Унификация элементов сети - Главные схемы электрических соединений

В соответствии с [46] главная схема электрических соединений подстанций должна удовлетворять следующим требованиям:
обеспечивать требуемую надежность электроснабжения потребителей подстанций и транзита мощности по межсистемным связям в нормальном и послеаварийном режимах;
учитывать перспективу развития;
допускать возможность постепенного расширения РУ всех напряжений;
учитывать требования противоаварийной автоматики;
обеспечивать возможность проведения ремонтных и эксплуатационных работ на отдельных элементах схемы без отключения смежных присоединений.
Для распределительных устройств подстанций 35— 750 кВ разработаны и утверждены для применения при проектировании типовые схемы. Определяющим для выбора схемы РУ является количество присоединений. Типовые схемы охватывают большинство встречающихся в практике случаев проектирования подстанций и удовлетворяют изложенным выше требованиям. Действующие типовые схемы РУ 110, 220 и 330 приведены в табл. 19 и на рис. 49.
Часть приведенных схем каждого напряжения предназначены для применения на стороне ВН, другие — на стороне СН подстанций. Как правило, для РУ ВН применяются более простые схемы: без выключателей либо с количеством выключателей, меньшим числа присоединений или равным ему. Схемы, предназначенные для применения на стороне СН, имеют более одного выключателя на каждое присоединение (но не более 1,5).
Типовые схемы РУ 6—10 кВ (НН для подстанций 110, 220 и 330 кВ) и 35 кВ (СН для подстанций 110 кВ и НН для подстанций 220 и 330 кВ с АТ) приведены на рис. 50.
Следует отметить, что опыт проектирования и строительства подстанций с использованием типовых схем РУ позволил существенно сократить их количество в действующей номенклатуре по сравнению с ранее действовавшей. Тем не менее имеются возможности дальнейшего сокращения количества типовых схем.

Попытка создания типовых главных схем электрических соединений подстанций с различными сочетаниями действующих типовых схем РУ привела бы к такому их количеству, которое исключило бы возможность типизации и унификации подстанций. Однако приведенные выше (см. гл. 4) результаты исследований принципов построения схем электрической сети 110—330 кВ и рекомендации по ограничению на этой основе количества присоединений на подстанциях массового строительства (см. § 15, 16) позволяют уменьшить число применяемых схем и создать приемлемое количество их комбинаций.
Типовые схемы должны быть разработаны на конечный этап развития подстанций. Учитывая, что в практике электросетевого строительства сооружение подстанций осуществляется поэтапно (на первом этапе, как правило, устанавливается один трансформатор; происходит постепенное присоединение линий), главные схемы, конструктивное выполнение подстанций и условия их комплектации должны допускать такое развитие.

Рис. 49. Типовые схемы РУ 110—330 кВ
Таблица 19

Примечания: 1. Схемы 1 и 3 предназначены для однотрансформаторных подстанций. которые являются первым этапом двухтрансформаторных и поэтому не приводятся.

1. Схема 2 предназначена для подстанций с ВН 35 кВ.
2. Схема 9 предназначена для РУ 35 кВ (см. рис. 50, в).

Рис. 50. Типовые схемы РУ НН (6—10 кВ, а—в, д и СН (35 кВ, г, е)
С учетом изложенного ниже приводятся рекомендации по главным схемам электрических соединений унифицированных подстанций с ВН 110, 220 и 330 кВ.

Подстанции с ВН 110 кВ (рис. 51).

Приведенные в настоящей работе, а также ранее опубликованные [49] результаты исследований позволяют ограничить число схем 110 кВ для типовых подстанций тремя:
110—4 — при присоединении к сети по двум радиальным ВЛ или на ответвлениях от двух ВЛ;
110—5 — при присоединении в рассечку одной ВЛ;
110—10 — при присоединении к сети по трем-четырем ВЛ.
Что касается схемы 110—10, то необходимо высказать следующие соображения. В соответствии с утвержденными типовыми схемами РУ 110 кВ при трех и более ВЛ предусматривается обходная система шин для возможности замены любого линейного выключателя при его ремонте или отказе обходным выключателем. Сооружение обходной системы шин повышает надежность работы линейных присоединений и требует увеличения капиталовложений, площадки подстанции (100 м² на одну ячейку), усложняет выполнение оперативных переключений. Обязательность такого решения при малом количестве ВЛ на подстанции представляется недостаточно обоснованной [50]. 

Рис. 51. Схемы типовых унифицированных подстанций 110 кВ:
1, 2, 3 — типовые схемы на стороне ВН соответственно 110—4, 110—5 и 110—10; а — трансформаторы 110/10 кВ до 16 МВ-А; б — трансформаторы 110/10 кВ 25— 40 МВ · А; в — трансформаторы 110/35/10 кВ 6,3—40 МВ-А.
Примечание. Количество линий 10 кВ принимается в зависимости от мощности трансформаторов (см. табл. 18).

