Повышение надежности распределительных устройств с двумя рабочими системами шин

Титков Е. П., Ткачев В. И., инженеры

ДонОРГРЭС

Распределительные устройства высокого напряжения 110 – 220 кВ с одним выключателем на присоединение с различным числом рабочих систем шин при числе присоединений больше четырех распространены во многих странах и особенно в странах б. СССР. При внедрении оборудования с элегазовой изоляцией наибольшее распространение получили комплектные распределительные устройства с элегазовой изоляцией (КРУЭ) напряжением 35 – 750 кВ, выполненные по схемам, именуемым далее обычными, с одним выключателем на присоединение с двумя рабочими системами шин (СШ) без обходной системы шин. Внедрение элегазового оборудования повысило надежность указанной схемы и уменьшило занимаемую площадь ячеек распределительных устройств (РУ), что особенно важно при сооружении или техническом перевооружении РУ на городской или прилегающей к городу территории высокой стоимости [1]. Однако некоторые недостатки, присущие указанным схемам, даже при использовании надежного оборудования сохранились. К ним относятся:

схема с двумя рабочими несекционированными системами шин и одним выключателем на присоединение не исключает возможности потери половины или всего РУ из-за отказов рабочих систем шин 110 – 220 кВ;

схема не приспособлена (не предназначалась) для реализации противоаварийных мероприятий при системных авариях;

недостаточная оперативная гибкость; в РУ с несекционированными рабочими систе-

мами шин при 6 – 10 присоединениях число операций разъединителями в течение года при переключениях, производимых для выполнения ремонтов оборудования (в том числе и разъединителей) РУ, в 2 – 3 раза больше, чем в РУ схем 3 2, 4 3.

При разработке приведенных далее схем РУ электростанций (ЭС) основными решаемыми авторами задачами были: повышение надежности РУ 110 – 220 кВ (при использовании в них элегазового оборудования) с двумя рабочими системами шин и небольшим (не более двух) числом дополнительных (шиносоединительных, секционных, обходных) выключателей и обеспечение возможности выделения блока (блоков) ЭС на сбалансированную нагрузку при системных авариях минимальным числом выключателей РУ.

Техническим решением, позволяющим выполнить эти задачи, является сокращение числа выключателей присоединений (с сохранением числа присоединений: трансформаторов и линий), подключаемых к системам шин (или их секциям), путем соединения части (по крайней мере двух) или

всех присоединений в блоки “присоединение – выключатель – присоединение” и подключения только одного из присоединений каждого блока (со стороны выключателя, именуемого в дальнейшем линейным выключателем блока) другим выключа- телем (именуемым в дальнейшем шинным выклю- чателем блока) и разъединителями к системам шин (или их секциям). При этом число отключе- ний в год присоединения (из-за его повреждения или плановых выводов в ремонт), подключенного к двум выключателям каждого блока, должно быть меньше числа отключений присоединения, подключенного к одному выключателю этого блока, а предельная мощность блочной линии должна быть не меньше мощности генератора, подклю- ченного к блочному трансформатору.

Повышение надежности РУ, в котором небольшое число присоединений соединено в блоки (например, при соединении в блок одного трансформатора собственных нужд (c.н.) станции с линией, подключенной к другому источнику питания), в основном обеспечивается за счет сохранения в работе блочных присоединений (трансформатора с.н. и линии) при отказе одной или даже обеих систем шин. Повышение надежности РУ, в котором все присоединения соединены в блоки (“трансформатор – выключатель – линия” или “короткая линия – выключатель – линия”), обеспечивается не только за счет сохранения в работе блочных присоединений при отключениях СШ, но и за счет уменьшения (в 2 раза) вероятности отключений СШ при отказах выключателей присоединений, примыкающих к ним, так как число этих выключа- телей уменьшается в 2 раза, при этом снижается вероятность нарушения параллельной работы блоков (при малом числе преднамеренных режимных отключений шинных выключателей блоков) за счет меньшего числа операций, выполняемых этими выключателями относительно других выклю- чателей РУ.

Схемы РУ с использованием указанного техни- ческого решения разрабатывались для КРУЭ 110 – 220 кВ внутренней установки и некомплектных РУ с элегазовыми выключателями и остальным обычным традиционным (не элегазовым) оборудованием внутренней или наружной установки городских ТЭЦ, обеспечивающих электроснабжение, по крайней мере потребителей первой категории при системных авариях. Преследовалась также цель возможности использования указанного технического решения (при соответствующих соединениях присоединений в блоки и подключении их к СШ) в некомплектных РУ 330 кВ (с элегазовыми выключателями) блочных конденсационных электростанций (например, при реконструкции РУ с традиционным оборудованием).

Íà ðèñ. 1 показана схема предлагаемого КРУЭ 110 кВ (в целях упрощения на всех схемах не показаны заземляющие разъединители), к которому

подключены три блока “генератор – трансформатор” (ÃÒ1 – ÃÒ3 ) городской теплоцентрали по 50 МВт каждый с выключателями генераторного напряжения, автотрансформатор (ÀÒ ) связи с РУ 220 кВ и четыре линии, обеспечивающие выдачу мощности ТЭЦ в городскую сеть 110 кВ. В этой схеме ТЭЦ все трансформаторы блоков ГТ и АТ связи с РУ 220 кВ включены по блочным схемам с линиями, а выключателями и разъединителями подключены к СШ.

