1-4. СХЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЭНЕРГОЕМКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Схемы электроснабжения имеют ступенчатое построение. Число ступеней зависит от мощности предприятия и характера размещения электрических нагрузок на его территории. В большинстве случаев применяются две-три ступени, так как многоступенчатые схемы усложняют защиту и эксплуатацию.
На первой ступени распределения энергии на крупных энергоемких предприятиях могут быть применены две системы:
воздушные или кабельные линии глубоких вводов 110 (220) кВ, при передаваемых мощностях около 60 МВА и более.
жесткие или гибкие токопроводы 6-10 кВ при передаваемых мощностях в пределах 20—60 МВА.
Под первой ступенью распределения энергии подразумевается сетевое звено между источником питания предприятия (УРП, ТЭЦ, ГПП) и подстанциями глубоких вводов (ПГВ), если распределение производится при напряжении 110—220 кВ, или же между ГПП и распределительными пунктами (РП), если распределение производится при напряжении 6—10 кВ. Возможности прохождения линий глубоких вводов 110—220 кВ и токопроводов 6—10 кВ и размещения ПГВ следует предусматривать заблаговременно при построении генплана предприятия с учетом характера застройки площадки и прохождения других внутриплощадочных коммуникаций.
Глубокие вводы 110 и 220 кВ заходят на предприятие и проходят по его территории к подстанциям 110—220 кВ, располагаемым у наиболее крупных пунктов потребления электроэнергии, Происходит дробление понизительных подстанций 110—220 кВ; правильнее сказать прием энергии децентрализуется (рассредоточивается) по нескольким подстанциям 110 или 220 кВ, которые получили название подстанций глубоких вводов в отличие от главных понизительных подстанций.
Число ПГВ зависит от степени концентрации нагрузок на предприятии. При разбросанных нагрузках и больших территориях (горно-обогатительные комбинаты, карьеры и т. п.) число подстанций, подключаемых к линиям глубокого ввода, доходит до 10—12. В районах предприятий с более концентрированными нагрузками, где имеются крупные электропечи, электролиз, мощные электродвигатели и т. п., мощность ПГВ получается большей, а их число относительно меньшим. Подстанции глубоких вводов применяются простейшего типа, без выключателей и сборных шин, на первичном напряжении 110—220 кВ. Они в ряде случаев размещаются непосредственно рядом с обслуживаемыми ими производственными корпусами. Распределительные устройства 6—10 кВ целесообразно встраивать прямо в эти корпуса, что дает более экономичное решение генплана. В большинстве случаев применяются двухтрансформаторные подстанции 110—220 кВ. Однотрансформаторные ПГВ допустимо применять в случаях, когда можно обеспечить аварийное питание нагрузок I категории по связи вторичного напряжения.
Глубокие вводы выполняются по двум схемам:
а) в виде магистральных воздушных линий, проходящих в зоне основных нагрузок и питающих несколько (3—5) разукрупненных «отпаечных» подстанций 110—220 кВ, присоединяемых к линии по упрощенным схемам с применением короткозамыкателей и отделителей (рис. 1-1) или выключателей, а иногда только разъединителей;
б) в виде радиальных кабельных или воздушных линий, питающих разукрупненные подстанции 110— 220 кВ по схеме блока линия—трансформатор (рис. 1-2).
Под источниками питания (ИП) подразумеваются:
подстанция энергосистемы при расположении ее в непосредственной близости от предприятия;
узловая распределительная подстанция предприятия (УРП);
собственная ТЭЦ предприятия.
Необходимо отметить, что на современных крупных предприятиях даже при наличии собственной ТЭЦ основным источником питания в большинстве случаев является энергосистема. Мощность ТЭЦ определяется потреблением тепловой энергии предприятием. При наличии собственной ТЭЦ на энергоемком предприятии ее связь с энергосистемой осуществляется через одну из УРП (рис. 1-1 и 1-2) или через отдельные линии 110— 220 кВ и трансформаторы связи, могущие работать реверсивно. Кроме того, иногда предусматриваются связи на вторичном напряжении (6—10 кВ) с ближайшими подстанциями глубоких вводов.
Рис. 1-1. Схема магистральных глубоких вводов.
а — скелетная схема распределения энергии; б, в, г, д, е, ж— варианты схем ПГВ; 1 — от энергосистемы; 2 — дополнительная связь с энергосистемой; S — связи на напряжении 6—10 кВ.
Рис. 1-2. Схема радиальных глубоких вводов.
а — скелетная схема распределения энергии ((варианты I и 2); б, в, г, д, е — варианты схем ПГВ; ж, з, и — варианты схем УРП; к — подсоединение двух линий глубоких вводов под один общий выключатель на УРП.
