таблица 2.13. Сравнение надежности блочных схем с одним и двумя трансформаторами

Примечание. Удельные повреждаемости: выключателя λ1 = 0,03; линии λ2 = 0,4; трансформатора λ3 = 0,02.
Дополнительно следует отметить, что при одной питающей ВЛ устанавливать второй трансформатор только из соображений повышения надежности ПС нецелесообразно (табл. 2.13).
В схемах 8 и 9 дополнительным по сравнению со схемами 2 и 3 является присоединение к ПС кроме питающей еще отходящей ВЛ. При сравнительно большой длине этой ВЛ с одно- и двусторонним питанием целесообразно присоединение ее через включатель. Подобные схемы могут быть первым этапом ПС по схеме мостика с одним выключателем в перемычке при установке в дальнейшем второго трансформатора (схема 8 на 35 кВ, схема 9 на 35-220 кВ).
В схемах двухтрансформаторных ПС широкое применение находит схема 10 с неавтоматической перемычкой. На ПС с дежурным персоналом, в основном на ПС промышленного значения, при небольшой длине питающих ВЛ применение этой схемы несомненно целесообразно.
На ПС, сооружаемых в труднодоступных или далеко расположенных районах без обслуживающего персонала, устройство автоматической перемычки (схема 11) позволяет сохранить нормальную эксплуатацию без немедленного оперативного вмешательства выездной бригады.
В связи с отсутствием привода двухстороннего действия в перемычке устанавливаются два отделителя - один размыкающий и автоматически открывающийся, другой замыкающий и автоматически закрывающийся.
Схемой 11 можно создавать также экономичные режимы ПС путем отключения одного из трансформаторов в часы малых нагрузок.

  1.  Классификация схем, основные принципы их построения

Таблица 2.14. Зарядные токи, мощности и средние длины линий между опорными ПС различных классов напряжений, кВ


Технические данные

35

110

150

220

330

500

750

1150

Зарядный ток, А/км

0,06

0,17

0,23

0,36

0,65

1,02

1,56

3,0

Зарядная мощность, МВ А/100 км

0,34

3,4

6,0

14

39

90

230

600

Средняя длина ВЛ между опорными ПС с выключателями, км

25

70

70

100

150

300

500

500

Предельное значение отключаемого зарядного тока, А

3,0

20

20

50

100

500

500

500

Применение схемы 12 аналогично схеме 11 целесообразно, когда на ПС установлены автотрансформаторы, присоединенные к ВЛ с ОАПВ, при длинных ответвлениях от двухцепной проходящей ВЛ и в ряде других случаев.
В табл. 2.14 приведены данные .по разрядным токам и мощностям, средние длины ВЛ между опорными ПС, а также предельные значения отключаемого зарядного тока для различных классов напряжений.

Схемы одиночных и сдвоенных мостиков с выключателями и комбинированные схемы.
Схемы мостиков с выключателями, как правило, включаются в рассечку одиночной транзитной ВЛ с одно- или двухсторонним питанием. Они выполняют автоматическое секционирование сети.
Схему мостика в сетях 220 кВ при наличии ответственных потребителей на СН или НН следует сравнить со схемой квадрата, учитывая, что последняя несравненно надежней.
К комбинированным схемам мостиков относятся двойные мостики, которые включают в себя элементы блочного питания трансформаторов данной ПС (как и при одиночном мостике с одним выключателем в перемычке и отделителем в цепях трансформаторов) с одновременной передачей транзитной мощности преимущественно по радиальной ВЛ.
В табл. 2.15 приведены различные типовые схемы мостиков, одиночных и двойных, а также предлагаемые к использованию в дальнейшем схемы 3, 7 и 8: на первом этапе- с разъединителями с дистанционными приводами, включенными в цикл автоматики, и в дальнейшем - с выключателями нагрузки на 330 кВ, когда они будут освоены промышленностью.
Ниже даются указания по области применения схем, приведенных в табл. 2.15.
Схема 1 применяется редко, когда предохранители обеспечивают необходимую чувствительность и селективность защиты.
Схема 2 применяется для автоматического секционирования ВЛ на промежуточных ПС на участке длиной около 50 км в сетях 110 кВ и 100 км в сетях 220 кВ.


