Глава 3. Разработка электрической части цеховой трансформаторной подстанции

3.1. Классификация цеховых тп и рекомендации по их проектированию

В промышленных электрических сетях трансформаторные подстанции напряжением 10(6)/0,4 кВ (ТП) называют цеховыми. Они предназначены для питания силовых и, как правило, осветительных электроприёмников. Цеховые ТП могут быть отдельно стоящими, пристроенными, встроенными и внутрицеховыми.

Отдельно стоящая ТП выполняется закрытой (в кирпичном, бетонном или в модульном здании, в бетонной оболочке и др.), располагается на некотором расстоянии от цеха и предназначена для питания одного или нескольких небольших по мощности цехов предприятия.

Пристроенная ТП – подстанция, непосредственно примыкающая к основному зданию цеха и имеющая с ним одну общую стену. Встроенная ТП – подстанция, занимающая часть здания цеха, а её закрытое помещение имеет две или три общие стены со смежными помещениями или зданием цеха. Пристроенные и встроенные подстанции сооружаются, в основном, в небольших и средних по мощности цехах.

Внутрицеховая ТП – подстанция, расположенная внутри цеха открыто (без ограждения), за сетчатым ограждением или в отдельном помещении. Встроенные и внутрицеховые подстанции можно максимально приблизить к центру электрических нагрузок. В качестве таких подстанций обычно применяются комплектные трансформаторные подстанции (КТП) промышленного типа внутренней установки, которые устанавливаются в цехах, как правило, открыто с использованием простейших сетчатых ограждений или в закрытых помещениях.

В зависимости от способа присоединения к питающей линии 10(6) кВ цеховые ТП делятся на тупиковые и проходные. Тупиковые ТП подключаются на конце питающей линии. Проходные ТП включаются в рассечку питающей магистральной линии.

Общие вопросы проектирования электрической части подстанций приведены в [17]. Рекомендации по проектированию электрической части цеховых ТП даны в [17] и [21] и кратко приведены ниже.

Цеховые ТП подразделяются по количеству, единичной мощности, схеме соединения обмоток и способу охлаждения трансформаторов, схеме распределительного устройства низшего напряжения, комплектности поставки.

Количество трансформаторов цеховой ТП определяется, в основном, требованиями надежности питания потребителей (см. 2.1.1 и 2.4). По количеству трансформаторов все цеховые подстанции подразделяются на однотрансформаторные, двухтрансформаторные и трехтрансформаторные. Для ЭП I и II категорий по надежности электроснабжения, требующих резервирования питания, как пра­вило, устанавливаются двухтрансформаторные подстанции.

Если питание от цеховой ТП получают преимущественно ЭП I катего­рии, то на стороне низшего напряжения ТП у секционного автоматического выключателя предусматривается устройство аварийного включения резерва (АВР), срабатываю­щее при аварийном отключении од­ного из трансформаторов.

Принципиальная упрощённая схема двухтрансформаторной подстанции приведе­на на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Схема двухтрансформаторной подстанции:

QF1, QF2 — автоматические вы­ключатели ввода низшего напря­жения

трансформаторов Т1, Т2; QF3 — секционный автоматиче­ский выключатель

В последние годы разработана серия трехтрансформаторных КТП, применение которых с симметричным распределением нагрузки в послеаварийном режиме на оставшиеся в работе два транс­форматора позволяет увеличить загрузку каждого из трех трансфор­маторов в нормальном режиме [10].

Принципиальная упрощённая схема трехтрансформаторной подстанции при­ведена на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Схема трехтрансформаторной подстанции:

QF1, QF2, QF3, QF4, QF5, QF6 — автоматические выключатели ввода

низшего напряжения трансформаторов Т1, Т2 и Т3 соответственно;

QF7, QF8, QF9 — секционные автоматические выключатели

В общем виде соотношения между коэффициентами загрузки трансформатора в нормальном режиме К_з и в послеаварийном режи­ме К_з.па равны:

для двухтрансформаторных подстанций К_з = 0,5 К_з.па;

для трехтрансформаторных подстанций К_з = 0,666 К_з.па.

Применение трехтрансформаторных подстанций при условии полного резервирования нагрузки обеспечивает 25 % эконо­мии трансформаторной мощности по сравнению с двухтрансформаторными подстанциями.