Под узловой распределительной подстанцией понимается центральная подстанция предприятия на напряжение 110—500 кВ, которая получает энергию от энергосистемы и распределяет ее по подстанциям глубоких вводов 35—220 кВ данного предприятия. В зависимости от подводимого напряжения узловая подстанция может быть чисто распределительной или же с частичной трансформацией, например с 330 или 500 кВ на напряжение 110 кВ, являющееся напряжением распределительной сети первой ступени.
В некоторых случаях целесообразно совмещение УРП с районной подстанцией энергосистемы, особенно если основная или значительная часть электроэнергии потребляется данным предприятием. Система шин УРП обычно одиночная секционированная. На крупных УРП со значительным числом присоединений применяется обходная система шин. В отдельных случаях применяется двойная система шин с обходной системой с надлежащим обоснованием ее необходимости.
На предприятиях крупных или очень ответственных, а также при загрязненной окружающей среде целесообразно сооружение двух УРП, расположенных, таким образом, чтобы они ни при каких обстоятельствах не попадали одновременно в факел загрязнения. Тогда схема распределения энергии принимает вид, изображенный на рис. 1-2 (вариант 2). Магистральные глубокие вводы (см. рис. 1-1) целесообразны и допустимы при нормальной или мало загрязненной окружающей среде и возможности прохождения воздушных линий и размещения подстанций 110—220 кВ на территории предприятия возле соответствующих основных групп электроприемников. Не рекомендуется присоединять к одной магистральной линии более четырех подстанций при мощности трансформаторов до 20 МВА и более двух-трех подстанций с трансформаторами большей мощности. Магистральные схемы с отделителями имеют следующие недостатки:
При повреждении любого трансформатора отключаются кратковременно все другие трансформаторы, подключенные к данной магистральной линии, на время действия автоматики [Л. 2].
Иногда приходится прибегать к двукратному автоматическому повторному включению (АПВ) [Л. 2], а это усложняет устройство АПВ.
Усложняются защита и автоматика при наличии на вторичном напряжении (6—10 кВ) крупных синхронных электродвигателей, синхронных компенсаторов, связей с ТЭЦ и других источников, дающих подпитку при коротком замыкании в сети первичного напряжения.
Широкому применению магистральных глубоких вводов с отделителями и короткозамыкателями в настоящее время препятствует недостаточно надежная работа этих аппаратов, особенно в загрязненных зонах. Имел место ряд аварий и отказов в работе вследствие дефектов этих аппаратов (недостаточность усилий, развиваемых пружинами, незащищенность пружин и механизмов от атмосферных осадков и обледенения, поломки тяг, нечеткая работа блокировочного реле). Эти обстоятельства временно ограничивают применение магистральных схем впредь до выпуска новых отделителей и короткозамыкателей, контакты которых будут заключены в закрытую оболочку, заполненную элегазом, электрическая прочность которого даже при небольшом давлении достигает прочности масла. Если все
же по условиям генплана и общей схемы электроснабжения приходится применять магистральное питание и так называемые «отпаечные» подстанции, то необходимо поступать следующим образом:
предусматривать вполне надежное и достаточное резервирование на случай отказа одного из отделителей или короткозамыкателей;
в отдельных случаях в загрязненных зонах или для особо ответственных потребителей устанавливать на ответвлениях к трансформаторам масляные или воздушные выключатели (см. рис. 1-1,ж и 1-2,е); в последнем случае нужен очень осторожный подход и вопрос об ответственности установок должен квалифицированно решаться в каждом отдельном случае с тщательным учетом всех факторов во избежание необоснованных излишеств.
Радиальные глубокие вводы (рис. 1-2) применяются преимущественно при загрязненной окружающей среде, хотя в ряде случаев применение их может оказаться целесообразным и при нормальной среде. Применение кабельных радиальных вводов особенно целесообразно при стесненной территории и наличии зданий, сооружений и верхних промышленных разводок, мешающих прохождению воздушных линий и размещению подстанций 110—220 кВ. При радиальных схемах глубоких вводов аварии на питающей линии или в трансформаторе не отражаются на работе других подстанций, и в этом заключается преимущество их перед магистральными схемами. Но радиальные линии дороже магистральных. Для их удешевления можно присоединить две линии глубоких вводов под один выключатель на УРП (рис. 1-2,к) вместо схемы с отдельными линиями к каждому трансформатору. Каждая ПГВ получает питание от двух разных секций шин УРП.
