Лекция №28 Электрические схемы трансформаторных и преобразовательных подстанций

28.1. Трансформаторные подстанции

ТП предназначены для преобразования напряжения сетей и передачи мощности.

ТП состоят из трансформаторов или автотрансформаторов, РУ ВН, РУ СН, РУ НН, вспомогательных устройств. На ТП могут быть установлены синхронные компенсаторы, статические конденсаторы и шунтирующие реакторы.

Классифицироваться ТП могут по различным признакам: номинальное напряжение сети, число ступеней пониженного напряжения, число трансформаторов или автотрансформаторов, положение ТП в системе, категория потребителей.

Главная схема подстанции должна удовлетворять требованиям: надежное присоединение в нормальных и аварийных режимах, надёжный транзит мощности через РУ, допустимые уровни токов КЗ на стороне СН и НН, возможность расширения, соответствие требованиям противоаварийной автоматики.

Выбор между трансформатором и автотрансформатором зависит от напряжения сети. Сети кВ связываются автотрансформаторами. В сетях кВ устанавливаются трансформаторы. Устанавливаются трехфазные трансформаторы и автотрансформаторы или группы однофазных трансформаторов или автотрансформаторов.

На ТП устанавливаются два трансформатора или автотрансформатора. Для снижения длительности аварийного простоя применяют передвижные резервные трансформаторы МВА. Время замены трансформатора может составлять суток.

При проектировании подстанций номинальный ток коммутационных аппаратов, сечения шин выбираются с учетом возможности замены трансформаторов более мощными.

ТП допускаются с одним трансформатором если потребители первой и второй категорий резервируются по СН и НН, для потребителей третьей категории предусмотрен передвижной трансформаторный резерв с заменой поврежденного трансформатора в течение суток.

На ТП оба трансформатора включены. Трансформатор и автотрансформатор имеют устройства РПН. РПН не имеют трансформаторы небольшой мощности МВА с НН 380/220 В.

Регулирование напряжения на НН автотрансформатора осуществляется линейным регулировочным трансформатором.

28.1.1. Схемы ру вн

Определяются положением подстанции в сети, напряжением сети, числом присоединений.

Подстанции различают: узловые, проходные, ответвительные и тупиковые (рис. 28.1).

Рисунок 28.1

Узловые и проходные подстанции являются транзитными. Транзит осуществляется через сборные шины. При проектировании подстанций, РУ кВ выполняются по кольцевым схемам. Если число присоединений , то РУ выполняются по схемам треугольник или квадрат. Если число присоединений составляют , то по схеме трансформатор шины (рис 28.2).

Рисунок 28.2

Если число присоединений , то применяется схема 3/2 (рис. 28.3) с присоединением трансформаторов к СШ.

Рисунок 28.3

При числе присоединений свыше 8 по полной схеме 3/2 (рис. 28.4).

Рисунок 28.4

Данные схемы можно преобразовать из одного вида в другой по мере развития подстанции.

РУ 220 кВ при числе присоединений также выполняются по кольцевым схемам: треугольник, квадрат (рис. 28.5).

Рисунок 28.5

Недостаток схемы линия и трансформатор при повреждении в одной из этих ветвей отключаются вместе.

Работа неповрежденного присоединения восстанавливается отключением соответствующего отделителя и повторным включением выключателей.

Для РУ (110 220) кВ при числе присоединений НТП рекомендует схему с двумя системами сборных шин и обходной системой сборных шин.

РУ (110 220) кВ с числом присоединений с парными линиями или линиями резервированными от других подстанций выполняются с одной системой шин секционированной и обходной системой.

При числе линий и трансформаторах мощностью МВА можно присоединить трансформатор к СШ через отделители (рис. 28.6).

Рисунок 28.6

РУ (110 220) кВ проходных подстанций на линиях с двусторонним питанием выполняются с выключателями и ремонтной перемычкой с двумя нормально отключенными разъединителями (рис. 28.7).

Рисунок 28.7

РУ (110 220) кВ может быть выполнено с одним выключателем и отделителем в цепи трансформатора (рис. 28.8).

Рисунок 28.8

В этом случае при повреждении линии слева или справа отключается поврежденный участок вместе с трансформатором. Работа трансформатора восстанавливается включением выключателя в перемычке.

Применяются схемы с короткозамыкателями (рис. 28.9).

Рисунок 28.9

При включении короткозамыкателя создается искусственное КЗ на зажимах трансформатора. Ток в линии резко увеличивается, и срабатывает выключатель в начале линии. Затем наступает пауза. В бестоковую паузу срабатывает отделитель. Затем повторно включатся линия.

Для РУ ВН кВ при числе присоединений НТП рекомендуют одиночную систему сборных шин. При большем числе присоединений допускается схема с двумя системами сборных шин.