* Применение схем при напряжении 330 кВ возможно будет при использовании этого напряжения в распределительных сетях общего назначения и освоении промышленностью выключателей нагрузки.

Продолжение табл. 2.15.

Таблица 2.16.
Сравнение показателей надежности схем мостиков и квадрата

Схемы 3 и 7 - применение в цепях ВЛ разъединителей с дистанционными приводами, включенными в цикл автоматики, делает схемы автоматическими.
Схема 4 рекомендуется при ПС с двухсторонним питанием и транзитом мощности при наличии ОАПВ или в холодном климате при отсутствии отделителей типа ХЛ. При ревизии любого выключателя включается ремонтная перемычка. Однако в период работы ПС с включенной ремонтной перемычкой нарушается релейная защита ПС, что не позволяет производить опробование включенного выключателя с целью проверки его состояния. Поэтому следует в ряде случаев, особенно при ответственном потребителе на СН и НН, применять схему квадрата.
Сравнение надежности двух модификаций схемы мостика и квадрата дано в табл. 2.16 (расчеты произведены для ВЛ 330 кВ длиной 200 км, результаты для ВЛ 220 кВ будут близкими).
Схема 4А рекомендуется в случаях, когда недопустимо применение отделителей в схеме 2 на ПС с трансформаторами мощностью более 25 МВ-А, для объектов добычи и транспортировки нефти и газа, в зоне холодного климата, в сейсмически активных районах, в случаях, когда действие отделителей приводит к выпадению из синхронизма синхронных двигателей нагрузки.
Схема 5 рекомендуется при необходимости секционирования сети на ПС в режиме ремонта любого выключателя.
Схема 6 (двойной мостик) применяется в сетях 110 кВ при необходимости присоединения тупиковой или ответвительной ПС с одной радиальной ВЛ или при наличии транзита, допускающего разрыв при отключении радиальной ВЛ и на период ревизии выключателя.
Таблица 2.17.
Кольцевые схемы распределительных устройств

* На 330 кВ схема не типовая.


Примечание. Буква (Т) означает, что схема типовая. Знак “+“ означает, что схема может быть применена, знак - схема не рекомендуется к применению.

Наличие в схеме только двух выключателей делает ее исключительно экономичной и надежной (при КЗ на любой питающей ВЛ и отказе выключателя питание потребителей сохранится от второго трансформатора). Схема 6 на 220 и 330 кВ из-за ряда ограничивающих условий не включена в число типовых.
Кольцевые схемы удовлетворяют всем требованиям экономичности (К <п) и высокой надежности. В кольцевых схемах выполняется принцип многократного присоединения элементов, и их применение в сетях 220-1150 кВ (вплоть до шестиугольника) должно иметь преимущественное место на проходных ПС с транзитом мощности и при необходимости секционирования сети.
Схемы треугольника и четырехугольника (в отдельных случаях пяти- и шестиугольника) применяются соответственно при трех и четырех (пяти и шести) присоединениях.
Использование в схеме четырехугольника элементов блока Л-Т с присоединением трансформаторов через разъединители делает эту схему еще более
экономичной (К = 0,67 п против К =1,33 п для схемы с двойной системой шин с обходной системой, т. е. удельный расход выключателей в 2 раза меньше),
В табл. 2.17 приведены различные кольцевые схемы и напряжения, на которых они применяются. Ниже даются указания по области применения кольцевых схем.
Схема 1 (треугольник) применяется при трех присоединениях преимущественно двух ВЛ и одном трансформаторе (К = п). Схема является первым этапом четырехугольника при одном автотрансформаторе или одной ВЛ.
Если период до расширения РУ относительно невелик (до 3 лет), или при других обстоятельствах, можно при одной В Л и двух автотрансформаторах вместо схемы 1 при напряжениях 330 и 500 кВ применить схему 7 по табл. 2.12.
Схема 2 (расширенный треугольник) используется в сочетании с элементом блока Л-Т, что увеличивает число связей на стороне ВН, а надежность электроснабжения потребителей на сторонах СН и НН повышается как за счет этих связей, так и за счет установки второго трансформатора (автотрансформатора). Третья ВЛ может быть и питающей, и радиальной.
* Схема весьма экономична (К = 0,6 п), область применения - сети 220 и реже - 330 кВ.
Схема может быть применена при двух трансформаторах и трех ВЛ как первый этап схемы расширенного четырехугольника.
Схема 3 (четырехугольник) применяется при четырех присоединениях (обычно две ВЛ и два трансформатора). Схема применяется при трансформаторах на 220 кВ мощностью 125 MB A и больше, а на 330-750 кВ - любой мощности.
Четырехугольник является простейшим схемообразующим элементом схемы шины - трансформаторы (Ш-Т) и позволяет легко осуществлять поэтапное развитие ПС.
Схема 4 (расширенный четырехугольник) значительно расширяет область применения схемы четырехугольника за счет использования элементов блока Л-Т. При этом схема при достаточно высоких показателях надежности весьма экономична (число выключателей уменьшается от К = 0,7 п до К = 0,5 n).
Присоединение автотрансформаторов через отделитель (или выключатель нагрузки) возможно только к ВЛ 220 кВ, не имеющим ОАПВ, при 330 кВ в цепи автотрансформаторов целесообразно установить разъединитель с дистанционным приводом (РА), включенным в цикл автоматики.
Схема 5 (шестиугольник) осуществляет секционирование каждой цепи двухцепной ВЛ, что повышает надежность электропередачи в целом. Особенно целесообразно применение шестиугольника при двух или трех трансформаторах и соответственно при трех или четырех параллельных ВЛ (схема не включена в сетку типовых схем).
Учитывая, что наиболее тяжелой ситуацией в схеме 5 является совпадение ревизии выключателя с отказом другого выключателя при КЗ на линии;