Действие схемы на рис. 1-2,к происходит следующим образом. При повреждении Т2 на ПГВ1 от его защиты подается импульс на отключение выключателя МВ2 на ИП. Указательное реле фиксирует поврежденный трансформатор. После неуспешного АПВ дежурный отключает разъединитель Р1 и включает снова выключатель МВ2, тем самым восстанавливая питание неповрежденного трансформатора на ПГВ2 по линии Л2. Если ИП расположен в чистой зоне, то вместо разъединителей Р1 и Р2 можно поставить отделители, и все описанные выше операции будут выполнены автоматически. На время отключения линий Л1 и Л2 питание соответствующих секций ПГВ1 и ПГВ2 будет автоматически восстановлено от соседних трансформаторов при помощи АВР секционных выключателей. При аварии на линии Л1 или JI2 после неуспешного АПВ отключается МВ2 от защиты соответствующей линии. Поврежденная линия фиксируется указательным реле. Восстановление питания по здоровой линии происходит так же, как и в описанном выше случае аварии с трансформатором, а питание секции па стороне 6—10 кВ восстанавливается при помощи АВР секционного выключателя.
Из изложенного вытекает, что при системе двухтрансформаторных ПГВ схема на рис. 1-2,к обеспечивает бесперебойное питание ответственных потребителей при необходимом запасе мощности выбранных трансформаторов при использовании их допустимой послеаварийной перегрузки и наличии АВР на вторичном напряжении трансформаторов. Основным преимуществом системы глубоких вводов и разукрупненных подстанций 110—220 кВ является резкое упрощение и следовательно, удешевление распределительной сети с одновременным повышением ее общей надежности. Отпадают промежуточные распределительные пункты (РП), необходимые при крупных ГПП, так как при разукрупненных подстанциях 110—220 кВ (ПГВ) функции РП выполняют распределительные устройства вторичного напряжения (6—10 кВ). Следовательно, отпадает звено коммутации и одно промежуточное сетевое звено, а иногда сокращается число ступеней трансформации. Распределение энергии на первой ступени производится при повышенном напряжении, т. е. с минимальными потерями энергии и затратами проводникового металла и меньшими капиталовложениями. Резко сокращаются распределительные сети вторичного напряжения 6—10 кВ, а следовательно, сильно уменьшается протяженность дорогих кабельных туннелей и других кабельных трасс и повышается надежность канализации энергии.
Общая надежность электроснабжения повышается также потому, что зона аварии резко сокращается, так как при аварии выпадает только одно сравнительно небольшое звено, которое легче восстановить, чем при мощных ГПП. При разукрупненных подстанциях глубоких вводов получаются еще следующие дополнительные преимущества:
Уменьшаются рабочие токи и токи к. з. на вторичном напряжении указанных сравнительно небольших подстанций. Следовательно, упрощается коммутация и в ряде случаев можно обойтись без реактирования линий или же применить групповые реакторы в цепях трансформаторов и не потребуются дорогие громоздкие многоамперные выключатели типа МГГ на вводах и секциях. Значительно облегчается задача регулирования напряжения (см. § 1-7,6).
Рис. 1-3. Зоны загрязнения.
— источник загрязнения; 2 — зона III степени загрязнения; 3 —зона II степени загрязнения; 4 — зона I степени загрязнения; 5 — ЗРУ; 6 — ОРУ с усиленной изоляцией; 7 — ОРУ с нормальной изоляцией.
Упрощается развитие электроснабжения, которое решается более просто и дешево, в большинстве случаев путем сооружения новых подстанций в центрах возникающих нагрузок, а не путем расширения существующих подстанций, как это делалось ранее при мощных ГПП. Предусматривается все же возможность замены установленных трансформаторов трансформаторами большей мощности при выдаче строительного задания на фундаменты и маслосборное устройство.
На предприятиях черной и цветной металлургии, химии и др. имеется ряд производств, выделяющих вредные уносы, загрязняющие окружающую среду.
В эксплуатации выявилась большая аварийность на открытых подстанциях, расположенных в районах предприятий, подверженных наиболее интенсивному загрязнению заводскими уносами.
В этих районах не допускается открытая установка электрооборудования или применение аппаратов с нормальной электрической изоляцией. Установлены [Л. 6] три зоны по степени загрязненности окружающей среды для выбора типа подстанций, их размещения и выбора изоляции электрооборудования (рис. 1-3). Зона I (с первой степенью загрязненности) — самая чистая. В пределах этой зоны можно размещать открытые подстанции любой сложности с нормальной изоляцией. В зоне II (со второй степенью загрязненности) на открытых подстанциях со сборными шинами и развитой схемой коммутации необходимо предусматривать изоляцию усиленного исполнения класса Б по ГОСТ 9920-61 или выбирать изоляцию на следующий класс напряжения, или же предусматривать закрытые распределительные устройства (ЗРУ).
