5.2.1. Головні понижувальні підстанції

Одним з важливих принципів побудови мережі, який полегшує забезпечення максимальної економічної ефективності та вимог за надійністю, є уніфікація конструктивних вирішень підстанцій. У зв’язку з цим більшість схем існуючих підстанцій вибрані з використанням типових схем розподільних злагод (РЗ) 3–750 кВ [5.1;5.3]. Нетипові схеми застосовуються тільки за умов спеціального обґрунтування та у випадках реконструкції існуючих підстанцій. Щодо конструктивного виконання широко застосовують комплектні трансформаторні підстанції (з трансформаторами до 16 МВА включно з вищою напругою 35 кВ та до 40 МВА з вищою напругою 110 кВ) або підстанції, які виконані за типовими проектами.

Схеми головних з’єднань підстанцій повинні задовольняти наступні вимоги:

- схема повинна бути економічною, простою, наочною та забезпечуватись засобами автоматичного відновлення живлення споживачів без втручання персоналу;

- схема повинна забезпечувати надійне живлення споживачів у нормальному, ремонтному та післяаварійному режимах відповідно до категорії споживачів;

- схема повинна забезпечувати надійність транзиту потужності через підстанцію, якщо він передбачений, в нормальному, ремонтному та післяаварійному режимах у відповідності із заданим його значенням для ділянки мережі, що розглядається;

- схема повинна допускати поетапний розвиток підстанції [5.2].

В залежності від місця підстанції в мережі живлення та способу її приєднання до мережі розрізняють підстанції (рис.5.1):

- тупикові - такі, що живляться однією (рис.5.1,а) або двома (рис.5.1,б) радіальними лініями від центру живлення (ЦЖ);

- відгалужувальні - такі, що приєднуються до однієї (рис.5.1,в) або до двох (рис.5.1,г) ліній "у відпайку";

- прохідні - такі, що приєднані до мережі шляхом заходу та виходу лінії з двостороннім живленням або лінії з подальшим приєднанням інших підстанцій (рис.5.1,д);

- вузлові - такі, що приєднані до мережі трьома та більше лініями (рис.5.1,е,ж).

	а)
	б)
	в)
	г)
	д)
	е)
	ж)

Рис.5.1. Основні типи приєднань підстанцій до мережі

Відгалужувальні та прохідні підстанції об’єднують терміном проміжні, а прохідні та вузлові, через шини яких проходять потоки потужності, називають транзитними.

Схеми приєднання підстанцій до мережі, кількість приєднань до однієї лінії вибирають в залежності від значення навантаження та відповідальності споживачів, довжини ділянки мережі, доцільності її секціонування та необхідності транзиту потужності. Для деяких груп споживачів (тягові підстанції залізниць, насосні та компресорні станції магістральних трубопроводів тощо) ці питання регламентовані галузевими нормативними документами.

На рис.5.2 наведені схеми розподільних злагод вищої напруги, за допомогою яких підстанції з’єднували з мережею живлення за старими нормами технологічного проектування [5.1].

У деяких з цих схем замість вимикачів були застосовані відокремлювачі та короткозамикачі. Багато таких підстанцій знаходиться зараз в експлуатації, але на нових підстанціях від їх використання відмовились, оскільки наявність цих апаратів значно ускладнює схеми захисту та автоматики, вимагає утворення штучного КЗ для забезпечення умов вимкнення вимикача на початку лінії, що суперечить боротьбі за зменшення кількості пошкоджень. Тому ці апарати не пройшли сертифікацію і їх більше не застосовують.

Рис. 5.2. Схеми розподільних злагод вищої напруги головних понижувальних підстанцій а) з роз’єднувачем, б) із запобіжником,

в-е) з відокремлювачами та короткозамикачами

Схеми з відокремлювачами (ОД) та короткозамикачами (КЗ) широко застосовувались починаючи з 60-х років, як на напрузі 110кВ, так і 35кВ. Відомі також спроби їх застосування і на 220кВ. В мережі 35 кВ з ізольованою нейтраллю встановлювали короткозамикачі у двох фазах. Промисловість СРСР випускала комплектні трансформаторні підстанції з ОД та КЗ на стороні вищої напруги 110 та 35кВ, які тепер часто зустрічаються в експлуатації.

