Понизительными называют трансформаторные подстанции, предназначенные для преобразования электроэнергии первичного (высшего) напряжения в электроэнергию вторичного (низшего) напряжения, при котором происходит дальнейшее ее распределение между потребителями или отдельными электроприемниками.
Принципы построения схем электрических соединений понизительных подстанций и электростанций в основном одинаковы.
Особенности в схемах соединения понизительных подстанций обусловлены назначением подстанций, определяемым их положением в общей схеме электроснабжения, и отсюда величинами первичного и вторичных напряжений, характером и общей мощностью присоединяемых потребителей, принятой схемой питания.
Наиболее ответственными в системе электроснабжения являются районные подстанции, которые, объединяя сети электросистемы, осуществляют питание промышленных, транспортных, сельскохозяйственных, коммунально-бытовых и других потребителей электроэнергии большого района.
Первичное (высшее) напряжение районных подстанций соответствует напряжению основных сетей электросистемы, от которых они питаются, и лежит в пределах от 110 до 500 кВ. Вторичное (низшее) напряжение, на котором распределяется электроэнергия от районных подстанций, составляет от 110 до 6 кВ.
Как правило, районные подстанции имеют два (а в некоторых случаях и больше) вторичных напряжения для питания близко расположенных и удаленных на значительные расстояния потребителей.
На каждое вторичное напряжение районная подстанция имеет соответствующее распределительное устройство, которое на напряжение 35 кВ и выше обычно делают открытым, а на напряжение 6—10 кВ — закрытым.
Рис. 164. Принципиальная схема районной подстанции
В здании закрытого РУ размещают центральный щит управления всей электрической части подстанции, аккумуляторную установку, вспомогательные службы и административные помещения.
На рис. 164 приведена сокращенная принципиальная схема районной подстанции напряжением 110—220 кВ с трехобмоточными силовыми трансформаторами и двумя РУ с вторичными напряжениями 35 кВ и 6—10 кВ.
Надежность и бесперебойность электроснабжения подстанции обеспечиваются питанием по двум параллельным линиям электропередачи
Л-1 и Л-2, связью с другими районными подстанциями системы по линиям электропередачи Л-3 и Л-4, наличием двух систем главных шин высшего напряжения, снабженных шиносоединительным выключателем. От главных шин РУ высшего напряжения могут отходить линии для питания местных подстанций дальних потребителей.
Главные шины распределительных устройств вторичных напряжений 35 кВ и 6—10 кВ питаются от соответствующих обмоток двух понижающих трехфазных трехобмоточных силовых трансформаторов Т-1 и Т-2, присоединенных первичной обмоткой к главным шинам РУ высшего напряжения (110—220 кВ).
Надежность электроснабжения потребителей от главных шин РУ вторичных напряжений обеспечивается, во-первых, тем, что каждый из них питается от двух силовых трансформаторов, и, во- вторых, тем, что одиночные главные шины РУ напряжением 35 кВ секционированы выключателем, а главные шины РУ напряжением 6—10 кВ имеют две системы и шиносоединительный выключатель.
Ввиду того что токи при коротких замыканиях на отходящих линиях вблизи шин подстанций с мощными трансформаторами достигают больших (и поэтому опасных) значений, для их ограничения на каждой линии, отходящей от РУ напряжением6—Юке, обычно ставят реакторы. Иногда реакторы ставят не на отходящих линиях, а в цепи между вторичной обмоткой силового трансформатора и главными шинами РУ напряжением 6—10 кВ.
Вероятность коротких замыканий на линиях 35 кВ невелика благодаря их конструктивному выполнению, поэтому реакторы на данных линиях устанавливают в особых случаях.
Подстанции местного значения с вторичным напряжением 6—10 кВ могут иметь различные схемы в зависимости от их положения в общей системе электроснабжения, числа питающих и отходящих линий, трансформаторов.
Число питающих линий и трансформаторов на местной подстанции определяется ответственностью и общей мощностью потребителей данной подстанции. Подстанции малоответственных потребителей обычно имеют одну питающую линию и один трансформатор, включаемые для питания главных шин РУ вторичного напряжения по схеме блоков линия — трансформатор — шины РУ низшего напряжения.
На рис. 165 приведены два варианта схем питания простейших местных подстанций. На рис. 165, а питающий блок снабжен двумя выключателями, установленными со стороны выводов высшего и низшего напряжений трансформатора. Выключатель В-1 в основном служит для отключения трансформатора при его повреждениях, а также для оперативных включений и отключений.
Выключатель В-2 устанавливают в том случае, если в сети 6— 10 кВ имеются другие источники питания, чтобы при повреждениях трансформатора он мог автоматически отключиться не только со стороны питающей линии (выключателем В-1), но и со стороны питаемого РУ низшего напряжения. Выключатель В-2 используют также для оперативных действий.
