[50]Главные схемы эл.Соединений станций и подстанций. Нормируемые аварийные ситуации. Требования к электрическим схемам. Их выбор. Области применения

Главной схемой определяется вся конструктивная часть ПС, ее стоимость и эксплуатационные свойства. При низшем напряжении (НН) 6—10 кВ широко применяются комплектные ячейки внутренней н наружной установок (КРУ нКРУН6—10 кВ) заводского изготовления. Эти ячейки выполняются по унифицированным типовым схемам. В настоящее время начато изготовление КРУ-35 с твердой изоляцией и КРУ-ПО н 220 кВ с элегазовой изоляцией. Применение комплектных ячеек не высшем напряжении (ВН) позволит резко со­кратить сроки проектирования и сооружения ПС, уменьшить пло­щадь ПС,упростить строительную Типизация схем электрических соединений очень важна, так как для таких схем разработаны конструкции РУ, схемы управления, сигнализации и защиты ПС; для типовой схемы решены все основные вопросы. При отборе схем руководствовались требованиями надежности и возможностью индустриального сооружения объектов. Правильная технология проектирования, индустриальность строительства, высокое качество оборудования и высокая культура эксплуатации обеспечат высокую надежность электрических сетей и ПС. Типовые схемы утверждены Мин-энергоСССР.

Основные требования, предъявляемые к главным схемам

Главной схемой определяются технические характеристики ПС в целом, капиталовложения на оборудование н эксплуатационные расходы. Схема ПС выбирается на основании плана развития энергосистемы или энергоснабжения района н других работ во развитию электрических сетей и должна обеспечивать:

1) требуемую надежность электроснабжения потребителей и расчетные перетоки мощности по межсистемным связям Как в нормальном, так н в послеаварийном режимах;

2) перспективу- развития ПС, т. е. допускать возможность постоянного расширения РУ всех напряжений;

3) возможность проведения ремонтных и эксплуатационных работ отдельных присоединений без отключения смежных при­соединений;

4) наглядность, экономичность н автоматичность питания потребителей в послеаварийном режиме, как правило, средствами автоматики без вмешателъства персонала;

5) включение в перечень типовых схем; нетиповые схемы допускается применять только при наличии технико-экономических обоснований.

Необходимо, чтобы вывод в ремонт оборудования выполнялся с минимальным числом операций.

Для обеспечения возможности вывода в ремонт оборудования присоединения необходимо при проектировании схем ПС учитывать следующие положения:

1) в блочных и мостиковых схемах РУ 35—220 кВ, а также во всех схемах РУ 6—35 кВ временно отключается цепь, в которой установлен отделитель или выключатель;

2) в схемах со сборными шинами РУ 110—220 кВ производится замена выключателей присоединений обходным выключателем или используются шунтирующие (обходные) перемычки с разъединителями;

3) в схеме четырехугольника в РУ 220 кВ за счет многократного присоединения линий и трансформаторов отключение одного из выключателей не нарушает работу схемы. •

Если на основании перечисленных требований выявляются конкурирующие варианты, их сравнение производится по надежности и приведенным затратам,

В настоящее время принято общее кодирование типовых схем РУ всех напряжений. При этом код включает напряжение (кВ) и порядковый номер схемы, разделенные дефисом.

Например, 35-4, 110-4 или 220-4 обозначает, что выбрана схема, состоящая из двух блоков с отделителями и неавтоматической перемычкой на напряжение 35, 110, 220 кВ. В перечень типовых схем включены только наиболее часто применяемые типовые схемы ПС, которые позволяют получить наиболее экономичные унифицированные решения. Число схем значительно сокращено, исключены схемы с автоматической перемычкой и отделителями с приводом на включение, мостиковые схемы с отделителями в цепи линий, расширенный мостик на 220 кВ и т. д.

Блочные схемы РУ высшего напряжения 35—220 кВ

На потребительских ПС для РУ высшего напряжения 35—220 кВ преимущественно применяются упрощенные схемы без выключателей на стороне ВН. ПС с такими схемами могут быть использованы для глубокого ввода напряжения 110 кВ на промышленные предприятия. Упрошенные схемы позволяют уменьшить расход оборудования и строительных материалов, уменьшить трудозатраты на строительной площадке, что очень важно для районов Сибири и Крайнего Севера, снизить стоимость РУ, ускорить монтаж. Такие ПС могут быть полностью изготовлены на заводе комплектных трансформаторных подстан­ций (КТП). В настоящее время идет децентрализация электроснабжения, и глубокие вводы получают широкое применение. В схемах без выключателей в цепях трансформаторов для обеспечения отключения головного выключателя питающей линии при повреждении трансформатора применяются следующие решения.