В таблиці 5.1 наведено перелік схем приєднання підстанцій електропостачальних систем та умови їх застосування у відповідності з новими нормами технологічного проектування [5.3].

Схему з роз’єднувачем у колі ВН трансформатора (схема 1) застосовують в умовах забрудненої атмосфери, коли доцільне використання мінімуму обладнання, з живленням короткою повітряною лінією без відгалужень. Оперативна комутація у цьому випадку виконується вимикачем, встановленим на початку лінії. Трансформатори підстанції мають бути охопленими лінійним захистом з боку живлення або повинна бути забезпечена передача сигналу від захисту трансформатора на вимкнення вимикача на ПС живлення.

Таблиця 5.1

Перелік і сфера застосування схем РЗ 35кВ і більше на ГПП

Шифр схеми	Найменування схеми	Умовне зображення схеми	Сфера застосування схеми			Додаткові умови застосування схеми
			Напруга кВ	Сторона	Кількість ліній
110-1 150-1 220-1 330-1	Два блока лінія-трансформатор з роз’єднувачами		110-330	ВН	2	1. Тупикові ПС, розташовані в районах із забрудненою атмосферою, що живляться лініями без відгалужень. 2. Охоплення трансформатора лінійним захистом зі сторони живлення або передача телеімпульсу вимкнення
35-2 110-2 150-2 220-2	Два блока лінія-трансформатор з вимикачами і неавтоматичною перемичкою з боку ліній		35-220	ВН	2	Тупикові та відгалужуванні ПС
110-3 150-3 220-3	Місток з вимикачами в колах ліній і ремонтною перемичкою з боку ліній		110-220	ВН	2	1. Прохідна ПС, за необхідності секціовання ліній. 2. При потужності трансформаторів до 63 МВА включно.
35-4 110-4 150-4 220-4	Місток з вимикачами в колах транс-форматорів і ремонтною перемичкою		35-220	ВН	2	1. Прохідна ПС за необхідності секціонування ліній і збереження транзиту при пошкоджені трансформатора. 2. При потужності трансформаторів до 63 МВ.А включно.
35-5	Одна секціонована вимикачем система шин		35	ВН СН НН	3	1.Для ВН вузлових ПС мережі 35 кВ і СН і НН на ПС 110-220 кВ. 2. Допускається на першому етапі розвитку схеми приєднання двох ліній, по одній на кожну секцію.
110-6 150-6 220-6	Одна робоча, секціонована вимикачем і обхідна система шин		110-220	ВН	3-6	1. Для вузлових ПС 110-220 кВ 2. За кількості ліній більше однієї на будь-якій секції.

Блочні схеми з вимикачами у колах ВН трансформаторів застосовують в умовах, коли неможливо (наприклад, за відсутності обладнання необхідного виконання) або недоцільно (наприклад, за умовами надійності) застосовувати простіші схеми.

Доцільність використання блочних схем без перемичок з боку вищої напруги часто визначається їх простотою та надійністю, а також густиною й дефіцитом території довколишньої забудови, оскільки за наявності перемички на напрузі 110кВ довжина підстанцій практично на 10 м більше, ніж без неї.

Схеми з перемичками (2,3,4) знайшли досить широке застосування для підстанцій з вищою напругою 110-220кВ. Безумовною є доцільність їх використання за необхідності транзиту потужності (схеми 2 та 3), а також за умови великої ймовірності подальшого розвитку схеми ВН підстанції до, наприклад, секціонованої системи шин у випадку збільшення кількості ліній ВН, що підходять до підстанції. За відсутності транзиту застосування перемички з двома роз’єднувачами дозволяє використовувати дві лінії та один трансформатор або одну лінію та два трансформатора в умовах ремонту відповідно трансформатора та лінії.