Рис. 165. Схемы питания местных подстанций по принципу блоков линия — трансформатор:
а — блок с выключателями; б — блок с отделителем и короткозамыкателей
В настоящее время в целях упрощения схемы выключатель В-1 со стороны питающей линии не устанавливают, так как в начале питающей линии на районной подстанции имеется выключатель, который под действие м релейной защиты автоматически отключается при повреждениях как на самой линии, так и в трансформаторе питаемой подстанции. В этом случае на подстанции, где установлен трансформатор, вместо выключателя ставят только разъединитель (или отделитель), который служит для отсоединения трансформатора от линии. Предварительно снимают нагрузку с трансформатора, отключая выключатели данной линии на районной подстанции или же выключатель В-2 со стороны низшего напряжения, если он установлен.
На рис. 165, б приведена схема питающего блока без выключателей на данной подстанции, но с короткозамыкателей КЗ и отделителем ОД на стороне выводов высшего напряжения трансформатора.
При коротких замыканиях внутри трансформатора или на его выводах приборы релейной защиты действуют на привод короткозамыкателя; нож последнего замыкается и создает тем самым искусственное короткое замыкание на линии, что вызывает срабатывание защиты со стороны питающей подстанции и отключение установленного там выключателя данной линии.
В момент включения ножа короткозамыкателя от его трансформатора тока будет подан импульс оперативного тока на блокировочное реле привода отделителя, который отключится в результате действия реле лишь после того, как исчезнет ток в его обмотке, т. е. после отключения выключателя линии на питающей подстанции.
После этого выключатель питающей линии под действием устройства АПВ повторно включится и восстановит питание остальных подстанций, присоединенных к данной линии.
Нож короткозамыкателя после срабатывания отделителя отключают вручную.
Рис. 166. Схема местной подстанции с двумя трансформаторами, подключенными к линиям по схеме мостика
Распределительное устройство низшего напряжения таких подстанций в большинстве случаев имеет одну несекционированную систему главных шин.
Местные подстанции, питающие потребителей с ответственными нагрузками, как правило, имеют две питающие линии и два трансформатора, каждый из которых включают по одной из приведенных на рис. 165 схем, при этом главные шины РУ низшего напряжения секционируют выключателем или разъединителем.
Надежность электроснабжения в таком случае значительно повышается включением трансформаторов по схеме мостика (рис. 166). По этой схеме в перемычке, образующей мостик, стоят разъединители Р-3 и Р-4 (Р-3 нормально отключен). Трансформаторы Т-1 и Т-2 и линии Л-1 и Л-2 работают по схеме блоков.
При повреждении на линии Л-1 отключают разъединитель Р-1 и включают разъединитель Р-3, в результате чего трансформатор Т-1 будет получать питание от линии Л-2. Таким образом, наличие мостика с разъединителями позволяет резервировать питание каждого трансформатора от соседнего блока.
Трансформаторы подключают к секционированным главным шинам РУ низшего напряжения через выключатели В-1 и В-2. Секционный выключатель ВС обычно отключен, и секции работают раздельно. При повреждении одного из трансформаторов он отключается со стороны линии в результате действия короткозамыкателя и выключателя на питающей подстанции, а со стороны РУ низшего напряжения — в результате действия своего выключателя. Выключатель ВС имеет устройство АВР, под действием которого он включается после автоматического отключения одного из трансформаторов. Питание секции отключившегося трансформатора восстанавливается от секции соседнего трансформатора через выключатель ВС.
Потребительские подстанции с вторичным напряжением 380/220 в или 220/127 в подразделяют в зависимости от характера обслуживаемых потребителей на фабрично-заводские, цеховые, городские, сельские и т. п.
На рис. 167 приведена полная однолинейная схема трансформаторной подстанции промышленного предприятия, оборудованной двумя силовыми трансформаторами Т-1 и Т-2 небольшой мощности.
Рис. 167. Полная однолинейная схема трансформаторной подстанции промышленного предприятия
Рис. 168. Варианты схем небольших однотрансформаторных подстанций:
а — подстанция с разъединителем; б — подстанция с выключателем нагрузки
Подстанция имеет одиночную секционированную разъединителем PC систему главных шин. Каждая секция имеет свой ввод (линии Л-1 и Л-2) и свой измерительный трансформатор напряжения (ТН-1 и ТН-2), используемый для контроля за напряжением и состоянием изоляции, а также для питания катушек напряжения счетчиков.
Трансформаторы Т-1 и Т-2 присоединены к разным секциям и каждый питает свою секцию низковольтного щита, являющегося РУ низшего напряжения, от которого отходит ряд линий к цеховым электроустановкам. Контроль за напряжением на шинах каждой секции осуществляется вольтметрами, установленными на щите в местах присоединения трансформаторов.