К преимуществам трехтрансформаторных подстанций относится также значительное снижение токов вводных и секционных выклю­чателей в послеаварийных режимах. В то же время у трехтрансфор­маторных подстанций сборные шины РУ до 1 кВ конструктивно вы­полнить труднее вследствие необходимости соединений секций меж­ду собой, а схема АВР получается более сложной по сравнению с двухтрансформаторной подстанцией. Трехтрансформаторные под­станции целесообразно применять для питания потребителей I и II категорий в тех случаях, когда имеется возможность примерно равномерно распределить подключаемую нагрузку по секциям сборных шин РУ низкого напряжения. При сосредоточенной нагрузке предпочтение следует отдавать трехтрансформаторным подстанциям.

Мощность трансформаторов двухтрансформаторных и трехтрансформаторных подстанций следует определять таким образом, чтобы при отключении одного трансформатора было обеспечено питание требующих резервирования электроприемников в послеаварийном режиме с учетом перегрузочной способности трансформаторов (см. 2.4).

Трансформаторы цеховых ТП мощностью 400–2500 кВ^.А выпускаются со схемами соединения обмоток "звезда–звезда" с допустимым током нулевого вывода, равным 0,25 номинального тока трансформатора, или "треугольник–звезда" с нулевым выводом, рассчитанным на ток, равный 0,75 номинального тока трансформатора. По условиям надежности действия защиты от однофазных КЗ в сетях напряжением до 1 кВ и возможности подключения несимметричных нагрузок предпочтительным является применение трансформаторов со схемой соединения "треугольник–звезда".

Выбор типа трансформатора по способу охлаждения его обмоток (масляный, сухой, заполненный негорючей жидкостью и др.) определяется в зависимости от условий окружающей среды, противопожарных требований, объемно-планировочных решений производственного здания (см. главу 2.15 [23], а также [10]).

Цеховые двухтрансформаторные подстанции могут иметь следующие системы (схемы) сборных шин низшего напряжения:

а) одиночную секционированную систему сборных шин с фиксированным подключением каждого трансформатора к своей секции через автоматический выключатель, рассчитанный на выдачу мощности трансформатора с учетом его перегрузочной способности. Секционный автоматический выключатель в нормальном режиме отключен. На сборных шинах предусмотрено устройство АВР (рис. 3.1);

б) схему с двумя, не связанными непосредственно между собой, секциями сборных шин. Расщеплённые выводы каждого трансформатора подключены к разным секциям сборных шин через автоматические выключатели, рассчитанные каждый на выдачу половины мощности трансформатора с учетом его перегрузочной способности. Два из четырех задействованных автоматических выключателя используются для целей резервирования в устройстве АВР.

Цеховые однотрансформаторные ТП могут иметь следующие системы (схемы) шин низкого напряжения:

а) одиночную несекционированную систему сборных шин, подключенную к выводу трансформатора через автоматический выключатель, рассчитанный на выдачу полной мощности трансформатора;

б) схему с двумя несвязанными секциями сборных шин, подключенными к расщепленным выводам трансформатора через автоматические выключатели, каждый из которых рассчитан на выдачу половины полной мощности трансформатора.

Цеховая трёхтрансформаторная подстанция имеет РУ низкого напряжения с шестью секциями сборных шин, каждая из которых подключена через автоматический выключатель к расщепленным выводам соответствующего трансформатора. Резервирование питания осуществляется тремя автоматическими выключателями, связывающими между собой секции № 2 и 3, 4 и 5, 1 и 6 (рис. 3.2).

Цеховые ТП согласно [21] подразделяются на комплектные подстанции заводского изготовления (КТП) и некомплектные подстанции, монтируемые на месте строительства (ТП). При проектировании следует отдавать предпочтение КТП, которые обеспечивают большую надежность и сокращение сроков строительства. В промышленных электрических сетях применяются следующие комплектные трансформаторные подстанции:

для внутренней установки – КТП промышленного типа (КТПП и др.);

для наружной установки – КТП промышленного типа в модульном здании; КТП модульного типа; КТП в бетонной оболочке; КТП городского типа и др.

Цеховые ТП и КТП не должны иметь сборные шины первичного напряжения. Установка отключающего аппарата перед цеховым трансформатором при магистральном питании подстанции обязательна. Глухое присоединение цехового трансформатора может применяться при радиальном питании кабельными линиями по схеме блока "линия–трансформатор", за исключением некоторых случаев, указанных ниже в 3.2.