в ответственных случаях следует повысить надежность, применив схему 7 (шестиугольник с подменным выключателем). Эта схема исключает указанную ситуацию.
Схему 7 можно рекомендовать для ПС, расположенных на трассе двухцепных ВЛ 330 кВ с небольшими потоками мощности.
Схема 6 (разновидность шестиугольника) может быть применена на ПС, предназначенных в основном для питания сети СН и при неответственном транзите или дополнительных двух радиальных ВЛ.
Схемы с одной и двумя рабочими и обходной системами шин и без нее с одним выключателем на присоединение имеют преимущественное применение на стороне СН 35-220 кВ мощных узловых ПС с ВН 330-500 кВ и на ПС с ВН 35-220 кВ. На напряжении 35 кВ обходная система шин не применяется, так как время, необходимое на ревизию выключателя, незначительно, а потребители в большинстве случаев - неответственные (в противном случае питание его должно быть дублировано).
Применение одной или двух систем шин, исходя из возможности обесточивания одной из них, определяется количеством присоединенных ВЛ (иногда трансформаторов), наличием парных ВЛ и ВЛ, резервируемых от других ПС.
Предельное число отходящих ВЛ на СН не должно превышать 12 на 110, 10 на 220 и 8 на 330 кВ (в РУ промышленных ПС 110-220 кВ на СН количество ВЛ доходит до 20-30).
В цепях трансформаторов на ВН (110-220 кВ) устанавливаются выключатели или отделители, на СН и НН - всегда выключатели.
В табл. 2.18 приведены схемы с одной и двумя рабочими системами шин с обходной системой сборных шин и без нее (типовые схемы отмечены буквой Т); там же указаны напряжение, на котором применяется данная схема, и допустимое количество присоединений.
Схемы с многократным присоединением элементов берут свое начало от четырехугольника (рис. 2.4, а), особенности которого были изложены выше.

Рис. 2.4. Схемы шины - трансформаторы: а - с двумя линиями; б- с тремя линиями; в-с четырьмя линиями

Таблица 2.18. Схемы распределительных устройств с одной и двумя системами шин

*Буква (Т) означает, что схема типовая.

Продолжение табл. 2.18.