В зоне III (наиболее загрязненной) открыто можно ставить только аппараты со второй степенью усиления изоляции, а так как они пока не изготовляются, то нужно предусматривать закрытые распределительные устройства. Трансформаторы во всех зонах устанавливаются открыто, но в зонах II и III они должны быть с усиленной изоляцией вводов. Упрощенные подстанции глубоких вводов, выполненные по схемам на рис. 1-1 и 1-2, можно во всех зонах выполнять открытыми, причем в зонах II и - III изоляция должна быть усиленная или же выбрана на следующий класс напряжения. Наиболее рекомендуемыми являются схемы радиального питания ПГВ, представленные на рис. 1-2. Если же по условиям общей схемы электроснабжения глубокие вводы в загрязненной зоне осуществляются магистральными воздушными линиями 110—220 кВ с применением так называемых «отпаечных» подстанций, последние нужно выполнять по максимально упрощенной схеме с минимумом аппаратов и токоведущих частей. У трансформатора следует предусматривать только отделители и не ставить короткозамыкателей, а предусматривать подачу отключающего импульса на головной выключатель УРП (или другого источника питания). Нужно всячески избегать применения схемы «мостика» на подстанциях, располагаемых в пределах минимального защитного промежутка и, в частности, не применять эту схему в зоне III степени загрязненности.
Из изложенного вытекают следующие рекомендации:
Подстанции глубоких вводов, расположенные в загрязненных зонах II и III, выбирать по простейшим схемам коммутации на первичном напряжении, приведенным на рис. 1-1 и 1-2, причем в зоне III применять наипростейшие схемы (см. рис. 1-2).
Узловые подстанции УРП и другие подстанции с развитой схемой располагать в зоне I таким образом, чтобы они не попадали в факел загрязнения.
Для крупных и ответственных предприятий применять схему электроснабжения с двумя УРП, приведенную на рис. 1-1 и 1-2, причем УРП на предприятиях с загрязненной средой располагать таким образом, чтобы ни при каких условиях они одновременно не попадали в факел загрязнения.
На узловых подстанциях 110—220 кВ применяются одна или две системы шин в зависимости от мощности и числа присоединений.
Рис. 1-4. Схема крупной подстанции 110—220/6—10 кВ с обходной системой шин на стороне 110—220 кВ.
Схемы с обходной системой сборных шин 110—220 кВ как при двух, так и при одной рабочих системах (рис. 1-4) применяются в случаях, когда необходимы маневренность и гибкость оперативных переключений, а также когда требуется частая ревизия выключателей, например на электропечных подстанциях, на УРП энергоемких предприятий со значительным числом транзитных линий и т. п. На вторичном напряжении 6—10 кВ ПГВ и ГПП в большинстве случаев применяются схемы с одной секционированной системой шин как наиболее простые и надежные.
Двойная система шин на напряжении 6—10 кВ применяется только на очень мощных подстанциях ответственного назначения, например на очень крупных подстанциях больших заводов с развитой электрической сетью, большим количеством присоединений и наличием связей и транзитных линий. Эксплуатация показала, что аварии вследствие ошибочных операций с шинными разъединителями при двойной системе шин приводят к тяжелым последствиям и значительным перерывам в электроснабжении.
При крупных трансформаторах на стороне 6—10 кВ коммутируются большие токи короткого замыкания из энергосистемы и от синхронных электродвигателей, число и мощность которых на современных крупных предприятиях велика. Для снижения этих токов применяют трансформаторы с расщепленными обмотками вторичного напряжения или групповые расщепленные реакторы, устанавливаемые в цепях вторичного напряжения трансформаторов или на отходящих линиях.
Рис. 1-5. Элементы схем на стороне 6—10 кВ ПГВ и ГПП. Реактивности и типы реакторов, а также типы выключателей выбираются в соответствии с токами короткого замыкания с учетом подпитки от синхронных двигателей (СД) и рабочими токами.
Так как степень неравномерности нагрузки секций или линий может изменяться в процессе эксплуатации, номинальный ток каждой ветви расщепленного реактора принимается равным не менее 0,675 номинального тока трансформатора или ввода. Индивидуального реактирования на отходящей линии следует избегать, так как это вызывает конструктивное усложнение и удорожание электрической и строительной частей главной подстанции.
Характерные примеры элементов схем на стороне 6—10 кВ ПГВ и ГПП приведены на рис. 1-5.
