книги из ГПНТБ / Грудинский, П. Г. Техническая эксплуатация основного электрооборудования станций и подстанций

Поэтому нормальным рабочим состоянием схемы следует считать такое, при котором все присоединения распределены между системами шин исходя из условия, что при отказе одной из систем шин на другой сохранился -баланс мощности — источников питания и нагрузок. Шиносоединительный выключатель обычно при этом включен, если нет необходимости раздельной работы шин по условиям, например, снижения токов к. з. Именно в таком положении изображена схема

Рис. 13-16. Типичный пример секционированной подстанции.

шинами. Если одно из присоединений перевести на другую систему сборных шин, не переведя в схему дифференциальной защиты другой системы трансформаторов тока этой линии, то при к. з. где-нибудь в сети могут отключиться обе системы сборных шин. Произойдет это потому, что в обеих защитах не будут соблюдены балансы токов.

При переключениях с одной системы сборных шин на другую необходимо ввести в действие защиту шин всей схемы в целом и вывести из работы защиту каждой из систем шин в отдельности.

Таким образом, в рассматриваемой схеме имеется очень тесная связь между состоянием схемы по' высокому напряжению и по схеме вторичных цепей. Переключения в схеме высокого напряжения произ­ водятся, как известно, шинными разъединителями, приобретающими в этой схеме характер оперативных разъединителей, а переключения во вторичных цепях — тест-блоками.

Рассмотрим порядок проведения операций по переводу присоеди­ нений с одной системы шин на другую, например для вывода этой си­ стемы шин в ремонт. За исходную примем схему рис. 13-17, т. е. раз­ дельную работу шин.

521

Основной мерой, обеспечивающей безаварийное проведение по­ добной операции, является наличие жесткой (т. е. не могущей случайно отключиться во время переключения) связи между системами шин. Связь создается шиносоединительным выключателем. Разрыв связи может повлечь отключение шинных разъединителей под нагрузкой с тя­ желыми последствиями.

Операция начинается с проверки состояния защиты на шиносое­ динительном выключателе и приведения их в тот вид, который установ­ лен для совместной работы двух систем. Затем проверяется синхрон­ ность напряжений обеих систем. Проверка на электростанциях осуще-

Рис. 13-17. Схема с двумя системами сборных шин с показа­ нием расстановки заземляющих ножей и защиты сборных шин.

ствляется по приборам синхронизации, на подстанциях — получается подтверждение о синхронизме от вышестоящего дежурного. При нали­ чии синхронизма шиносоединительный выключатель включается, с его привода снимается оперативный ток, включенное положение выключателя проверяется на месте по указателям его состояния, затем приступают к переводу присоедине1*ий.

Сначала включаются шинные разъединители переводимых при­ соединений на систему шин, остающуюся в работе, с последующей проверкой их включения. После этого отключаются шинные разъ­ единители этих присоединений от освобождаемой системы шин, также с проверкой их отключения.

Питание цепей напряжения релейной защиты автоматики и изме­ рительных приборов переведенных присоединений переключаются на трансформаторы напряжения, остающиеся в работе. Выполняются,

522

если это необходимо по инструкции эксплуатации релейной защиты сборных шин, переключения в цепях этой защиты для приведения ее в соответствие с новой схемой соединений на стороне высокого напря­ жения.

После проверки по приборам отсутствия тока через шиносоедини­ тельный выключатель на его цепи управления подается оперативный ток, выключатель отключается, его положение проверяется по прибо­ рам, и операция может считаться законченной.

Перевод части или всех присоединений с одной на другую систему шин, находившуюся до этого свободной, требует предварительной про­ верки исправности этой системы, которая производится подачей напря­ жения толчком от работающей системы шин. Операция начинается с проверки отсутствия напряжения на включаемой системе шин по ее шинным вольтметрам, проверяется правильность уставки релейной защиты на шиносоединительном выключателе, затем включается этот выключатель, снимается оперативный ток с его цепей управления, про­ веряется включенное положение выключателя, после чего производится перевод части присоединений, как описано выше.