Для ответвительных и тупиковых подстанций выполняются блочные схемы (рис. 28.10).

Рисунок 28.10

Блочная схема без перемычки (рис. 28.10, а) применяется при небольшой длине линий, т.к. вероятность отключения линии вместе с трансформатором относительно мала.

Недостаток: при повреждении и ремонте линии в работе остается трансформатор.

Схема (рис. 28.10, б) обеспечивает возможность присоединения обоих трансформаторов к одной линии при ремонте второй.

Схема (рис. 28.10, в) дает возможность автоматически подключить второй трансформатор при аварии.

28.1.2. Схемы РУ СН

Для РУ (35 220) кВ НТП рекомендуют:

• Для РУ (35 220) кВ одиночную секционированную систему при числе присоединений ;

• Для РУ (110 220) кВ одиночную секционированную систему СШ с обходной системой при числе присоединений до с преобладанием параллельных линий или линий, резервированных от других подстанций;

• Для РУ (110 220) кВ при две системы сборных шин с обходной системой;

• Для РУ (110 220) кВ при две системы сборных шин с обходной системой с секционированием обеих систем сборных шин.

28.1.3. Схемы РУ НН

Для РУ (6 10) кВ рекомендуется схема с одной секционированной системой сборных шин (рис. 28.11).

Рисунок 28.11

При нормальной работе СВ разомкнут. При необходимости ограничения тока КЗ применяются трансформаторы с расщепленными обмотками (рис. 28.12).

Рисунок 28.12

Могут применятся токоограничивающие реакторы (рис. 28. 13, а-г) простые или сдвоенные.

Рисунок 28.13

28.2. Преобразовательные подстанции

Для преобразования переменного тока в постоянный и наоборот применяются статические преобразователи.

Такие подстанции сооружают для питания промышленных потребителей постоянного тока (ж/д транспорт, электролизное производство, дуговые печи, прокатные станы и др.), а также для передачи энергии постоянным током высокого напряжения.

Преобразовательные подстанции это концевые устройства электропередачи. В начале электропередачи сооружается выпрямительная подстанция. Передача электроэнергии из одной системы в другую происходит асинхронно.

Выпрямительные и инверторные подстанции обычно выполняют одинаковыми. Однако их РУ переменного тока могут быть различными в зависимости от структуры электрических систем.

Один из возможных вариантов схемы электропередачи постоянного тока имеет вид (рис. 28. 14).

Рисунок 28.14

Линии электропередач постоянного тока обычно выполняются воздушными. В особых случаях выполняются кабельными.

Линии ВЛ Выполняются на ток А на одну цепь, и до кВ. Кабельные линии выполняются А, кВ.

Передача осуществляется на расстоянии до 2500 км, а КЛ до 150 км. Линии можно выполнять комбинированными.

Для ВЛ применяются провода типа АС с расщеплением по условиям короны на 2 4 провода.

В целом ЛЭП постоянного тока, включая преобразовательные подстанции дешевле ЛЭП переменного тока.

Для КЛ постоянного тока применяют одножильные кабели с алюминиевой экранированной жилой и бумажной изоляцией, пропитанной компаундом. Применяются также двухжильные кабели.

Обычно применяются двухцепные ЛЭП (биполярные). Такая ЛЭП может работать в трёх режимах: полюс полюс, полюс земля, два полюса земля.

Преобразовательные подстанции имеют блочную структуру. Преобразователь подключают к обмотке через разъединитель. Обмотка ВН подключается к сборным шинам через выключатель. Для повышения напряжения преобразователи соединяются последовательно.

Трансформаторы имеют РПН. Для обеспечения двенадцатифазного режима обмотки смежных блоков соединяются по схемам: звезда с нулём звезда и звезда с нулем треугольник.

Нейтрали ВН заземляют. Для преобразователей используются тиристорные блоки. Преобразователи устанавливаются в отдельном здании. Средние точки каскадных схем заземляют. Это позволяет использовать одну цепь по схеме провод земля при выходе из строя второй цепи.

Рабочее заземление выносят на несколько десятков километров и присоединяют к средней точке ВЛ. Это делается с целью избежать электролиза металлических сооружений подстанции, а также оболочек кабелей. Преобразователи это источники высших гармоник.

При работе в двенадцатифазном режиме часть гармоник взаимно компенсируются. Оставшиеся гармоники компенсируются фильтрами. Гармоники не выходят за пределы подстанции.

Конденсаторные батареи предназначены для компенсации реактивной мощности, потребляемой преобразователями.

На ЛЭП с обоих концов устанавливают сглаживающие реакторы.

На подстанции устанавливают также ОПНы.