В отличие от обычных, это КРУЭ дополнительно содержит коммутационные аппараты (КА) 34 – 37, в качестве которых в этом КРУЭ используются разъединители, к которым подключены АТ 50, трансформаторы 51 – 53 блоков ÃÒ1 – ÃÒ3 и последовательно соединенные разъединители 38 – 39, 40 – 41, 42 – 43, 44 – 45, которыми соединены развилки (общие части токопроводов) разъединителей 30 è 34, 31 è 35, 32 è 36, 33 è 37 с развилками выключателей линий 5, 7, 9, 11 и их шинных разъединителей 16, 19, 22, 25 соответственно. В этом КРУЭ по сравнению с обычным на каждое присоединение приходится на один разъединитель больше.

В нормальном режиме КРУЭ включены все коммутационные аппараты, кроме шинных разъединителей 15 – 17, 19, 21 – 23, 25. ÀÒ 50 через разъединители 34, 39, 38, выключатель 5 (выклю-

чатели 5, 7, 9, 11 именуются в дальнейшем линейными) и разъединитель 26 соединен с линией 46 и работает по схеме блока “трансформатор – линия” (ТЛ), при этом АТ 50 через разъединитель 30, выключатель 4 (выключатели 4, 6, 8, 10 именуются в дальнейшем шинными) и разъединитель 14 подключен к ÑØ1, а блок “генератор 58 – трансформатор 51” (ГТ1) через разъединители 35, 41, 40, выключатель 7 и разъединитель 27 соединен с линией 47 и работает по схеме “генератор – трансформатор – линия” (ГТЛ1), а через разъединитель 31, выключатель 6 и разъединитель 18 подключен к ÑØ2. Аналогично блоки ÃÒ2 è ÃÒ3 через соответствующие разъединители и выключатели 9 è 11 работают с линиями 48 è 49 по схемам блоков ГТЛ2 и ГТЛ3 соответственно, при этом ГТЛ2 и ГТЛ3 через шинные выключатели 8 è 10 и соответствующие разъединители подключены к ÑØ1 è ÑØ2, которые соединены шиносоединительным выключателем 3 (ØÑÂ3).

Отключение любой из линий 46, 47, 48, 49 при ее повреждении и работе КРУЭ в нормальном режиме сопровождается отключением линейного выключателя 5, 7, 9, 11 соответственно с сохранением параллельной работы других присоединений (одним выключателем как в обычных КРУЭ).

Отключение любого из трансформаторов 50, 51, 52 èëè 53 при его повреждении, примерно 1 раз в 50 лет (при отказе, равном 0,02 1 год [2]), производится двумя выключателями 4 è 5, 6 è 7, 8 è 9 èëè 10 è 11, при этом на время отключения (автоматического или ручного) разъединителя 34, 35, 36 èëè 37 и включения двух соответствующих выключателей будет отключаться и соответствующая линия 46, 47, 48 èëè 49 в отличие от обычных КРУЭ, в которых даже кратковременных отключе- ний линий нет.

Отказ одной или обеих СШ, отключение любой системы шин или даже обеих СШ (из-за отказа ШСВ или при снижении давления элегаза в отсеке любого отключенного шинного разъединителя до аварийной уставки устройства контроля давления элегаза, а также при “ложном” срабатывании последнего) не приведут к отключению ни одного присоединения, а будут сопровождаться изолированной (в пределах КРУЭ) работой двух или всех четырех блоков ТЛ, ГТЛ в отличие от обычного КРУЭ, в котором указанные повреждения приведут к потере половины или всего КРУЭ.

Отключение одной из СШ при отказе примыкающего к ней шинного выключателя какого-либо блока приведет к непродолжительному отключе- нию этого блока и непродолжительной изолированной работе другого блока, примыкающего к той же СШ, при этом следует учитывать, что вероятность отключения любой СШ в предлагаемом КРУЭ (по сравнению с обычным) меньше, по крайней мере, в 2 раза за счет уменьшения числа выключателей, подключаемых к СШ, и меньшей

вероятности отказа этих выключателей по сравнению с выключателями линий, которыми производится большее число операций в год.

Отказ какого-либо линейного выключателя (в том числе при повреждении линии) приведет к отключению шинного выключателя этого блока и непродолжительному (на время отключения разъединителями отказавшего выключателя) отключе- нию только ÀÒ или блока ÃÒ1 – ÃÒ3 в отличие от обычных КРУЭ, где указанные отказы сопровождаются отключением всех присоединений СШ, к которой примыкает отказавший выключатель.