После перевода присоединений, перед подачей оперативного тока на цепи управления выключателя и релейной защиты (с соответствую­ щей уставкой) проверяется баланс мощностей на каждой из систем сборных шин с тем, чтобы каждая из систем при отказе другой могла бы сохраниться в работе. Если переводятся все присоединения, тока через выключатель не должно быть. На цепи управления выключателя подается оперативный ток и выключатель включается.

Ограничимся разбором только двух операций: в них входят все элементы переключений и проверок, необходимые при возможных ва­ риантах изменения схемы. Операции при переключениях достаточно сложны, кроме того, при любых переключениях нужно помнить о взаи­ мосвязи схем высокого напряжения и цепей защиты.

Представляется важным выяснить, насколько ошибки при пере­ ключениях влияют на надежность схемы. Для этого сначала определим показатели надежности схемы без учета возможных ошибок. Расчет произведем для схемы рис. 13-17 в предположении, что установлены воздушные выключатели и что напряжение РУ равно ПО кВ.

Параметр потока отказов одной системы шин при работе на ней трех присоединений определяется по (13-6) и табл. 13-3: сош = 0,065 отка-' зов/год. При работе всех шести присоединений на одной системе сбор­ ных шин параметр потока отказов сору = 0,13 отказов/год, как это было

рассчитано для схемы с одной системой сборных шин. Продолжитель­ ность восстановления работы РУ после отказа одной из систем сборных шин примем, как и раньше, равной Тв,ш= 0 ,2 -10_3 года. Коэффициент вынужденного простоя системы шин получим следующим образом: 6В. Ш= сош7’в ш = 0,0013-10_3. Коэффициент планового простоя опре­ деляется по (13-7) для семи присоединений, так как на каждой системе имеются семь шинных разъединителей, включая разъединители транс­ форматора напряжения (6р ш = 0 ,7 5 -10~3).

Полные отказы всего устройства могут быть по двум причинам: отказ шиносоединительного выключателя, вызвавший действие релейной защиты шин двух систем шин. Параметр потока таких отка­

зов согласно (13-5) k3a>n = 0,5-0,05 = 0,025 отказов/год;

отказы одной из систем сборных шин при плановых или вынуж­ денных ремонтах другой. Значение этой слагающей определяется по (13-4) подстановкой сош, йв. ш и kp, ш и равно 0 ,Ы 0 ‘3, т, е. пренебре­ жимо мало.

5 2 3

Таким образом, без учета ошибок при производстве переключений полная потеря РУ характеризуется надежностью шиносоединительного

Однако данные статистического учета не подтверждают этого рас­ чета: действительное число потерь двух систем шин одновременно из-за отказа шиносоединигельного выключателя несколько ниже расчетного, а общее число одновременных — существенно выше и они происходят по причинам, выше не учитываемым. Отказы двух систем шин из-за отказов шиносоединительного выключателя составляют всего 10% общего числа отказов. Рассмотрим причины этих отказов.

Как показывают статистические сведения, около 20% одновре­ менных отказов двух систем шин происходят из-за неправильных действий релейной защиты, в основном из-за того, что не выполнены переключения во вторичных цепях при изменении схемы высокого напряжения. Почти такова же доля одновременных отключений, про­ исходящих при переходе с одной системы сборных шин на другую из-за поломок колонок опорных изоляторов, особенно у разъедините­ лей конструкции последних лет, имеющих по одной опорной колонке с каждой стороны. Около 15% отказов происходит из-за потери одной системы шин при ремонте другой, хотя вероятность такой потери была определена выше, как очень небольшая. Но в наших расчетах время работы на одной системе шин измерялось часами, а на многих под­ станциях оно достигает нескольких месяцев. Почти такая же доля одновременных отключений происходит из-за ошибок персонала при переключениях в цепях высокого напряжения, в том числе при вклю­ чении на забытые заземления безопасности, и 10% — из-за непра­ вильного распределения присоединений между системами сборных шин, вследствие чего при отказе одной из систем резко нарушается баланс мощностей на другой.