Магистральные схемы 6—10 кВ с применением мощных токопроводов являются второй прогрессивной системой распределения энергии на первой ступени электроснабжения крупных энергоемких предприятий. Они применяются при большом числе часов использования максимума, высоких удельных плотностях нагрузок или концентрированном расположении крупных мощностей, при размещении основных потребителей, благоприятном для осуществления магистрального питания, т. е. в тех случаях, когда число направлений основных потоков энергии минимально. Этим условиям в большей степени удовлетворяют предприятия цветной и черной металлургии, химии и других энергоемких отраслей промышленности. В большинстве случаев применяются схемы с двойными двухниточными магистральными токопроводами, что необходимо как для увеличения их пропускной способности, так и для обеспечения надежного питания потребителей. На крупных предприятиях применяются схемы распределения энергии при помощи двух (рис. 1-6,а) или трех двойных магистральных токопроводов, прокладываемых по разным трассам через зоны размещения основных электрических нагрузок.
Рис. 1-6. Схема электроснабжения с мощными магистральными токопроводами.
а— двухниточный токопровод; б — блок трансформатор—токопровод.
Для питания крупных концентрированных нагрузок иногда применяются четыре двойных токопровода, идущие по одной трассе. На менее крупных предприятиях применяются схемы с одиночными двухниточными токопроводами. На ответвлениях от токопроводов к РП устанавливаются реакторы для ограничения мощности короткого замыкания примерно до величины отключаемой мощности выключателей типов ВМГ или ВМП. Если вся энергия распределяется по токопроводам, то применяется схема блока трансформатор — токопровод, без сборных шин не только на первичном (110—220 кВ), но и на вторичном (6—10 кВ) напряжении (рис. 1-6,6). От каждого трансформатора питаются два токопровода перекрестно, т. е. разные нитки каждого токопровода питаются от разных трансформаторов. Получается простая, недорогая и вполне надежная схема, так как при наличии АВР на распределительных подстанциях, присоединенных к токопроводам, сохраняется бесперебойное питание при любой аварии: в токопроводе, трансформаторе и на питающей линии 110 кВ. Если же часть энергии распределяется по токопроводам, а часть — через сборные шины 6—10 кВ, то токопроводы следует подключать непосредственно к трансформатору через отдельный выключатель, минуя сборные шины. Благодаря этому создается независимое питание токопроводов и разгружаются вводные выключатели. Это иногда позволяет применить на вводах более простые, недорогие и менее громоздкие типы выключателей и стандартные камеры КРУ.
Схемы с магистральными токопроводами пригодны для потребителей любой категории, так как они обеспечивают надежность и бесперебойность питания. Секции распределительных пунктов, питаемых от токопроводов, при нормальном режиме работают раздельно; на секционных выключателях осуществляется АВР, обеспечивающее бесперебойное питание при повреждении одного из токопроводов. Разработана простая и надежная быстродействующая защита токопроводов.
Трасса токопроводов выбирается с таким расчетом, чтобы она проходила в зонах основных электрических нагрузок. В центрах групп этих нагрузок размещаются распределительные пункты, питаемые от токопроводов. При правильном выборе трассы обеспечивается питание от токопроводов примерно 70—75% всех электрических нагрузок предприятия. Остальные потребители, расположенные вне зоны прохождения токопроводов, питаются или непосредственно от основных центров питания (ГПП, ТЭЦ), или же от выносных подстанций, питаемых кабельными линиями от ближайшего РП. В большинстве случаев токопроводы, кроме распределения энергии между подстанциями, расположенными по их трассе, используются также в качестве связей между источниками питания в целях их взаимного резервирования.
При сопоставлении и выборе одной из двух описанных выше прогрессивных систем распределения энергии на первой ступени электроснабжения, кроме передаваемых мощностей, необходимо руководствоваться также следующими соображениями. Если по условиям размещения нагрузок и построения генплана удается в максимальной степени осуществить принцип дробления подстанций 110 кВ, то необходимость в мощных токопроводах, естественно, отпадает. Если же размещение большого числа подстанций 110—220 кВ и прохождение воздушных линий глубоких вводов затруднены, то применяются токопроводы. Окончательное решение принимается при построении генплана на основании техникоэкономического расчета. Иногда одновременно применяются обе эти прогрессивные системы. Примером такого сочетания может служить схема электроснабжения крупного района предприятия, приведенная на рис. 1-7. На схеме показаны две двухтрансформаторные подстанции глубоких вводов 110 кВ с применением трансформаторов с расщепленными обмотками. Распределение электроэнергии в основном осуществляется по токопроводам 6 кВ. Но часть внешних потребителей, а также потребителей, расположенных вне трассы токопроводов, питается от шин вторичного напряжения ГПП или выносных РП, приключенных непосредственно к выводам вторичного напряжения трансформаторов. Предусмотрены аварийные резервные связи на концевых участках токопроводов, питаемых от разных ГПП, чем достигается большая надежность питания.