Как показано выше, при современном уровне развития электросетей все подстанции 110 кВ при конечной схеме своего развития должны питаться не менее чем по двум ВЛ, поэтому отключение одной из них при отказе или плановом ремонте линейного выключателя, который выполняется раз в 6— 8 лет, не приводит к нарушению электроснабжения.  В § 12 показано, что применение схемы подстанции 110 кВ с тремя-четырьмя ВЛ (т. е. схемы 110—10) оправдано в тех случаях, когда она является узловой, т. е. все ВЛ являются питающими. Таким образом, применение в этой схеме обходной системы шин нецелесообразно. Отказ от обходной системы шин существенно упростит создание для этой схемы комплектной блочной подстанции заводского изготовления (см. § 18). Исходя из этих соображений, для типовых унифицированных подстанций рекомендуется применение схемы 110—10 без обходной системы шин.
На стороне СН (35 кВ) подстанций с трехобмоточными трансформаторами применяется одиночная секционированная система шин для присоединения, как правило, до четырех ВЛ (рис. 50, е), а на стороне НН — эта же схема (рис. 50, а) с количеством отходящих линий, соответствующим мощности трансформаторов.
Для подстанций с двухобмоточными трансформаторами схема на стороне НН принимается в зависимости от их мощности: одиночная секционированная система шин для трансформаторов 6,3—16 МВ·А (в отдельных случаях и для 25 МВ-А) либо две одиночные секционированные системы шин для трансформаторов 25—40 МВ-А, выполняемых с расщепленными обмотками для ограничения токов КЗ.

Подстанции с ВН 220 кВ (рис. 52).

 

Рис. 52. Схемы типовых унифицированных подстанций 220 кВ: а — схема на стороне ВН 220—4; б — то же 220—5; в — то же 220—7; г — то же 220—8

На стороне ВН унифицированных подстанций рекомендуется применение следующих схем:
220—4 — для подстанций с АТ мощностью до 125 МВ-А, присоединяемых к сети по двум радиальным ВЛ или на ответвлениях от двух ВЛ;
220—5 — для подстанций с АТ до 125 МВ-А, присоединяемых в рассечку ВЛ;
220—7 — то же, но при АТ мощностью 200 МВ-А;
220—8 — при присоединении подстанции к сети по трем- четырем линиям.
Необходимо отметить, что схема расширенного четырехугольника (220—8) является развитием схемы 220—7 и поэтому подстанции по рис. 52, в и г могут рассматриваться как один тип.
На стороне СН (110 кВ) рекомендуется применение типовой схемы 110—12 (одиночная секционированная и обходная системы шин с отдельными обходным и секционным выключателями), а при мощности АТ 63 МВ-А и соответственно четырех отходящих ВЛ — схемы 110—11 (то же, что 110—12, но с совмещенным обходным и секционным выключателями).
Из изложенного выше (§ 16) следует, что для схем на стороне НН не могут быть даны однозначные рекомендации, так как выбор напряжения этих обмоток и схемы на стороне НН зависит от местных условий. В зависимости от наличия местной нагрузки, потребности в источниках реактивной мощности и их типа можно принять схемы на рис. 50, в, г или д.

Подстанции с ВН 330 кВ (рис. 53).

На стороне ВН подстанции 330 кВ присоединяются к сети либо по двум ВЛ (в рассечку линии), либо по трем-четырем ВЛ. При включении подстанции в рассечку ВЛ можно применить следующие схемы: мостик с выключателями в цепях линий или трансформаторов; четырехугольник.