Анализ причин полной потери РУ, выполненного по типовой схеме и применяемого для очень ответственных установок, с одной стороны, свидетельствует о неблагополучии этой схемы, с другой, подсказывает мероприятия по существенному повышению ее надежности.

Несомненна необходимость следующих мероприятий: повышение квалификации и дисциплины оперативного персонала; совершенство­ вание блокировок от неправильных переключений, в том числе блоки­ ровок заземляющих ножей и переход на всех подстанциях от перенос­ ных заземлений безопасности к заземляющим ножам; коренное улуч­ шение конструкций разъединителей (нужно сказать, что электротехни­ ческая промышленность ищет радикальные меры для решения этой задачи). Но на первом месте следует поставить такие мероприятия, как сокращение числа переключений и снижение времени работы на одной системе сборных шин. Одним из путей этого является правильное ис­ пользование обходной системы сборных шин.

Обходная система шин (рис. 13-18, б) позволяет провести ремонты выключателей присоединений без отключения цепей, в которых уста­ новлены эти выключатели. При отсутствии обходных устройств для той же цели возможно применение запетления, как это показано на рис. 13-18, а, но такой способ имеет ряд существенных недостатков: все присоединения необходимо перевести на одну систему сборных шин и сохранить такую схему на все время ремонта выключателя, что понижает надежность электроснабжения; необходим вызов верхола­ зов, причем дважды — для установки и снятия обходных перемычек; для этих целей дважды неизбежно отключение цепи, в которой

524

установлен ремонтируемый выключатель (каждый раз примерно

на 3 ч).

Наличие обходной системы сборных шин особенно ценно в усло­ виях централизованного ремонта выключателей: ремонтная бригада может начать ремонт выключателей, не дожидаясь, когда нагрузка сети позволит отключить линию, и по окончании ремонта переходить

д)

Рис. 13-18. Примеры обходных устройств для ремонта выключателя без отключения цепи, в которой он установлен.

Ш С В и О В в ы к л ю ч а т ел е м ; г — п о с л е д о в а т е л ь н о е в к л ю ч е н и е о б х о д н о го и с о в м е щ е н н о го в ы к л ю ч а т е л е й ; д — о б х о д н а я си с тем а с д в у м я со вм е щ е н н ы м и в ы к л ю ч а т е л я м и . 1 — р а з ъ е д и н и т е л ь о т к л ю ч е н ; 2 — р а з ъ е д и н и т е л ь в к л ю ч е н .

к ремонту другого, не переводя присоединения с одной системы шин на другую.

Схема с обходными шинами позволяет сократить число переходов с одной системы сборных шин на другую при ремонте шинных разъе­ динителей. Целесообразен такой порядок ремонта: одна система шин освобождается, заземляется, одно из присоединений заменяется обход­ ным, ремонтируются шинные разъединители этого присоединения, после чего оно вводится в работу и начинается ремонт следующего присоединения. После ремонта шинных разъединителей одной системы

5 2 5

сборных шин в том же порядке проводится ремонт шинных разъедини­ телей другой системы.

При небольшом числе присоединений в РУ в целях его удешевле­ ния функции шиносоединительного и обходного выключателя совме­ щаются в одном шиносоединительно-обходном выключателе — ШОВ (рис. 13-18, в). При этом ценные свойства обходной системы не­ сколько снижаются. При использовании ШОВ в качестве обходного выключателя ОВ он уже не может вести функции шиносоединителыюго ШСВ, следовательно, обе системы сборных шин должны быть или со­ единены жестко через развилку, или работать параллельно через сеть. При первом варианте снижается надежность электроснабжения, второй вариант не всегда возможно использовать по условиям рабо­ ты сети.

На рис. 13-18, в схема изображена в положении, когда ШОВ исполь­ зуется в качестве ШСВ, а развилка ШОВ жестко соединяет обе системы шин. Порядок использования ШОВ в качестве ОВ описан в § 13-9.