Автоматизовану перемичку з вимикачем застосовують в умовах транзиту потужності та можливості його перерви на час ремонту вимикача. Додаткову перемичку з двома роз’єднувачами слід передбачати, якщо перерва транзиту на час ремонту вимикача неможлива чи недоцільна.

Складніші схеми на ГПП використовують на напрузі розподільної злагоди 110 та 220кВ дуже рідко, переважно їх застосовують на вузлових розподільних підстанціях за умов, вказаних у таблиці 1.

Для ГПП промислових підприємств, міст та інших об’єктів найчастіше застосовується вища напруга 110кВ, в сільських мережах досить часто застосовують ПС з вищою напругою 35кВ, лише в особливих випадках для дуже потужних об’єктів (хімічних, металургійних) приймають напругу живлення й відповідної РЗ ВН ГПП понад 110кВ. Це характерніше для вузлових розподільних підстанцій (ВРП).

Для значної кількості ГПП переважним є застосування двообмоткових силових трансформаторів з напругами 110/6(10)кВ потужністю від 4МВА до 40МВА, а також 35/6(10)кВ потужністю від 0,63МВА до 16МВА. Трансформатори потужністю 25, 32, 40, 63МВА випускаються промисловістю з розщепленою вторинною обмоткою на напруги 6, 10 та 35кВ. Розщеплення вторинної обмотки разом з нарізною роботою ліній та трансформаторів і застосуванням у необхідних випадках реакторів дозволяє досягти такого зниження рівня струмів короткого замикання (КЗ), який забезпечує можливість масового використання легшого, простішого й дешевшого обладнання на напрузі 6(10) кВ, для якого допустимий струм КЗ не перевищує 20кА. Якщо виникає потреба встановлення трансформаторів на ГПП потужністю більшою, ніж 63МВА, частіше застосовують дві або більше ГПП з трансформаторами меншої потужності – відбувається розукрупнення ГПП та наближення вищої напруги до споживачів. Лише в особливих випадках на ГПП використовують трансформатори потужністю 80МВА і більше із застосуванням відповідних досить громіздких засобів та заходів з обмеження струмів КЗ.

В сільський місцевості, а іноді і в промисловості, зустрічаються підстанції з триобмотковими трансформаторами з напругами 110/35 /6(10)кВ, а на залізничному транспорті – 110/27,5/6(10) кВ.

На вторинній напрузі ГПП раніше застосовувались схеми з подвійними системами шин, які поступово замінялися простішими, надійнішими й економічнішими схемами з одною секціонованою системою шин, що повністю себе виправдали та широко застосовуються тепер на всіх рівнях розподілу електроенергії в електропостачальних системах.

Схеми приєднання трансформаторів до розподільної злагоди нижчої напруги залежать від кількості обмоток НН трансформаторів, необхідності застосування струмообмежувальних реакторів та нарізної роботи обмоток трансформаторів за умови обмеження струмів КЗ, взаємного резервування за допомогою секційного вимикача тощо. Перелік та сфери застосування схем розподільних пристроїв НН для підстанції з вищою напругою 35кВ і вище наведено у таблиці 5.2.

Як видно з рисунків таблиці 5.2, кожна вторинна обмотка трансформатора приєднана до окремої секції шин через вимикач, а іноді ще й через звичайний або здвоєний реактор, причому в останньому випадку кількість секцій подвоюється. Для підстанцій з двома трансформаторами схеми вторинної напруги побудовані шляхом попарного сполучення секцій через комутаційні апарати, які в нормальних режимах роботи знаходяться в розімкненому стані й вмикаються лише при виході з ладу одного з трансформаторів системою автоматичного введення резерву (АВР) або вручну.