Рис. 53. Схемы типовых унифицированных подстанций 330 кВ: а — при двух АТ; б — при четырех АТ
Как показано в [44], применение схемы четырехугольника является более экономичным, несмотря на то что она требует большего количества выключателей, чем схема мостика (1 выключатель на присоединение вместо 0,75). Это объясняется дополнительными затратами в схеме мостика на сооружение ремонтной перемычки с разъединителями, а также учетом ущерба от недоотпуска электроэнергии за счет меньшей надежности этой схемы. Выполненные вероятностные расчеты показывают, что периодичность полного погашения подстанции по схеме мостика с тремя выключателями составляет 12—17 лет, а по схеме четырехугольника — 278 лет. Эти соображения предопределили исключение схемы мостика из числа типовых.
Исходя из этого, для подстанций 330 кВ, включаемых в рассечку линии, на стороне ВН принимается типовая схема четырехугольника (330—7). На первом этапе при одном АТ и одной ВЛ устанавливаются два выключателя, взаимно резервирующие друг друга при ремонте одного из них. Возможен вариант с отказом от установки этих выключателей и применением для отключения повредившегося АТ телеотключающего сигнала. В дальнейшем — при двух АТ и одной ВЛ или двух ВЛ и одном АТ — осуществляется схема треугольника с компоновкой по схеме полного четырехугольника. Возможность постепенной реализации является одним из достоинств схемы четырехугольника.
При присоединении подстанции к сети 330 кВ по трем- четырем ВЛ получила распространение схема трансформаторы — шины (330—15) с присоединением каждой ВЛ через два выключателя (см. рис. 49,л). Эта схема является развитием схемы четырехугольника, причем с увеличением количества присоединяемых ВЛ увеличивается удельное    число выключателей (1 на присоединение — схема 300—7; 1,2 — схема 330—15 с тремя ВЛ; 1,33 — схема 330—15 с четырьмя ВЛ) и снижается ее надежность за счет увеличения вероятности совпадения отказа выключателя поврежденной ВЛ с плановым ремонтом выключателя другой ВЛ.
В последнее время для этих условий (четыре ВЛ и два АТ) рекомендуется более экономичная схема расширенного четырехугольника (330—8, см. рис. 49, д), в которой число выключателей составляет 0,67 на одно присоединение. В этой схеме АТ должны присоединяться к более коротким линиям через разъединители с дистанционными приводами, включенными в цикл автоматики, причем эти линии нс должны иметь ОАПВ. Недостатком схемы является то, что при устойчивом повреждении линии, к которой подключен автотрансформатор, последний отключается на время, необходимое для восстановления схемы действиями оперативного персонала. Однако с учетом того обстоятельства, что оставшийся в работе автотрансформатор при допустимой перегрузке покрывает нагрузку подстанции (см. § 15), а также отмеченной выше общей тенденции к сокращению длины линий 330 кВ этот недостаток не должен служить основанием для отказа от широкого применения схемы 330—8. Следует добавить, что ОАПВ находит применение на ограниченном числе ВЛ 330 кВ, поэтому данное условие также не будет служить препятствием для применения этой схемы.
Приведенные соображения позволяют рекомендовать применение схемы 330—8 для типовых подстанций 330 кВ с тремя-четырьмя ВЛ. Такое решение позволит также разработать один тип ОРУ 330 кВ для подстанций с двумя и тремя-четырьмя ВЛ, так как присоединение одной-двух дополнительных линий к ОРУ по схеме 330—7 возможно осуществить при сохранении его компоновки.
На стороне СН (110 кВ) унифицированной подстанции 330 кВ должна быть предусмотрена схема, обеспечивающая присоединение 8—12 ВЛ (в зависимости от мощности АТ). Этому условию удовлетворяет типовая схема 110—12 (см. рис. 49, з).
На стороне НН могут быть применены схемы, рекомендованные выше для подстанции 220 кВ (рис. 50, в, г или д). С учетом того, что для подстанции 330 кВ достаточно часто оказывается целесообразной установка трех-четырех АТ (см. § 15), на унифицированных подстанциях должна предусматриваться такая возможность. 

Увеличение количества АТ до четырех не оказывает влияния на приведенные выше решения по схеме ОРУ 330 кВ, так как на стороне ВН могут быть присоединены по два АТ попарно как один блок [46] либо по схеме расширенного четырехугольника (при двух ВЛ). Однако увеличение суммарной трансформаторной мощности подстанции до 4X200 МВ-А неизбежно приводит к росту количества Отходящих ВЛ 110 кВ, число которых может достигнуть 20. Кроме того, раздельное подключение АТ на стороне 110 кВ увеличивает количество присоединений еще на два. При таком количестве присоединений на стороне СН должна быть применена типовая схема 110—14 — две секционированные рабочие и обходная системы шин (см. рис. 49,к). Это условие делает невозможным использование схемы рис. 53, а с ее дальнейшим развитием и предопределяет необходимость создания для такого случая самостоятельной схемы (рис. 53,б).
При решении вопроса о применении того или другого типа подстанций должна быть проанализирована перспективная нагрузка в районе ее расположения и определена целесообразная конечная мощность.
Таким образом, несмотря на многообразие сочетаний различных по напряжению и количеству присоединений РУ, можно разработать ограниченное количество типовых схем для унифицированных подстанций 110—330 кВ, в том числе с ВН 110 кВ — 9 типов; с ВН 220 кВ — 4 типа; с ВН 330 кВ — 2 типа.
Разработка проектов и строительство подстанций заводского изготовления упрощаются за счет повторяемости отдельных элементов (РУ всех напряжений, узлов установки трансформаторов и др.) в разных типах подстанций.