1. Релейная защита от внутренних повреждений в трансформаторе включает короткозамыкатель в одной фазе для сетей 110—220 кВ, а в двух фазах для сетей— 35 кВ (различие в числе короткозамыкателей вызвано режимом работы нейтрали). На это короткое-замыкание реагирует защита питающей ливни и отключает головной выключатель (рис. 2.1, в).

2. Сигнал на отключение выключателя питающей линии пере­дается по кабелям или с помощью аппаратуры телеотключения по высокочастотному каналу. В этом случае для резервирования отключающего сигнала используется короткозамыкатель или дублирование сигнала попаралельному каналу (рис.2.1.а)

Мероприятия по резервированию могут не предусматриваться в случае , резервные ступени защиты питающих концов линии чувствительны к повреждениям в трансформаторе. Передача отключающего сигнала должна быть технико-экономически обоснована.

Применение короткоэамыкателей представляет собой наиболее дешевый способ создания отключающего импульса. Однако искусственное короткое замыкание снижает напряжение в системе, что является недостатком, так как однополюсное короткое замыкание в трансформаторе может перейти в двухполюсное, если повреждение произошло в фазе, где нет короткозамыкателя. Длительность протекания тока повреждения через трансформатор возрастает из-за довольно большого времени действия короткозамыкателя. При автоматическом повторном включении (АПВ) линии на поврежденный трансформатор повторно подается напряжение, если в цепи трансформатора нет отделителя (ОД) и размеры повреждения увеличиваются.

При подаче отключающего сигнала по кабелю связи сокращается время отключения повреждения, блокируется АПВ линии, т. е. нет указаных выше недостатков схемы с коротхозамыкателем. Схема надежна, удобна, но имеет высокую стоимость:

цена кабеля с учетом его прокладки от 1 до 2 тыс. руб. за километр. При длине более 10 км импульс на отключение экономичнее подать по высокочастотному каналу телеотключення. Обработка фазы линии передачи (установка заградительных дросселей и конденсаторов) стоит порядка 10 тыс. руб. Этот способ целесообразно применять,если каналы необходимы также для других целей (телеизмерение, телеуправление)

Способ используется, если недопустимо устанавливать короткозамыкатель по климатическим условиям и ПС находится на расстоянии до 12 км от питающей ПС, а выключатели последней не могут отключать токи неудаленных к.з.

Нельзя ставить короткозамыкатели, если на питающей линии имеется однофазное автоматическое повторное включение (ОАПВ).

Схема 1 (блок линия—трансформатор без коммутационной аппаратуры или с одним разъединителем) используется •при напряжении 35—330 кВ и питании одного трансформатора линией, не имеющей ответвлений, когда линейная защита со стороны питающего конца с достаточной чувствительностью охватывает трансформатор или' когда осуществляется телепередача отключающего сигнала. При кабельном вводе в трансформатор, разъединитель, разрядник и ВЧ обработка не предусматриваются (рис. 2.1, а). Схема применяется на 35—330 кВ.

Схема 35-2 (блок линия—трансформатор с предохранителем показана на рис. 2.1, о) применяется только на напряжении 35 кВ (ВН), если предохранитель обеспечивает надежную защиту трансформатора и селективность с защитами линий со стороны НН. В случае присоединения ПС к линии, питающей более одной ПС, необходимо обеспечить селективность с защитой питающей ПС.

Схема 3 (блок -линия — трансформатор с отделителем показана на рис. 2.1, в) применяется на напряжении 35—220 кВ (ВН) при необходимости автоматического отключения поврежденного трансформатора от линии, питающей несколько ПС, а также при напряжении 35 кВ, когда невозможно использование предохранителей. Схемы таких ПС более сложны. При срабатывании короткозамыкателя отключается выключатель головной ПС и обесточиваются потребители всех ПС, питающих от данной линии. В период паузы АПВ надо отключить поврежденный трансформатор, тогда после повторного включения линии будет восстановлено питание других ответвительных ПС. Отключение поврежденного трансформатора производится ОД, который представляет собой разъединитель с автоматическим приводом, действующим на отключение. Так как ОД не имеет гасительной камеры, то им можно отключить токи холостого хода трансформаторов и зарядные токи линий', поврежденный трансформатор ОД должен отключать в период бестоковой паузы. Для четкого взаимодей­ствия ОД и выключателя питающей линии имеется блокировка, которая не позволяет отключаться ОД, пока через короткозамыкатель течет ток. Блокирующее реле питается от трансформатора тока, установленного в цепи короткозамыкателя (си. рис. 2.1, в).

Так как ОД должен; отключиться раньше, чем срабатывает АПВ линия, то длительность перерыва питания потребителей увеличивается на время срабатывания ОД. При большом времени отключения отделителей нужно предусматривать двукратное АПВ. Первый цикл имеет минимальную выдержку времени для быстрейшей ликвидации неустойчивых повреждений на линиях, возникающих довольно часто. В это время действие отделителя блокируется, а его отключение происходит лишь во время второго, более продолжительного цикла АПВ.