На участках первой ступени электроснабжения с передаваемой мощностью менее 20 Мвт применяются кабельные линии. При этом для экономии дорогостоящих ячеек и аппаратов на питающем центре иногда целесообразно применять включение двух радиальных или лучше магистральных линий на один выключатель или под один реактор.
Рис. 1-7. Схема электроснабжения с применением глубоких вводов и токопроводов.
Рис. 1-8. Магистральная схема с одним реактором на две магистрали.
На рис. 1-8 дана схема магистрального питания РП с подсоединением двух магистралей под один общий реактор, причем каждая магистраль имеет отдельный выключатель. Каждая секция РП получает питание от разных магистралей, которые в свою очередь приключены к разным секциям источника питания (в данном случае ГПП). При повреждении одной из магистралей ее выключатель отключается, но при этом секции всех присоединенных к ней РП автоматически переключаются на вторую магистраль при помощи АВР на секционном выключателе. Таким образом, схема обеспечивает бесперебойность питания.
На второй и последующих ступенях электроснабжения распределение электроэнергии производится по радиальной, магистральной или смешанной схеме в зависимости от территориального размещения нагрузок, их величин, требуемой степени надежности питания и других характерных особенностей проектируемого объекта. Эти схемы имеют много разновидностей и модификаций по степени надежности питания, и при правильном их выборе каждая из них может быть применена для питания электроприемников любой категории.
Под второй ступенью распределения энергии подразумевается сетевое звено между РП или распределительным устройством вторичного напряжения ПГВ и цеховыми ТП или же отдельными электроприемниками высокого напряжения: электродвигателями, электропечами, преобразователями и др. Схемы с числом ступеней более 2 не рекомендуются, так как применение их, как правило, нецелесообразно по экономическим и коммутационным соображениям. Они могут применяться в отдельных случаях на периферийных участках для питания отдельных выносных трансформаторов или же возникать в процессе эксплуатации.
При выборе схемы учитываются:
взаимное размещение цеховых подстанций и других пунктов приема энергии по отношению к источникам питания;
капитальные вложения при разных вариантах;
величины потерь энергии и расхода проводникового металла;
конструктивное выполнение сетевых узлов и способы канализации электроэнергии.
При выборе схем второй ступени при прочих равных условиях предпочтение следует отдавать магистральным схемам, так как они имеют следующие существенные принципиальные преимущества перед радиальными схемами:
уменьшается число промежуточных звеньев коммутации, так как энергия подается от основного энергетического узла непосредственно к цеховым распределительным и трансформаторным подстанциям.
К одной магистрали подключается несколько подстанций, что позволяет лучше загружать в нормальном режиме кабели, сечение которых было выбрано по экономической плотности тока или току короткого замыкания, т. е. сечение кабеля, выбранное по нагрузке, в нормальном режиме приближается к сечению, необходимому по режиму короткого замыкания или по экономической плотности тока.
Магистральные схемы позволяют сэкономить число камер на питающем центре, так как к одной магистральной линии присоединяется несколько подстанций; Это очень существенно при применении дорогих комплектных выкатных камер КРУ или при реактированных линиях.
Рис. 1-9. Схема с двойными сквозными магистралями 6—10 кВ.
Магистральные схемы позволяют более удобно и экономично выполнять резервирование питаемых подстанций от другого источника при выходе из работы основного пункта питания. Они наиболее целесообразны при распределенных нагрузках и таком взаимном расположении подстанций на территории предприятия, когда возможно наиболее прямое прохождение линий от источника питания до потребителей энергии без «обратных ходов» и длинных обходов.
Магистральные схемы с двумя и более параллельными сквозными магистралями очень надежны и могут быть применены для питания потребителей любой категории, так как каждая секция шин подстанции или трансформатор двухтрансформаторной подстанции (рис. 1-9) присоединены к разным магистралям. Каждая магистраль рассчитана на покрытие основных нагрузок всех подстанций, присоединенных к обеим магистралям; трансформаторы рассчитаны на взаимное резервирование. На секционных выключателях 6—10 кВ и секционных автоматах 380—660 в (см. рис. 1-9) предусматривается АВР. Следовательно, при аварии на одной из магистралей нагрузка автоматически переключается на другую. При таких надежных схемах можно применять глухое присоединение на входе и выходе магистрали, а при системе двухтрансформаторных подстанций можно не устанавливать автоматических отключающих аппаратов (выключателей, предохранителей) на вводе к трансформатору. Это допустимо, если трансформаторы рассчитаны на взаимное резервирование, а релейная защита на головном участке магистрали обладает необходимой чувствительностью при повреждениях в трансформаторе.