В сучасних схемах підстанцій секції набирають з комплектних комірок (вводу, лінійної, трансформатора напруги, приладів тощо). У деяких випадках, наприклад, для живлення потужних зосереджених споживачів, до вторинних обмоток трансформаторів приєднують струмопроводи. У випадку використання потужних трансформаторів з розщепленою вторинною обмоткою можливі варіанти використання цих обмоток з однаковими напругами чи різними. До однієї з вторинних обмоток кожного трансформатора можуть бути приєднані струмопроводи, а до другої – звичайні або здвоєні реактори, від яких живляться секції збірних шин, з’єднаних попарно секційними вимикачами. За відсутності реакторів секції збірних шин приєднують до виводів відповідних обмоток.

Таблиця 5.2

Перелік і сфера застосування схем РЗ 10(6) кВ для ПС 35-220 кВ

Шифр схеми	Найменування схеми	Умовне зображення схеми	Додаткові умови застосування схеми
10-1	Одна, секціонована вимикачем, система шин		При двох трансформаторах з нерозщепленою обмоткою 10(6) кВ без реакторів або з одинарними реакторами та лінійними регуляторами
10-2	Дві, секціоновані вимикачами, системи шин		При двох трансформаторах з розщепленою обмоткою 10(6) кВ без реакторів або з одинарними реакторами, чи з нерозщепленою обмоткою і здвоєними реакторами та лінійними регуляторами.
10-3	Чотири, секціоновані вимикачами, системи шин		При двох трансформаторах з розщепленою обмоткою 10(6) кВ і з здвоєними реакторами.

За наявності на підстанції триобмоткових трансформаторів або автотрансформаторів з регулювальними пристроями (типу РПН) на обмотках середньої напруги, виникає проблема регулювання напруги на шинах, до яких приєднані обмотки нижчої напруги (6, 10 або 35кВ). У таких випадках, якщо необхідне регулювання напруги на шинах НН, застосовують лінійні регулювальні трансформатори, які вмикають між виводами обмотки НН силового трансформатора та шинами, або у колі окремої лінії чи групи ліній.

Конструкції ГПП, що застосовують в електропостачанні, досить різноманітні. В масовій експлуатації дуже широко використовують комплектні трансформаторні підстанції з вищою напругою 110 та 35кВ. Деякі схеми таких підстанцій наведено на рис.5.3.

На Рівненському підприємстві РЗВА та Кременчуцькому об’єднанні ”Ампер” освоєно випуск комплектних трансформаторних підстанцій з вищою напругою 35 та 110кВ. Технічні характеристики комплектних трансформаторних підстанцій блочних розподільних (КТПБР) з вищою напругою 35кВ РЗВА наведені в таблиці 5.3.

Таблиця 5.3

Технічні характеристики КТПБР-35/10 кВ

Показник	Значення показника
Номінальна напруга, кВ - на стороні ВН - на стороні НН	35 10 або 6
Кількість схем головних електричних з’єднань	4
Кількість трансформаторів	1 або 2
Потужність силових трансформаторів, кВА	1000, 1600, 2500, 4000, 6300
Граничний струм короткого замикання, кА	26
Трисекундний струм термічної стійкості, кА	10
Габаритні розміри ВРП за схемами, м: 35-3Н 35-4Н 35-5АН 35-9	24×12 27×27 25,2×31,9 27×27 25,2×31,9 30×35 37,8×37,9

а)	б)
в)	г)
д)	ж)

Рис 5.3. Схеми головних понижувальних підстанцій

Приклад конструктивного виконання підстанції типу КТПБР-35/10 показано на рис.5.4.

На стороні ВН в КТПБР застосовують транспортабельні металеві блоки заводського, виготовлення з обладнанням 35 та 110кВ. Блоки повністю укомплектовані всім необхідним обладнанням та апаратурою керування. На стороні нижчої напруги застосовані КРП зовнішньої установки серії КРЗ-10 з вакуумними, елегазовими або олійними вимикачами. Апаратура релейного захисту, керування, сигналізації та автоматики розміщена в приміщенні підстанційного пункту керування, або в релейних шафах зовнішньої установки.