Повреждение любого трансформатора с отказом линейного выключателя приведет к отключе- нию двух присоединений, при этом линия будет отключена на время ремонта отказавшего выклю- чателя. Однако следует учитывать, что вероятность совпадения таких отказов очень маленькая. Если принять частоту отказа элегазового выключа- теля 110 кВ 0,0073 1 год [1], а частоту отказа трансформатора 110 кВ, равной 0,02 1 год [2], то вероятность указанных совпадений, рассчитанная в соответствии с [3], будет равна 4 0,00730,02 = 0,00058 1 год (с периодичностью 1 раз в 1700 лет).

Таким образом, при работе КРУЭ в нормальном режиме отказ любого выключателя приведет к отключению не более двух присоединений (одного блока ТЛ или ГТЛ) с последующим, после отклю- чения разъединителями отказавшего выключателя, восстановлением в работе, по крайней мере, одного присоединения, кроме указанных ранее крайне редких случаев.

Ремонт линейных выключателей 5, 7, 9, 11, шинных разъединителей 16, 19, 22, 25 и разъединителей 38, 40, 42, 44 совмещают с ремонтом линий 46 – 49 и производят как в обычных КРУЭ. Ремонт шинных выключателей 4, 6, 8, 10 можно выполнять в разных ремонтных режимах. Текущие ремонты шинных выключателей можно осуществлять при выделении блока ТЛ или ГТЛ на изолированную работу. Например, при выводе в ремонт выключателя 4 блока ТЛ отключают этот выклю- чатель и разъединители 30, 14. Ремонт шинных разъединителей 14, 15 выполняют как в обычных КРУЭ при поочередных переключениях других блоков с одной СШ на другую СШ и изолированной работе ремонтируемого блока. При необходимости сохранения параллельной работы блока при ремонте его шинного выключателя, например при капитальном ремонте выключателя (или его замене) или аварийном выводе из работы выключателя, используют другой ремонтный режим. Так, при аварийном выводе в ремонт того же выключа- теля 4 включают разъединитель 21 и отключают разъединитель 20 (переключают блок ГТЛ2 к ÑØ2), включают разъединитель 16, отключают разъединители 30 è 14.

Ремонт шинных разъединителей (непродолжительный по сравнению с временем ремонта выключателей) выполняют с выделением блока на изолированную работу путем отключения шинного выключателя блока. При ремонте выключателей 4, 8 è 6, 10 с сохранением блочной и параллельной работы ремонтируемых блоков рабочая ÑØ1 è ÑØ2 соответственно используется в качестве обходной СШ, а ШСВ в качестве обходного выклю- чателя, при этом линия ремонтируемого блока как и в нормальном режиме подключена к одному выключателю, а трансформатор блока – к двум выключателям.

Ремонт трансформаторных узлов разъединителей 30 – 37 è 39, 41, 43, 45 совмещают с ремонтом трансформаторов (аналогично, например, схемам ГТЛ с уравнительным обходным многоугольником – УОМ) с сохранением линий в работе. При выводе

âремонт указанных разъединителей предварительно выполняют те же операции разъединителями, что и при выводе в ремонт шинных выключателей блоков с заменой их ШСВ.

Âотличие от нормального режима в указанных ремонтных режимах при ремонтах линейных выключателей (или линий), а также разъединителей трансформаторов (и трансформаторов), когда вторые присоединения ремонтируемых блоков вклю- чены по схеме с одним выключателем на цепь, отказы шинных выключателей блоков и ШСВ могут привести к отключению трех присоединений и раздельной работе всех блоков с восстановлением

âработе (после отключения отказавшего выключа- теля), по крайней мере, двух присоединений. В аналогичных ремонтных режимах обычного КРУЭ отказы любого (кроме ШСВ) выключателя также приведут к отключению трех и даже четырех присоединений, но с большей (примерно в 2 раза) вероятностью, а отказ ШСВ будет сопровождаться отключением всех присоединений.

Âсоответствии с рекомендациями построения графика ремонтных работ оборудования РУ, обеспечивающего минимум вероятности возникновения аварий [3], в этом РУ с целью уменьшения вероятности отключения трех присоединений в период одного (из многих) останова блоков ÃÒ1 – ÃÒ3 (по технологическим причинам) следует выполнять поучастковый ремонт линии остановленного блока, во время которого производить текущий ремонт всех разъединителей блока. Например (ðèñ. 1), при остановленном блоке ÃÒ1 (выключа- тель 54 отключен) отключают трансформатор на стороне низшего напряжения, выключатели 7 è 6, разъединители 27 è 18 и (при отключенной линии 47 с другого конца) выполняют ремонт выключа- теля 7 и разъединителей 27, 40, 41, 31, 35, а после соответствующих переключений присоединений с одной системы шин на другую выполняют ремонт разъединителей 18, 19 è 17. По окончании ремонта

линии включают разъединители 35, 40, 41, 27 и выключатели 7 è 6.

Число операций, производимых разъединителями для выполнения ремонта оборудования этого КРУЭ (с выделением блоков на изолированную работу только для ремонтов шинных разъединителей), примерно в 1,5 раза меньше, а при выполнении совмещенных ремонтов оборудования блоков ГТЛ1 – ГТЛ3 в 2,5 раза меньше по сравнению с обычным КРУЭ на восемь присоединений и примерно такое же, как в РУ схемы 3 2.