По линиям Л-ТП-1 и Л-ТП-2 проходит ток, питающий отдельно стоящие, например в цехах или поселке, трансформаторные пункты.
На вводах предусмотрены учет активной и реактивной энергии и двухфазная максимально-токовая защита с зависимой выдержкой времени. На отходящих же линиях предусмотрены учет только активной энергии и двухфазная максимально-токовая защита с независимой выдержкой времени. Каждая линия, присоединенная к шинам РУ высшего напряжения и к шинам РУ низшего напряжения, имеет амперметр для контроля за нагрузкой на данной линии. Плавкие предохранители защищают от токов короткого замыкания линии низшего напряжения.
Наиболее простыми являются схемы широко распространенных однотрансформаторных подстанций (рис. 168), применяемых для питания силового электрооборудования и освещения отдельных цехов и мастерских предприятий, небольших городских районов, поселков, колхозов и т. п. Мощность силовых трансформаторов таких подстанций обычно не превышает 240— 400 кВА, поэтому для их отключения применяют разъединители (рис. 168, а) или выключатели нагрузки (рис. 168, б), а для защиты от токов замыканий — плавкие предохранители.
Схема, изображенная на рис. 168, а, предусматривает присоединение трансформатора к питающей воздушной линии через разъединитель Р и предохранитель П-1. Разъединитель позволяет отключать и включать только холостой ход трансформатора, что может быть достигнуто путем снятия предохранителей П-3 на отходящих линиях (РУ низшего напряжения) или отключения на этих линиях рубильников, если они установлены.
Плавкие предохранители П-1 со стороны высшего напряжения, защищая трансформатор от коротких замыканий, не обеспечивают защиту его от перегрузок, поэтому плавкие предохранители П-2 устанавливают также со стороны низшего напряжения.
Защиту трансформатора от перенапряжений, вызванных атмосферными явлениями, осуществляют вентильные разрядники ВР.
Схема, изображенная на рис. 168, б, предусматривает присоединение трансформатора к питающей кабельной линии через плавкий предохранитель П и выключатель нагрузки; последний позволяет отключать и включать трансформатор под нагрузкой. Если токи перегрузок не превосходят отключающей способности выключателя нагрузки, он может быть оснащен приводом с автоматическим отключением и реле защиты. В этом случае со стороны низшего напряжения трансформатора предохранителей не ставят, а для питания реле устанавливают трансформаторы тока.
В современном электроснабжении крупных городов в последнее время широко применяют так называемые двухмагистральные подстанции с устройством АВР на стороне низшего напряжения.
Двухмагистральная подстанция (см. рис. 175) имеет два трансформатора небольшой мощности, питающихся со стороны высшего напряжения от разных линий. Отдельные подстанции при этом соединены между собой в последовательную кольцевую цепь обычно с двусторонним питанием от распределительных пунктов, подстанций или непосредственно от шин электростанции (ТЭЦ).
Трансформаторы порознь питают секции шин РУ низшего напряжения и взаимно автоматически резервируют питание секций этого РУ. Автоматическое включение резерва на стороне низшего напряжения осуществляется при помощи контакторов.
Двухмагистральная система повышает надежность и обеспечивает бесперебойность электроснабжения потребителей при повреждениях на питающих линиях, в аппаратах и трансформаторах на подстанциях.
Контрольные вопросы
- Что называется линейным присоединением и какие виды линейных присоединений различают?
- Начертите схему линейного присоединения ввода через выключатель, объясните назначение каждого элемента на схеме и последовательность операций при включении и отключении данного присоединения.
- Что представляет собой секционированная система главных шин, каковы ее преимущества перед простой одиночной системой, от чего зависит число секций?
- Что представляет собой двойная система главных шин, каковы ее достоинства и оперативные возможности?
- Прочтите в деталях и поясните смысл и назначение всех узлов на схемах, изображенных на рис. 162 и 163.
- Чем обеспечивается надежность электроснабжения потребителей и самой подстанции, схема которой изображена на рис. 164?
- Объясните назначение и порядок работы короткозамыкателя и отделителя на подстанции, схема которой изображена на рис. 165, б.
- Прочтите схему, приведенную на рис. 166, и поясните ее оперативные возможности.
- Составьте схему трансформаторной подстанции на два трансформатора малой мощности с питанием от простой одиночной системы главных шин, имеющих один ввод. Со стороны высшего напряжения трансформаторов должны быть установлены разъединители и предохранители, а со стороны низшего напряжения — силовая сборка на 10 направлений.
- Поясните сущность работы трансформаторной подстанции, выполненной по двухмагистральной схеме с АВР на стороне низшего напряжения.