* При количестве присоединений более 12 (до 16) при напряжении 220 кВ секционируется только одна система шин.
Таблица 2.19. Схемы шины - трансформаторы с присоединением линий через два выключателя

Рис. 2.5. Изменение надежности РУ по схеме шины - трансформаторы

В табл 2.19 приведены модификации схемы Ш-Т с присоединением ВЛ через два выключателя, там же указаны напряжения, на которых применяются эти схемы, принадлежность к сетке типовых схем (обозначены буквой Т) и коэффициент, характеризующий их экономичность, - количество выключателей (К), приходящихся на одно присоединение (п).
Схемы на рис. 2.4, а и б могут быть этапом развития схемы на рис. 2.4,в.
Из схем с двойным присоединением ВЛ схема четырехугольника обладает наибольшей надежностью, которая резко уменьшается с ростом числа парных линейных цепочек (рис. 2.5).
Секционирование схемы Ш-Т позволяет довести число ВЛ на стороне высшего напряжения до шести (рис. 2.6) и даже до восьми при секционировании через два выключателя или при числе секций больше двух на каждой системе шин (рис. 2.7). Секционирование в этой схеме целесообразно также для ограничения числа отключаемых автотрансформаторов при повреждении на шинах.

Рис. 2.6. Схемы шины - трансформатор с секционными шинами: а- с четырьмя линиями; б- с шестью линиями (вариант I): в- то же (вариант II)



Рис. 2.7. Схемы шины - трансформатор с восемью линиями: а - шины секционированы двумя последовательно соединенными выключателями; б - многократно секционированные шины
Рис. 2.8. Диаграмма надежности различных вариантов схем шины - трансформатор
На диаграмме на рис. 2.8 показано влияние числа парных линейных цепочек, секционирования и числа установленных автотрансформаторов надежность схемы. Как следует из диаграммы, предельным числом парных линейных цепочек в схеме Ш-Т для большинства ПС мощного коммутационного узла следует считать три-четыре. При этом схемы имеют достаточно высокую надежность.
На схемах на рис. 2.6,б и в приведено РУ с шестью отходящими ВЛ в двух вариантах: секционирование шин осуществляется одним и двумя выключателями соответственно с тремя и двумя парными цепочками. Во второй схеме секционные выключатели выполняют также функции линейных.
Надежность обеих схем одинакова, однако в схеме на рис. 2.6, в более эффективно используются выключатели, и, следовательно, она более экономична (К=1,4n и К=1,2n).
В схеме на рис. 2.6,в для ее автоматического восстановления после отделения поврежденной ВЛ целесообразна установка в ее цепи автоматического разъединителя, дающего импульс на обратное включение выключателей. Это важно для режима, когда один из выключателей второй цепочки в ремонте и трансформатор этой секции отключен.
Надежную схему Ш-Т можно выполнить и восемью ВЛ (схема на рис. 2.7, а, б). Если исходить из положения, что с точки зрения надежности предельное число парных линейных цепочек желательно иметь не больше двух, то для особо ответственных ВЛ, расположенных на трассе магистральной ВЛ с большими потоками мощности, при большом числе ВЛ возможна схема на рис. 2.7, б. В этой схеме показано возможное присоединение автотрансформаторов к обеим системам шин через развилку разъединителей.
Полуторные схемы с тремя выключателями на два присоединения, обладая достоинствами ранее описанных схем с многократным присоединением цепей, требуют в (2 п / 1,5 n)=1,33 раза меньше выключателей (рис. 2,9 а). Однако они не всегда обладают достаточной надежностью для ПС с ВЛ межсистемной связи.

Рис. 2.9. Полуторная схема: а - с двумя полуторными цепочками; б - шины - трансформаторы с тремя полуторными линейными цепочками; в - без перекрещивания; г - с перекрещиванием