В отличие от обычных схема этого КРУЭ при работе в нормальном режиме обеспечивает выделение на изолированную работу двух любых блоков ГТЛ, а также блока ТЛ с любым из блоков ГТЛ. Указанные режимы в сочетании с регулированием мощности блоков (в пределах их регулировочных диапазонов) могут быть использованы для оптимизации перетоков мощности в сети 110 кВ.

При системных авариях и работе КРУЭ в предаварийном режиме как по нормальной схеме, так и в ремонтных режимах шинных выключателей и их шинных разъединителей возможно (с использованием автоматической частотной разгрузки и подготовкой части сети с нагрузкой, по крайней мере, первой категории к отделению) выделение одного, двух или трех блоков ГТЛ (в зависимости от схемы сети) на примерно сбалансированную нагрузку, при этом выделение каждого блока (в пределах КРУЭ) производится одним (шинным) выключателем.

При большем числе присоединений, подклю- чаемых к КРУЭ, наряду с известными способами установки секционных и шиносоединительных выключателей авторы предлагают (при секционировании одной из СШ) установку двух шиносоединительных выключателей, расположенных рядом (в месте секционирования), каждый из которых включен по схеме ðèñ. 2.

Включение трансформаторов в блоках с питающими линиями понижающих подстанций обеспечит сохранение в работе трансформаторов при отключении одной и даже обеих рабочих систем шин как в нормальном, так и в ремонтных режимах РУ, что особенно важно при электроснабжении от этих трансформаторов потребителей первой и второй категорий.

Использование технического решения (подключение блоков к рабочим СШ) возможно и в РУ с тремя рабочими системами шин, аналогичных, например, широко распространенным схемам Германии, при этом можно без понижения надежности (при установке второго ШСВ) подключить к РУ большее число присоединений.

Íà ðèñ. 2 показана схема КРУЭ 220 кВ с тремя рабочими системами шин, к которому подключе- ны: четыре блока “генератор – трансформатор” (ÃÒ1 – ÃÒ4) по 165 МВт каждый; два спаренных автотрансформатора связи по 80 МВ А и пять ли-

ний, обеспечивающих выдачу мощности ТЭЦ в кольцевую городскую сеть 220 кВ (линии 65 – 68 ) и крупному промышленному предприятию с дефицитом мощности примерно 120 МВт (линия 69 ), содержащему потребителей первой и второй категорий. При этом подстанции 330 220 и 220 кВ соединены между собой, по крайней мере, двумя линиями 220 кВ, в рассечку одной из которых включены блоки ÃÒ1 è ÃÒ2.

Отличие КРУЭ ðèñ. 2 îò ÊÐÓÝ ðèñ. 1 заключа- ется в том, что оно содержит третью рабочую СШ, два шиносоединительных выключателя (4, 15), один вывод каждого из которых подключен к одной (разным) системе шин, а другой вывод через развилку из двух разъединителей, последовательно с одним из которых включен дополнительный разъединитель, – к двум другим системам шин. Кроме того, шинный выключатель одного из блоков ГТ подключен к рабочим СШ через развилку из трех разъединителей. Установка дополнительного (ремонтного) разъединителя в развилке шинных разъединителей ШСВ обеспечивает выполнение ремонтов разъединителей ШСВ во время ремонта шинных разъединителей присоединений.

В нормальном режиме этого КРУЭ включены все коммутационные аппараты, кроме шинных разъединителей 18, 20, 22, 24, 25, 27 – 29, 31, 32, 34 – 36. Блоки ТЛ (ÀÒ – линия 65 ) è ÃÒË3 (ÃÒ3 – линия 68 ) выключателями 5 è 11, разъединителями 21 è 30 подключены к ÑØ3, а блоки ГТЛ1 (ÃÒ1 –

линия 66 ) è ÃÒË2 (ÃÒ2 – линия 67 ) выключателями 7 è 9 и соответствующими разъединителями – к ÑØ1. Блок ГТЛ4 выключателем 13 и разъединителем 33 подключен к ÑØ2. Ïðè ýòîì ÑØ1 è ÑØ2 соединены ШСВ 4, à ÑØ2 è ÑØ3 – ØÑÂ 15. Таким образом, в нормальном режиме ÑØ1 è ÑØ3, к каждой из которых подключены по два блока, соединены двумя последовательно соединенными через ÑØ2 (к которой подключен блок ГТЛ4) ШСВ 4 è 15. Указанное подключение присоединений выполнено для случая, когда необходимо сохранить связь (транзит) между подстанциями 330 220 и 220 кВ при повреждении (отказе) шинного выключателя любого блока или при отказе одного из ШСВ.

Работа КРУЭ ðèñ. 2 в нормальном и ремонтных режимах аналогична работе КРУЭ ðèñ. 1. Причем в этом РУ во всех ремонтных режимах сохраняется схема, по крайней мере, с двумя рабочи- ми СШ, что значительно уменьшает вероятность выделения всех блоков на изолированную работу и разрыв транзита мощности через КРУЭ.