Выпускаемые ОД 35, 110, 220 кВ недостаточно надежны в работе, в особенности в тяжелых климатических условиях, и имеют большие времена действия (0,5—0,7 с).

Чтобы уменьшить количество перерывов в питании потребителей при повреждении в трансформаторах, рекомендуется подключение к линии не более пяти ПС без выключателей.

Элегазовые отделители закрытого типа (ОЭ-110) с малым временем действия более совершенны по сравнению с ОД-110, однако велики. Наличие хорошей дугогасищей среды, какой является элегаз в закрытом объеме, позволяет простым способом повысить дугогасительную способность и обеспечить отключение токов нагрузки, т. е. получить выключатель нагрузки.

В схеме 35-3 для проведения ремонтных работ на отделителе между ним и ошиновкой предусматривается возможность создания видимого разрыва путем ее снятия.

Во всех блочных схемах 220 кВ и в схемах одиночного блока 110 кВ перед отделителями устанавливается разъединитель. РУ по схемам 1 и 3 могут расширяться за счет установки аналогич­ного блока без перемычки на ВН, Такое решение частично опре-27

деляется ограниченной площадью застройки и загрязненной атмосферой или использованием КТП с блочными схемами.

Схема 4 (два блока линия—трансформатор с отделителями н неавтоматической перемычкой со стороны линий) применяется на стороне высшего напряжения 36—220 кВ (ряс. 2.1, <). Такая схема используется, если необходимо сохранить г работе оба трансформатора при ремонте одной из питающих линий.

Оперативно-выездная бригада отключает разъединитель на линии н включает разъединители перемычки. В нормальном режиме перемычка разомкнута. В отличие от ранее применявшихся схем отделитель устанавливается 'в цепи трансформатора, а не линии. В схеме 220-4 перед отделителем предусматриваются разъединители, а на напряжении 36—110 кВ (-при ремонте ОД.) отключается разъединитель питающей линии.

Схема с автоматической перемычкой не включена в перечень типовых схем, так как не выпускаются ОД с приводом, действу­ющим на включение.

Наша промышленность выпускает КТП -с блочными схемами и диапазоном мощностей силовых трансформаторов: для одно-трансформаторных на 35 кВ они составляют от 0,63 до 16MB-A;

на ПО кВ—от 2,5 до 16 МВ-А: для двух-трансформяторных на 35кВ—от 1 до 16 MB-А, на 110 кВ— от 2,5 до 40 МВ-А. Предполагается расширение сетки КТП по напряжению до 220 кВ, а по мощности до 2х63 МВ-А.

Мостиковые схемы

Мостиковые схемы с выключателями применяются на сторо­не ВН ПС 35—220 кВ при осуществлении секционирования ли­ний мощности трансформаторов •до 125 МВ-А включительно. На напряжении 110 и 220кВ мостиковые схемы имеют ремонтную перемычку, на напряжение 35 кВ она не предусматривается. Ремонтная перемычка нужна для того, чтобы при ремонте выключателя не прерывать транзит мощности.

Схема 5 (мостик с выключателем и отделителями в цепях трансформаторов) применяется при двухстороннем питании или транзите мощности на напряжении 35—110 кВ, а при отсутствии ОАПВ—на напряжении 220 кВ. На напряжение 220 кВ в цели трансформатора перед ОД устанавливается разъединитель, чтобы при его ремонте не отключать выключатель, не переходить на ремонтную перемычку и не снижать надежность электроснабжения. При повреждении в трансформаторе его защита отключает выключатель в перемычке и включает короткозамыкатель. Если установка отделителей и короткозамыкателей невозможна по климатическим условиям, то допускается при соответствующих технико-экономических обоснованиях установка в Цепи трансформаторов предохранителей (35 кВ) или выключателей (220 «В). При наличии ОАПВ вместо мостиковой схемы надо применять схему четырехугольника. Схема 110-6 (мостик с отделителями в цепях трансформаторов и дополнительной линией, присоединенной через два выключателя) применяется только на напряжение 110кВ при необходимости присоединения к тупиковой или ответвительной ПС одной дополнительной линии. При двухстороннем питании или транзите мощности через ПС она может быть применена только в том случае, когда допускается разрыв транзита при отключении лини и ревизии выключателей. Отделители в цепи линий в настоящее время не устанавливаются , чтобы не усложнять схему.(рис.2.2)

Схемы четырехугольников

Распределительные устройства по схеме четырехугольника применяются на напряжении 220 кВ и выше, при 4—6 присоединениях (линий и трансформаторов) и необходимости секционирования транзитной линии, наличии ответственного потребителя на среднем напряжении (СН) или НН и мощности трансформаторов более 125 MBА на напряжении 220 кВ и любой мощности на 330—750 кВ На напряжении 220 кВ схема четырехугольника (схема 7) применяется вместо мостиковой схемы, если есть ОАПВ на линии. Линейные разъединители не устанавливаются Эта схема может быть применена на подстанциях, в основном выдающих мощность в сеть среднего (при установке автотрансформатора) и низшего напряжений, а также в качестве коммутационного узла, который секционирует одиночную линию Схема четырехугольника экономична, обладает существенными преимуществами в режиме нормальной эксплуатации, так как полностью автоматична, позволяет производить периодическое опробование выключателей без нарушения, осуществлять пофазное АПВ линий.