Рис. 2.10. Схема с 1.33 выключателя на присоединение

Полуторная схема 330-750 кВ в виде Ш-Т с тремя параллельными полуторными линейными цепочками приведена на рис. 2.9, б, но эта схема ненадежная и для ответственных потребителей не может быть рекомендована.
Высокой надёжностью обладает полуторная схема с цепочками линия - трансформатор. Здесь возможны два исполнения схемы: без перекрещивания (рис. 2.9, в) и с перекрещиванием (рис. 2.9, г).
Следует подчеркнуть одно ценное достоинство полуторной схемы, состоящей из парных цепочек Л-Т: возможность при необходимости работать чистым блоком без связи на шинах ПС. Такая возможность повышает гибкость схемы, а также может быть использована для ограничения токов КЗ.
Схема шины - трансформаторы основана на применении идентичных конструктивных элементов и весьма удобна и экономична с точки зрения поэтапного развития ПС, начиная от простейшего блочного элемента Л-Т и кончая развитой схемой с большим числом присоединений.
В настоящее время на сложных узловых ПС с высоким и сверхвысоким напряжениями при большом количестве присоединений получает распространение схема с четырьмя выключателями в цепочке при трех присоединениях (схема “4/3” или “1,33”). Схема экономичней и надежней полуторной схемы с линейными цепочками, она применяется также в РУ мощных электростанций.
Схема ”4/3” для восьми отходящих ВЛ и четырех автотрансформаторов (или блоков генератор - трансформатор) приведена на рис. 2.10 без секционирования шин с числом выключателей К =1,33 п и с секционированием (показано пунктиром) К = 1,5 п.
Указанные схемы обладают примерно такими же показателями надежности, как схемы шины - трансформаторы и полуторные схемы с парными цепочками линия - трансформатор.
В этой схеме выпадение двух ВЛ возможно только при совпадении отказа выключателя с ревизией другого, т. е. достаточно редко. При отказе любого из средних выключателей возможно выпадение одной ВЛ и одного автотрансформатора, что для ПС не является расчетным случаем.
Схемы ПС всех категорий на стороне среднего напряжения определяются главным образом числом отходящих ВЛ.
Рис. 2.11. Схема подстанции с двумя средними напряжениями: а - с двойной трансформацией; б - рекомендуемый вариант

Рис 2.12. Влияние режима работы на стороне 35 кВ на токи КЗ

При большом числе отходящих ВЛ на стороне среднего напряжения ПС применяются схемы со сборными шинами с однократным присоединением элементов, с одной или двумя рабочими и обходной системами мин, а в зависимости от напряжения полуторные и другие системы с многократным присоединением элементов (при напряжениях более 220 кВ, а для РУ, 220 кВ из схем с многократным присоединением элементов в типовых схемах приняты четырехугольник при четырех присоединениях и расширенный четырехугольник при шести присоединениях).
Установка выключателей в цепях трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов со стороны СН и в цепях ВЛ практически необходима во всех случаях.
При наличии на мощных узловых ПС двух средних напряжений при выборе числа устанавливаемых автотрансформаторов и коэффициента трансформации следует избегать схем с двойной трансформацией (рис. 2.11, а). Наиболее целесообразной является установка четырех автотрансформаторов, из которых два имеют среднее напряжение, например, 220 кВ, а два - 110 кВ (рис. 2.11, б).
Схемы на стороне НН мощных узловых ПС весьма разнообразны и определяются главным образом мощностью трансформаторов и допустимыми значениями токов КЗ в сети НН. Способы ограничения токов КЗ (реактирование, применение расщепленных обмоток НН силовых трансформаторов, применение сдвоенных реакторов, безинерционных токоограничивающих устройств) оказывают непосредственное влияние на схему ПС на стороне НН.
В целях уменьшения токов КЗ в сети 6-10 кВ нормальным режимом двухтрансформаторных ПС на стороне НН считается режим раздельной работы
трансформаторов с устройством АВР. При применении трехобмоточных трансформаторов на ток КЗ на стороне 6-10 кВ двухтрансформаторной ПС оказывает влияние наличие связанной или раздельной работы на стороне 35 кВ.
Как видно из рис 2.12, а, связанная работа на стороне 35 кВ приводит к увеличению токов КЗ на стороне 6-10 кВ ПС, что надо учитывать при выборе вариантов исполнения трехобмоточных трансформаторов. При раздельной работе на стороне 35 кВ (рис. 2.12, б) токи КЗ на стороне 6-10 кВ определяется так же, как и для однотрансформаторной ПС.
Использование трансформаторов с расщепленными обмотками ПН существенно расширяет область применения ПС без реактирования и увеличивает их предельную номинальную мощность.
Характерным для схем на стороне НН мощных узловых ПС является применение сдвоенных реакторов или комбинированное совместное их использование с расщепленными обмотками трансформаторов. На стороне НН применяется одиночная секционированная система шин; наличие расщепленных обмоток или сдвоенных реакторов увеличивает число секций шин до четырех, а при комбинированном применении - до восьми. С увеличением количества секций шин возрастает гибкость схемы и надежность питания потребителей.
Соответствующие схемы на стороне НН приведены на рис, 2.13. Схема по рис. 2.13, з позволяет значительно ограничить токи КЗ, а наличие восьми секций позволяет присоединить большое число отходящих линий (более 24), что часто используется на ПС промышленного назначения.
Наличие РПН на стороне СН автотрансформаторов в ряде случаев требует для обеспечения независимости регулирования и постоянства напряжения на стороне НН установки в цепи третичной обмотки линейных регулировочных трансформаторов.
Технические данные линейных регулировочных трансформаторов даны в табл. П2.1.
На мощных узловых ПС часто встречается необходимость одновременного питания кроме собственных нужд ПС на напряжении - 6-10 кВ и местного близлежащего района также потребителей более удаленного района, требующего напряжения 35 кВ.
Возможны различные варианты схем их питания в зависимости от преобладания потребителей 6, 10 и 35 кВ: от соответствующих понижающих (10/6) или повышающих (6-10/35 кВ) трансформаторов; от обмоток НН при установке четырех автотрансформаторов - два из них можно выполнить с обмоткой НН 10 кВ, а другие два - с обмоткой. НН 35 кВ (во всех случаях целесообразнее питать таких потребителей непосредственно от обмотки НН главных трансформаторов, а не путем двойной трансформации).