При аварийном снижении частоты в энергосистеме схема КРУЭ может обеспечить автоматиче- ское отделение (выделение) блока ГТЛ4 на нагрузку крупного промышленного предприятия с дефицитом мощности примерно 120 МВт (при предварительном отключении других линий, питающих это предприятие). Сочетание указанного отделения блока с автоматической частотной разгрузкой предприятия (особенно при наличии на предприятии ведомственных источников питания) позволит в послеаварийном режиме энергосистемы использовать эту ТЭЦ в качестве резервного источника питания для разворота агрегатов других электростанций.

Схема предлагаемого РУ (с установкой показанного на схеме ðèñ. 2 пунктиром разъединителя и подключением блоков ТЛ и ГТЛ1 к ÑØ2, а блоков ГТЛ2 и ГТЛ3 – к ÑØ1 ) может быть использована при разделении шин РУ электростанций при делении энергосистемы на несинхронно работающие части, например для предотвращения нарушений устойчивости. При этом разделение шин может выполняться одним из двух последовательно включенных (через одну из СШ, к которой подключен блок ÃÒ4) шиносоединительных выключа- телей.

Возможность применения схем электрических соединений РУ, в которых часть или все присоединения включены по блочной схеме и подключены к рабочим системам шин в РУ более высокого напряжения (330, 500 кВ), выполнена путем сравнения схемы РУ (с традиционным оборудованием), показанной на ðèñ. 3, с двумя (из четырех) схемами, рассмотренными в [4], при выборе целесообразного варианта схемы электрических соединений РУ 500 кВ мощной тепловой электростанции с тремя спаренными блоками по 500 МВт каждый,

мощность которых выдается в сеть 500 кВ шестью линиями и в сеть 220 кВ двумя спаренными автотрансформаторами связи по 500 МВ А. При этом четыре (из шести) линии 500 кВ – короткие (длиной по 15 км) и представляют участки двухцепного транзита (в рассечку которого включена ТЭС), замыкающие внутреннюю часть общего кольца сети 500 кВ, причем на одном конце указанный транзит подключен к одной подстанции, а на другом – к разным подстанциям, но соединенным линией длиной 5 км. Номера линий, их длины и показатели повреждаемости выключателей (показанные рядом с выключателями) приведены на схеме ðèñ. 4, à, взятой из [4], при этом линии Ë5 è Ë6 подключены к одной подстанции, а линии Ë3 è Ë4 – к разным подстанциям, соединенным линией длиной 5 км. По условиям примера [4]: одновременное отключение двух линий, отходящих в разных направлениях, и одного и даже двух спаренных блоков и двух линий разных направлений не приведет к недопустимо тяжелым для объединенной энергосистемы режимам, поскольку в приемных энергосистемах имеется аварийный резерв в несколько миллионов киловатт. На схеме ðèñ. 3 под порядковыми номерами линий РУ показаны номера (в скобках) и длины линий, соответствующие схеме ðèñ. 4, à.

ÂÐÓ ðèñ. 3 каждая из развилок разъединителей трансформаторов соединена только одним разъединителем непосредственно с линейным выключателем, при этом каждая линия соединена разъединителем (обходным) с несекционированной рабочей ÑØ1. Рабочая ÑØ2 секционирована на секции 3 è 4 рядом расположенными шиносоединительными выключателями 11 è 12, каждый из которых включен как в схеме ðèñ. 2. Короткие линии 68 è 69 (одной из цепей транзита) включены в блок “линия 68 – линия 69” (Л – Л), а короткие линии 70 è 71 (другой цепи транзита) соединены с блоками ГТ2 и ГТ3 в блоки ГТЛ2 и ГТЛ3, которые не имеют линейных выключателей.

Âнормальном режиме этого РУ включены все коммутационные аппараты, кроме шинных разъединителей 15, 17, 20, 22, 27, 29, 31 и обходных разъединителей 39 – 43. Секции 3 è 4 ÑØ2 соединены двумя последовательно включенными ШСВ 11 è 12 (разъединителями 24, 25 через ÑØ1 ). Блоки “автотрансформаторы – линия 66” (ÒË) è “ÃÒ1

–линия 67” (ГТЛ1) подключены к секции 3 ÑØ2, блок Л – Л подключен к ÑØ1, а блоки ГТЛ2 и ГТЛ3 подключены к секции 4 ÑØ2, при этом обе цепи транзита замкнуты.

При работе РУ в нормальном режиме отключе- ние блочных линий и трансформаторов блоков ТЛ и ГТЛ1, а также линий блока Л – Л при их повреждениях производится аналогично отключениям присоединений в РУ ðèñ. 1, 2. При отказах линий 70 èëè 71 (длиной 15 км) с общей вероятностью 2 0,4 15 100 = 0,12 1 год (отказ линии длиной

ÀÒ 2 · 500 Ì·À

6 · 500 ÌÂÒ

3

100 км равен 0,4 1 год, [2]) будут отключаться выключатели 13 èëè 14 и выключатели генераторного напряжения этого блока с отключением блока ÃÒ2 èëè ÃÒ3, но после отключения разъединителями 37 èëè 38 отказавшей линии блоки восстанавливаются в работе, при этом время отключенного состояния блоков может быть сокращено при автоматическом отключении линейных разъединителей по факту работы защит линий, отключенного состояния выключателей генераторного напряжения и отсутствии тока в линии.