Простые магистральные схемы, одиночные и кольцевые, как правило, применяются главным образом для питания периферийных неответственных подстанций малой мощности, питающих потребителей, не требующих высокой степени бесперебойности электроснабжения (неответственные склады и другие вспомогательные помещения, небольшие жилые поселки и пр.).
Рис. 1-10. Схема с одиночными магистралями 6—10 кВ с частичным резервированием на вторичном напряжении.
Для увеличения надежности схемы с одиночными магистралями питаемые ими однотрансформаторные подстанции нужно расположить таким образом, чтобы можно было осуществлять частичное резервирование питания электроприемников I категории по связям низкого напряжения между ближайшими подстанциями (рис. 1-10). К одной магистрали целесообразно подключать до двух-трех трансформаторов мощностью по 1 600—1 000 кВА и четыре-пять трансформаторов мощностью по 630—250 та. При большем числе трансформаторов слишком загрубляется максимальная защита на головном участке магистрали и она может оказаться нечувствительной при коротком замыкании в трансформаторе.
Радиальные схемы распределения энергии применяются главным образом в тех случаях, когда нагрузки расположены в различных направлениях от центра питания. Они наиболее целесообразны для питания крупных сосредоточенных нагрузок высокой ответственности (насосные, компрессорные, преобразовательные, печные и т. п.), так как в этих случаях сечения кабелей, выбранные по условиям нормального и аварийного режимов, будут, как правило, соответствовать сечениям, необходимым но току короткого замыкания и экономической плотности тока, а камеры в питающем центре будут использоваться рационально. Нельзя допускать, за редкими исключениями, питание небольших (160—1000 кВА) трансформаторов по отдельным радиальным линиям большого сечения, выбранного по току к. з., подключенным к дорогим и дефицитным камерам КРУ.
Для питания двухтрансформаторных цеховых подстанций применяется схема с подключением двух магистральных или радиальных линий к одному общему выключателю на распределительном пункте (рис. 1-11). Трансформаторы двухтрансформаторной цеховой подстанции питаются от разных линий, подключенных к равным секциям РП. При повреждении одной из линий, например JI1, отключается и другая, неповрежденная, Л2, подключенная к общему выключателю 1. Но АВР секционного автомата на стороне низшего напряжения восстанавливает питание секций 1 подстанций 3, 4, 5 и 6 путем переключения их на другие секции (2) этих подстанций, которые продолжают получать питание от неповрежденных линий Л7 и Л8. Поврежденная линия J11 отключается разъединителями с двух сторон. Присоединенные к ней трансформаторы были ранее отключены автоматически со стороны низшего напряжения. Затем включается выключатель 1 и восстанавливается питание по неповрежденной магистрали 2, к которой присоединены подстанции 3 и 4, а обе секции подстанций 5 и б продолжают питаться по магистрали 8 до устранения повреждения магистрали 1.
Необходимо отметить, что камеры КРУ, к сожалению, пока не изготовляются для подсоединения двух линий под общий выключатель. На подстанциях второй и последующих ступеней распределения энергии применяется преимущественно одиночная система сборных шин 6—10 кВ, которая в большинстве случаев секционируется выключателем с осуществлением АВР. На цеховых чисто трансформаторных подстанциях применяется блочная схема линия—трансформатор без сборных шин на первичном напряжении и с АВР на стороне вторичного напряжения. При радиальном питании трансформаторов кабельными линиями в большинстве случаев применяется глухое их присоединение к линии.
Рис. 1-II. Схема распределения энергии с подключением двух магистральных или радиальных линий к одному выключателю.
Схемы повышенной надежности. Электроснабжение особых групп электроприемников, упомянутых в § 1-2,6, следует осуществлять таким образом, чтобы при выводе в длительный ремонт или ревизию любого элемента системы электроснабжения всегда сохранялось питание этих электроприемников от двух независимых источников, т. е. и в тех случаях, когда для всех остальных электроприемников остается только один источник. Для этой дели, кроме двух основных источников постоянного питания, предусматривается третий (аварийный), независимый, источник минимальной мощности, необходимый только для безаварийного останова производства, но не для продолжения его. При этом схема электроснабжения строится таким образом, чтобы аварийное питание от третьего источника подводилось только к тем электроприемникам, которые необходимы для безаварийного останова производства, во избежание перегрузки аварийного источника или чрезмерного завышения его мощности. В качестве аварийных источников можно использовать небольшие дизельные электростанции, аккумуляторные батареи или же электрические связи с ближайшим независимым источником питания, которые в нормальном режиме не попользуются. Мощность аварийного источника зависит от характера технологии данного производства. Он находится в постоянной готовности к немедленному включению и автоматически включается при исчезновении напряжения на обоих основных источниках питания. Для обеспечения готовности аварийного источника должен предусматриваться его перевод в режим горячего резерва тотчас после выхода из строя одного из двух основных источников питания. Это делается путем включения на холостой ход аварийной дизельной станции, аварийной перемычки от другого источника и т. п.