Рис. 2.13. Схемы на стороне низшего напряжения (10-6 кВ) ПС с одним и двумя реактированными и нереактированными трансформаторами с двумя (а, б, в, г, д), четырьмя (е, ж) и восемью (з) секциями.

При применении трансформаторов с расщепленными обмотками НН следует иметь в виду, что при необходимости ветви расщепленной обмотки могут быть выполнены на разные напряжения, соседние по шкале номинального напряжения, например, одна обмотка - на 6,3 кВ, а другая - на 10,5 кВ.
Более рациональным и экономичным является способ питания нагрузок 6, 10 и 35 кВ путем установки специальных трехобмоточных трансформаторов 6/10/35 кВ, как показано на схеме на рис. 2.14. Эта схема лишена ряда недостатков, свойственных другим схемам: меньше потери, главная схема питания собственных нужд местного района проще, количество устанавливаемых трансформаторов и аппаратуры меньше, что повышает надежность и облегчает эксплуатацию.
С ростом токов КЗ в энергосистеме все чаще назревает необходимость замены установленных выключателей более мощными. В этом случае в РУ 6- 10 кВ целесообразно вместо замены линейных выключателей мощности перевести их в режим работы ВН. Как видно из схемы на рис, 2.15, выключатели мощности, соответствующие току КЗ, устанавливаются только в цепях ввода и в качестве секционного. При повреждении на ВЛ отключается выключатель ввода соответствующей секции с последующим отделением повреждений ВЛ в бестоковую паузу АПВ. Все коммутационные переключения в нормальном режиме осуществляются выключателями, работающими в режиме ВН.
Аналогично можно использовать выключатели высокого напряжения 110-500 кВ, если они не соответствуют току КЗ в месте их установки, переведя их в режим работы выключателя нагрузки.


Рис. 2.14. Схема с трехобмоточным трансформатором для питания местного района на 6-10 и 35 кВ.

Рис. 2.15. Использование выключателей нагрузки на стороне 6-10 кВ: а и б - одиночные линии; в - групповые линии.


Рис. 2.16. Схемы присоединения синхронных компенсаторов
В полуторной схеме в таких случаях в качестве выключателей нагрузки используются только средние выключатели, а шинные заменяются на более мощные; в квадрате (четырехугольнике) используются два накрест расположенных выключателя, а два заменяются; в схемах Ш-Т можно использовать секционные выключатели.



 
« Современная система противопожарной защиты кабелей   Сравнение вакуумных и элегазовых выключателей среднего напряжения »
электрические сети