Отказ любого выключателя любого блока приведет к отключению только блока с отказавшим выключателем с последующим, после отключения отказавшего выключателя разъединителями и соответствующих переключений в РУ, восстановлением его параллельной блочной (через ÑØ1 и один из ШСВ) работы. При этом отказ шинного выключателя какого-либо блока будет сопровождаться (на время отключения отказавшего выклю- чателя) изолированной работой другого блока, примыкающего к той же СШ, что и отказавший выключатель, а отказ шинного выключателя 9 блока Л – Л, так же как и отказ любого из ШСВ, приведет к непродолжительной раздельной работе секций 3 è 4 ÑØ2 с подключенными к ним блоками ТЛ, ГТЛ1 и ГТЛ2, ГТЛ3 соответственно. Однако при всех указанных отказах выключателей сохраняется транзит, по крайней мере, одной из цепей, замыкающей внутреннюю часть общего кольца сети 500 кВ, в которую выдается мощность не-

продолжительно выделившихся на изолированную работу блоков (в отличие от схем 3 2 и ГТЛ с УОМ – уравнительным обходным многоугольником, в каждой из которых отказ выключателя, к которому примыкают две линии одного направления, может привести к отключению этих линий).

Вероятность развития аварии в этом РУ, рас- считанная в соответствии с [4], меньше, чем в РУ схемы 3 2, так как к отключениям четырех или пяти выключателей, примыкающих к СШ, могут привести только отказы ШСВ, причем при отказах ШСВ с вероятностью 0,13 + 0,1 = 0,23 1 год отключаются четыре выключателя, а при повреждении одного и отказе другого ШСВ отключаются пять выключателей (с сохранением транзита) с вероятностью 2 0,13 0,1 = 0,026 1 год. Общая вероятность развития аварии в этом РУ равняется 0,256 1 год. В РУ схемы 3 2 согласно [4] вероятность отключения пяти выключателей равна 0,59 1 год.

Схема этого РУ, как и схемы РУ ðèñ. 1, 2, обеспечивает возможность реализации противоаварийных мероприятий и создания рабочих режимов небольшим числом операций выключателями.

Ремонт выключателей и разъединителей ячеек блоков может выполняться в разных ремонтных режимах, при этом рабочая ÑØ1 используется в качестве обходной СШ, а один из ШСВ – в качестве обходного выключателя. При ремонте выключа- телей блоков присоединения ремонтируемого блока следует включать (с целью повышения надежности) по блочной схеме через ÑØ1 è ØÑÂ 11

èëè 12, при этом ремонт оборудования блоков Л – Л и ТЛ следует приурочивать к ремонту одного из присоединений (линии или трансформатора) с сохранением другого присоединения в работе.

Например, при выводе в текущий (на 8 ч) по- участковый (длиной 10 км) ремонт линии 69 (ðèñ. 3) отключают выключатель 10, разъединители 36, 49 и выполняют ремонт линии и разъединителя 36. При завершении ремонта (или после его окончания) включают разъединитель 22, отключа- ют разъединитель 24, включают разъединитель 20, отключают разъединители 19, 25 è ØÑÂ 11 после чего выполняют ремонт разъединителя 41 и приступают к ремонту выключателя 10. Включение линии после ее ремонта (и ремонта разъединителей 36, 41 ) выполняют аналогично включению неблочных линий в схеме ГТЛ с УОМ [3]. Включают линию с противоположного конца, после чего включают разъединитель 25, ØÑÂ 11, отключают ШСВ 11, включают разъединитель 41 è ØÑÂ 11, (подключают линию к РУ), включают разъединитель 19, отключают разъединитель 20.

После ремонта выключателя 10 выводят в ремонт линию 68 и выключатель 9 путем отключе- ния последнего и разъединителя 19. После ремонта линии 68 и разъединителей 35, 48, 49 включают эти разъединители и выключатель 10, при этом линии (как и при ремонте выключателя 10 ) работают по блочной схеме. Перед включением выключателя 9 отключением ШСВ 11 и разъединителя 41 переводят блок в изолированный режим и выполняют ремонт разъединителей 19, 20, после чего восстанавливают нормальный режим РУ. В период ре-

монта выключателей блоков отказ любого выклю- чателя (в том числе ШСВ 11, отказ которого сопровождается отключением обеих линий блока Л – Л) не приведет к разрыву транзита, замыкающего внутреннюю часть кольца сети 500 кВ.

При ремонте выключателей 9, 10 блока Л – Л (как и при ремонте выключателей блоков ТЛ, ГТЛ1) в отличие от нормального режима только отказы линейных выключателей других блоков (ТЛ, ГТЛ1) будут сопровождаться (из-за использования ÑØ1 для ремонта) восстановлением в работе одного присоединения отключенного блока (автотрансформатора или блока ÃÒ1 ). Отказ второго выключателя ремонтируемого блока приведет (как и при отказе линейных выключателей) к отключе- нию этого блока с последующим восстановлением в работе одного присоединения. При этом при ремонте выключателей блоков ГТЛ1 или ТЛ отклю- ченным (на время восстановления отказавшего выключателя) присоединением будет блок ГТ или автотрансформаторы (как и в схеме 3 2 при ремонте одного выключателя и отказе второго выключателя блока ГТ).