Ниже приведены примеры схем электроснабжения предприятий, предусматривающих бесперебойное питание электроприемников особой группы. Все эти схемы предусматривают питание электроприемников от двух независимых источников и обеспечивают электроснабжение потребителей I категории в полном соответствии с требованиями ПУЭ. Для питания же особых групп электроприемников предусмотрены дополнительные источники в виде кабельных перемычек на вторичном напряжении (6—10 кВ) или отдельных генераторов.
Рис. 1-12. Схема электроснабжения при наличии «особых» групп электроприемников.
На рис. 1-12,а приведена схема электроснабжения одного из районов крупного предприятия с двумя основными независимыми источниками в виде двух секций ГПП, Для аварийного питания особых групп электроприемников, имеющихся на РП2 и РП3, дополнительно предусмотрена магистраль небольшой мощности, заходящая поочередно на эти РП и питающаяся от третьего аварийного источника, в качестве которого может служить перемычка от соседнего предприятия или любой другой независимый источник, в том числе небольшой генератор, приводимый двигателем внутреннего сгорания. При наличии АВР на РП аварийное питание может быть автоматически подано на тот РП, к которому присоединены особые группы электроприемников. На РП1, не имеющем «особых» групп электроприемников, заход аварийной магистрали не предусмотрен. Работа схемы происходит следующим образом. При исчезновении напряжения на любой из секций РП2 или РП3 автоматически включается секционный выключатель и все питание РП переводится только на один источник по одной из питающих линий. Тогда подготовляется третий источник, чтобы обеспечить питание «особой» группы электроприемников при полной потере питания РП2 или РПЗ от ГПП. Во избежание перегрузки третьего источника особые группы электроприемников выделяются или предусматривается автоматическое отключение остальных электроприемников перед вводом третьего источника питания.
На рис. 1-12,6 приведен пример схемы электроснабжения сравнительно небольшого участка крупного энергоемкого предприятия, но с ответственными нагрузками. Распределение электроэнергии на этом участке происходит от двух РП, каждый из которых питается от двух независимых источников I и II, подключенных к разным секциям этих источников, т. е. каждая из них также является независимым источником питания в соответствии с ПУЭ. Одиночная система сборных шин РП секционирована с АВР на секционном выключателе. Ответственные цеховые подстанции (двухтрансформаторные) питаются от шин 6—10 кВ разных РП, расположенных на ближайшем расстоянии одна от другой, по блочной схеме линия — трансформатор без сборных шин и выключателей на стороне 6—10 кВ. Если РП значительно удалены один от другого, то питание цеховых подстанций более целесообразно производить от разных секций одного РП. Шины 0,4 кВ цеховых подстанций секционированы с применением АВР на секционном автомате.
Схема рассчитана таким образом, чтобы в аварийном режиме на любом участке было автоматически обеспечено питание нагрузок особой группы, имеющихся на КТП1 и КТП2, при помощи кабельных перемычек низкого напряжения между соответствующими секциями КТП. Подготовка перемычки происходит следующим образом. При выходе из работы, например, РП2 или аварии на линии, идущей от РП2 к трансформатору Т2, включается секционный автомат на КТП2 и все электроприемники питаются только от одной линии, идущей от РП1 и одного трансформатора 77. Тогда проверяется готовность перемычки, и она включается со стороны КТП1, чтобы электроприемники особой группы не потеряли питание в случае возможной аварии с трансформатором 77 или питающей его линией. В последнем случае перемычка автоматически включается автоматом на стороне КТП2. Так как перемычка рассчитана только на питание особой группы электроприемников, то они должны быть выделены или же должно быть предусмотрено автоматическое отключение остальных электроприемников во избежание перегрузки и повреждения перемычки. В схеме на рис. 1-12,6 все трансформаторы и кабели постоянно нагружены и работают при наиболее экономичном режиме с минимально возможными при данной схеме потерями электроэнергии.
Приведенные примеры показывают, как можно сравнительно недорого предусмотреть вполне надежное питание электроприемников особой группы, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства.