а)

Рис. 5.4,а Схема з’єднань блоків комплектної ПС типу КТПБР-35

б)

Рис. 5.4,б Конструктивне виконання КТПБР-35

1 – блок вводу, 2 – блок вимикача з роз’єднувачем на 35 кВ, 3 – блок шинних апаратів, 4 – силовий трансформатор, 5 – РП 10(6) кВ, 6 – огорожа, 7 – пункт керування, 8 – грозозахист.

В таблиці 5.4. наведено перелік блоків розподільних споруд напругою 35 та 110 кВ.

Таблиця 5.4

Перелік основних блоків, їх умовне позначення до план-схеми підстанції 35 та 110 кВ

Б35-1/к, (3/к,5/к)	Блок вимикача з роз’єднувачами на 35 кВ
Б35-22	Блок прийому ПЛ -35 кВ
Б35-26	Блок опорів ізоляторів 35 кВ
Б35-30	Блок прийому 35 кВ
Б35-32/к	Блок шинних апаратів 35 кВ
Б35Б-34	Блок розрядників 35 кВ
Б110-10 (12)	Блок прийому ПЛ. – 110 кВ
Б110Б-7 (9)	Блок роз’єднувачів 110 кВ
Б110-4/к	Блок трансформаторів напруги
Б110Б-2/к, (3/к)	Блок трансформаторів струму
Б110Б-1	Блок вимикачів ВГТ – 110-40/2500УХЛ1, чи ВМТ –110Б-25/1250, чи LTB-145D1 (ABB), чи 3AP1FG-145 (Siemens), чи S-145F/3131(Alstom)
Б110-14 (16,18)	Блок опорних ізоляторів
Б110-20	Блок розрядників 110 кВ
Б110-28	Блок опорних ізоляторів
Б10-3	Блок трансформаторів струму 10 кВ
Б10-1	Шинний міст 10 кВ

Комплектні трансформаторні підстанції з ВН 110 кВ цього ж заводу випускаються з двообмотковими та триобмотковими трансформаторами. На стороні нижчої напруги застосовані КРП зовнішньої установки з шафами типу КУ-10. Технічні характеристики КТПБР-110 наведено в таблиці 5.5.

Таблиця 5.5

Технічні характеристики КТПБР-110

Найменування параметра	Значення параметра на стороні
	110 кВ	35 кВ	10(6) кВ
Кількість силових тр-рів	1 або 2
Потужність силових тр-рів, кВА	2500-40000
Номінальні напруги, кВ	110	35	10(6)
Номінальний струм збірних шин, А	1000	630	1000-3150
Кількість приєднань	2	2-4	5-30
Ударний струм КЗ, кА	52	32	51
Напруга оперативного струму, В	=220, випрямлена

В особливих умовах застосовують спеціальні конструкції підстанцій - в основному закритого типу. Вводи на такі підстанції теж, як правило, закритого типу, тобто виконані кабельними лініями ВН. Такі конструкції розглядаються у спеціальній літературі [5.4, 5.5]

Приклад виконання схеми КТПБР-110 наведений на рис.5.5.

Рис. 5.5. Схема з’єднання блоків для КТПБР-110

Наступним кроком у розвитку конструкцій можна вважати укрупнення блоків.

На рис.5.5 наведено моноблочну елегазову підстанцію фірми GE-HITAСHI HVB з вищою напругою 110кВ потужністю трансформатора 30 МВА (без примусової вентиляції) та 45МВА (з примусовою вентиляцією).

а)

1 – ізолятори вводів з трансформаторами струму; 2 – моноблок з комутаційною апаратурою та силовим трансформатором в елегазовому середовищі.

б)

Рис. 5.6. Моноблочна елегазова підстанція (розміри наведено в дюймах): а) зовнішній вигляд підстанції; б) принципова однолінійна схема.