Ремонт оборудования блоков ГТЛ выполняют аналогично, при этом поучастковый ремонт линий блоков ГТЛ следует совмещать (как и в РУ ðèñ. 1, 2) с текущими ремонтами трансформаторов и трансформаторных узлов разъединителей остановленных спаренных блоков ГТ с предварительной подготовкой схемы РУ к выполнению этих работ.

Например, перед отключением трансформаторов блока ГТЛ3 для ремонта разъединителей 52, 53, 57, 64, 65 включают разъединитель 20, отклю- чают разъединитель 19, включают разъединитель 27, отключают разъединитель 25, ØÑÂ 12 и разъединитель 24. После этих подготовительных переключений отключают трансформаторы на стороне низшего напряжения, линию с противоположного конца, выключатель 14, разъединители 38, 32 и после выполнения мер безопасности выполняют ремонт всех, кроме разъединителя 32, разъединителей ячейки.

После выполнения ремонта указанных разъединителей и готовности линии к включению включают линию с противоположного конца, разъединитель 24, ØÑÂ 12, отключают ШСВ 12, включают разъединитель 43, ØÑÂ 12. После этого включают разъединители 31, 52 (при включенных после ремонта разъединителях 53, 57, 64, 65 ), выключатель 14 и разъединитель 38. Отключают выключатель 14, разъединители 31, 52 и выполняют ремонт выключателя 14.

В указанном режиме блок работает параллельно с другими блоками через ÑØ1 è ØÑÂ 12.

По окончании ремонта выключателя 14 отклю- чают ШСВ 12, разъединитель 43 (переводят блок на изолированную работу), и после выполнения необходимых операций шинными разъединителями ШСВ 11, 12 è ØÑÂ 12 выполняют ремонт разъ-

единителя 32 и восстанавливают нормальный режим с включением выключателя 14 блока. При ремонте выключателя 14 отказ ШСВ 12 приведет к непродолжительному (на время отключения ШСВ) отключению блока, а отказ линии 71 будет сопровождаться отключением блока как при отказе одного выключателя при ремонте другого блока ГТЛ1 на время восстановления линии. Учитывая, что время восстановления линии в несколько раз меньше времени восстановления выключателя, ущерб от недовыработанной энергии этих блоков будет меньше ущерба от отключения блока ГТЛ1 (как и блоков схемы 3 2).

При расчете показателей повреждаемости выключателей схемы ðèñ. 4, á принималось, что при выводе в ремонт выключателей и разъединителей в этом РУ выполняется столько же операций выключателями блоков, сколько в схеме 3 2 при ремонте выключателей и разъединителей. Число операций ШСВ 11 è 12 в указанных ремонтных режимах равно соответственно 24 è 18.

Íà ðèñ. 4, á показана упрощенная схема ðèñ. 3 с показателями повреждаемости выключателей и коротких линий, в которой утолщенными линиями показано соединение элементов РУ в нормальном режиме.

Повреждаемость каждого выключателя при технико-экономическом сравнении вариантов схем, исходя из места выключателя в схеме и длин линий, рассчитывалась по формуле

ãäå â – частота отказа выключателя, 1 год; â.ñð – средняя повреждаемость выключателя в схеме с одним выключателем на цепь, равная 0,14 1 год для линий длиной 400 км и с числом отключений на ремонт 10 1 год, т.е. с числом операций выклю- чателями 20 1 год (в знаменателе дроби); коэффициенты 0,6, 0,2 и 0,2 – коэффициенты распределения отказов при операциях выключателями для вывода присоединений в ремонт, при отключении коротких замыканий и в состоянии покоя соответственно; lä – длина линий, км; lñð – средняя длина линий 500 кВ, равная 400 км; Në – число операций выключателями при выводе линии длиной 300 км 5 раз в год, линии длиной 220 км – 4 раза в год, линии длиной 15 км – 1раз в год; Nò – число операций выключателем по выводу в ремонт спаренных автотрансформаторов 2 раза в год (число операций по выводу трансформаторов блоков ГТ принимается равным 0).

Повреждаемость каждой линии длиной 15 км принималась равной 0,4 100 15 = 0,06 1 год [2].

Результаты расчетов вероятных отказов выключателей, примыкающих к повышающим трансформаторам блоков, стоимости РУ и расчет-

ных затрат без учета ущерба вследствие недовыработанной энергии из-за отключения блоков при отказах в РУ схем 3 2, ГТЛ с УОМ, взятых из указанного ранее примера, и вычисленные в тех же единицах и по той же методике схемы предлагаемого РУ, обозначенного для сокращения названия как ГТЛ с РСШ (рабочими системами шин), приведены в таблице.