Расширенный четырехугольник (схема 8) применяется на на­пряжении 220, 330 кВ, при трех—четырех линиях, двух транс форматорах и отсутствии перспективы расширения ПС (рис 23) Схема может применяться и при четырех трансформаторах. В цепях трансформаторов ставятся разъединители и отделители Релейная защита трансформатора посылает импульс на отключение выключателей трансформаторов, после их отключения снимается блокировка и отключается автоматически ОД. В схеме 8 (в цепях линий) имеются линейные разъединители, что позволяет после отключения линии в ремонт включить выключатели и не снижать надежность схемы.

Схемы со сборными шинами и одним выключателем на присоединение

Если число присоединений в РУ (35—220 кВ) пять и более, то сооружаются сборные шины На напряжении 110 кВ при трех линиях, двух трансформаторах возможно применение схемы расширенного мостика (схем* 110-6). На напряжении 110 кВ и выше при сооружении сборных шин обязательно предусматривается обходная система шин, позволяющая ремонтировать выключатель без отключения присоединения. Это существенно повышает надежность электроснабжения, облегчает проведение ремонтов выключателей (время ремонта выключателя может не совпадать со временем ремонта линии). На напряжении 35 кВ время ремонта выключателя невелико.

Линия 35 кВ, как правило, резервируется, по ней передается относительно небольшая мощность, поэтому усложнять схему сооружением обходной системы шин экономически нецелесообразно

Схема с одной секционированной и обходной системами шин применяется на напряжении 110 и 220 кВ при парных линиях, или линиях резервируемых отдругих ПС, а также при радиальных линиях, но не более одной на каждой секции. При 6 присоединениях включительно и отсутствии перспективы развития совмещаются обходной и секционный выключатели При использовании выключателя в качестве обходного, секции работают раздельно (схема 10) Если РУ 110 и 220 кВ выполнены из герметизированных комплектных ячеек с элегазовой изоляцией, то обходная система шин не сооружается ( межремонтный период элегазовых выключателей около 10 лет) .Чтобы унифицировать конструкцию РУ и использовать обходной выключатель в качестве секционного , сооружается перемычкса из двух разъединителей между одной из рабочих систем шин и обходной системой шин (рис. 2.4). РУНО и 220 кВ выполняются с однорядным расположением выключа­телей, и секции сборных шин располагаются параллельно, как при двойной системе шин. На напряжении 110 кВ в цепи трансформатора при числе присоединений до б может быть установлен отделитель вместо выключателя. При внутренних повреждениях в трансформаторе гасится секция шин, к которой он присоединен, в бестоковую паузу отключается ОД. и АПВ линий восстанавливает питание секции сборных шин (схема 110-9)

Если число присоединений более 7, а по условиям сети недопустимо деление РУ на время ремонта любого выключателя, то рекомендуется на напряжении 110—220 кВ схема с одной секционированной выключателем системой шин и обходной системой шин, с выключателями в цепи трансформаторов с отдельными секционным и обходным выключателями (схема 12, рис. 2.5).

Схема с двумя рабочими и обходной системами шин применяется на напряжении 110—220 кВ при 'числе присоединений от 7 до 15 включительно (схема 13). Устанавливаются отдельные шиносоединительный и обходной выключатели. Схема с двумя рабочими системами сборных шин и одним выключателем на присоединение обладает гибкостью и универсальностью. Она позволяет ремонтировать шины без перерыва питания потребителей, осуществлять -различные группировки присоединений, быстро восстанавливать электроснабжение потребителей при повреждении одной из систем шин. Однако РУ по такой схеме имеют высокую стоимость, сложны в эксплуатации (много коммутационных переключении), требуются сложные блокировки разъединителей с выключателями, препятствующие производству операции с разъединителями под нагрузкой. При необходимости снижать токи к.з. и числе присоединений на напряжении 110 и 220 кВ более 15 рекомендуется секционировать обе рабочие системы шин с установкой двух шиносоедннительных и двух обходных выключателей. Обходная система шин также состоит из двух секций (схема 14). В РУ 220 кВ с числом присоединений от 12 до 15 включительно при специальном обосновании допускается секционировать одну рабочую систему шин. При этом предусматриваются два шкносоединительных и один обходной выключатели