Разница результатов сравнения расчетных затрат самой экономичной схемы ГТЛ с УОМ с рас- четными затратами других схем с учетом ущерба и без его учета составляет не более 0,1%, поэтому с целью упрощения расчетные затраты приведены без учета ущерба. Расчетные затраты принимались равными стоимости РУ, умноженной на суммарный нормативный коэффициент, равный 0,208 [4]. Стоимость предлагаемого РУ определена исходя из числа выключателей РУ и стоимости ячейки с выключателем 500 кВ (принятой в примере), равной 350 тыс. руб. (при четырех разъединителях на выключатель), умноженной на коэффициент 1,09, учитывающий, что в этом РУ на один выключа- тель приходится пять разъединителей.

Сравнение вариантов схем по данным таблицы показывает, что вероятности отказов выключателей, примыкающих к повышающим трансформаторам блоков схемы 3 2 и схемы предлагаемого РУ (ГТЛ с РСШ), примерно равные, но последняя уступает по экономичности (примерно на 16%) только схеме ГТЛ с УОМ из-за большего числа разъединителей и возможной необходимости установки аппаратуры в цепях шинных выключателей некоторых блоков на больший номинальный ток.

Число операций разъединителями для проведения ремонта разъединителей и выключателей в предлагаемом РУ (ГТЛ с РСШ) в указанных ранее ремонтных режимах примерно на 25% больше, чем в РУ, выполненном по схеме 3 2.

При установке линейных выключателей в блоках ГТЛ2 и ГТЛ3 РУ схемы ГТЛ с РСШ (ðèñ. 3) экономичность предлагаемого РУ (с 12 выключа- телями и 4,2 разъединителя на выключатель) ухудшится при примерно той же суммарной вероятности отказов выключателей, примыкающих к

трансформаторам блоков (даже несколько меньшей), однако и в этом случае она будет лучше схемы 3 2 примерно на 15%. При установке в сравниваемых схемах только элегазовых выключателей (с вероятностями отказов 0,0054 1 год [1]) разница в экономичности (в процентах) РУ останется примерно той же, а надежность всех РУ повысится. При этом суммарная вероятность отказов выклю- чателей, примыкающих к трансформаторам блоков схем 3 2 и ГТЛ с РСШ, будет одинаковой и меньше, чем в других схемах. Проведенные сравнения показывают возможность использования предлагаемого технического решения, по крайней мере, в некомплектных РУ 330 кВ.

В заключительной части примера [4] отмечается, что в системе меньшей мощности (с меньшими резервами) все блоки пришлось бы, очевидно, присоединять к РУ как одиночные, что сделало бы вероятным выполнение другого варианта схемы соединений РУ. В качестве одного из других вариантов схемы с использованием указанного техни- ческого решения включения трансформаторов блоков ГТ с линиями, имеющими линейные выключатели, мог быть рассмотрен вариант включе- ния четырех одиночных блоков ГТ без выключателей генераторного напряжения в блоки с короткими линиями, при этом каждая короткая линия должна подключаться к развилке шинного и линейного выключателей блока, а каждый блок ГТ через дополнительный коммутационный аппарат (разъединитель или отделитель), подключенный к развилке обходного разъединителя и разъединителя выключателя, – к одному выключателю, при этом наличие дополнительного КА обеспечивает вклю- чение блочной линии через два выключателя к рабочим СШ при длительном ремонте блока ГТ.

Выводы

1.В РУ (в том числе КРУЭ) с двумя рабочими системами шин включение, по крайней мере, только двух присоединений по блочной схеме (ТЛ или ГТЛ) исключает потерю РУ в нормальном режиме,

àвключение двух блоков практически исключает потерю РУ как в нормальном, так и в ремонтных режимах последнего.

2.Схемы РУ, в которых использованы указанные технические решения, увеличивают оперативность при создании рабочих режимов и обладают хорошей совместимостью с наиболее распространенной в энергосистемах автоматикой ограниче- ния снижения частоты при осуществлении выделения блоков или всей электростанции со сбалансированной нагрузкой в сочетании с АЧР, что особенно важно для крупных городов и больших промышленных предприятий при системных авариях.

3.Блочное включение присоединений в РУ с двумя рабочими системами шин сокращает число

операций разъединителями при переключениях, производимых для выполнения ремонтов оборудования РУ, по сравнению с РУ с одним выключателем на присоединение.

4. Предлагаемые технические решения могут быть использованы при проектировании новых и реконструкции старых действующих РУ электростанций и подстанций напряжением 35 – 500 кВ при применении в них различного оборудования, в том числе элегазового.

Список литературы

1.Мисриханов М. Ш., Мозгалев К. В., Шунтов А. В. О надежности КРУЭ и коммутационных аппаратов с традиционной изоляцией. – Электрические станции, 2003, ¹ 11.

2.Справочник по проектированию электроэнергетических систем Голинец М. В., Ершевич В. В., Зейлигер А. Н. и др. М.: Энергия, 1977.

3.Ãóê Þ. Á. Теория надежности в электроэнергетике. Л.: Энергоатомиздат, 1990.

4.Двоскин Л. И. Схемы и конструкции распределительных устройств. М.: Энергоатомиздат, 1985.