Теплоэлектропроектом была предложена схема, представленная на рис. 13-18, г, согласно которой к ШСВ добавляется еще один разъ­ единитель. Цель такой схемы — создать возможность параллельной ра­ боты двух систем сборных шин через два выключателя — ОВ и ШСВ, — включенных последовательно. В этом случае отказ одного из этих вы­ ключателей вызывает отказ только одной из систем сборных шин, а не двух систем одновременно, как это бывает в обычной схеме, как, напри­ мер, в схеме рис. 13-18, б.

Однако эффективность такого предложения невелика, поскольку отказы ШСВ являются причиной не более 10% одновременных отказов сборных шин. При реализации предложения можно ожидать еще мень­ шего эффекта, так как часть времени ОВ будет использоваться по своему прямому назначению. Кроме того, схема требует усложнения релейной защиты и добавочных операций с ней при переходе от одного состояния схемы к другому. Таким образом, снижая вероятность одно­ временного отказа двух систем сборных шин, реализация данной схемы повышает вероятность ошибки при переключениях из-за усложнения переключений -в цепях защиты.

На рис. 13-18, г схема изображена в состоянии нормальной работы, когда системы шин работают через два выключателя, ОВ и ШСВ, включенных последовательно.

Было сделано предложение вместо обходного и шиносоединитель­ ного выключателей монтировать два совмещенных выключателя, как показано на рис. 13-18, д. В существующих устройствах для перехода на такую схему достаточно смонтировать всего три разъединителя. Целесообразность такой схемы мотивировалась возможностью взаимной замены ОВ и ШСВ при ремонтах, что будто бы особенно важно в отно­ шении шиносоединительного выключателя, так как позволяет избежать перевода присоединений на одну систему шин.

С такой мотивировкой трудно согласиться. Ремонт шиносоедини­ тельного выключателя производится 1 раз в 2—3 года, при этом нет необходимости в каких-либо переключениях с одной системы шин на другую — каждая из систем шин может или остаться работать отдельно со связью между ними через сеть, или обе системы шин можно соединить между собой через развилку шинных разъединителей одного из присое­ динений. •

Между тем наличие двух совмещенных выключателей вносит суще­ ственные усложнения в схемы вторичной коммутации и в переключе­ ния вторичных цепей при изменении первичной схемы, так что трудно

526

утверждать, повысится ли после такой реконструкции надежность схемы в целом.

Одна из наших крупных электростанций проводит эксплуатацион­ ную проверку схемы с двумя совмещенными выключателями несколько в ином аспекте. Схема в нормальном состоянии работает при соединении двух систем сборных шин через два последовательно включенных выклю­ чателя, как показано на рис. 13-18, д. При необходимости вывода в ре­ монт одного из присоединений состояние схемы в основном не изме­ няется. Линия, выключатель которой нужно вывести в ремонт, присое­ диняется к обходной системе шин разъединителем, без отключения ШОВ и без снятия оперативного тока с них и с линейного выключа­ теля (что разрешено ПТЭ).

Усложнения в цепях вторичной коммутации при таком использо­ вании схемы компенсируются значительным сокращением объема опе­ ративных переключений. Было бы желательно такой опыт повторить на нескольких установках, так как даже успешные результаты работы схемы в одном только РУ не могут служить основанием для оконча­ тельного суждения.

Схема с двумя системами сборных шин имеет все основания сохра­ нять за собой значение достаточно часто применяемой схемы в установ­ ках ПО—220 кВ при числе линий большем шести. При меньшем числе линий хорошие результаты дает эксплуатация схем с повышенным использованием выключателей (мостик, кольцевые, многоугольники), а для очень ответственных электростанций и узлов — полуторной схемы. Все названные схемы (кроме первой) характеризуются отсутствием опе­ ративных разъединителей, более простой формой связи между вторич­ ными и первичными цепями и несложной блокировкой от ошибочных операций между выключателями и разъединителями. Но все схемы, кроме полуторной (две системы шин при трех выключателях на две цепи), дают приемлемые решения только при ограниченном числе объ­ ектов, коммутируемых в схеме и при определенном сочетании питаю­ щих и питаемых цепей; полуторная схема требует больших капитальных вложений, что ограничивает область ее применений очень мощными установками при очень высоком напряжении.

Рассмотрим схемы с повышенным использованием выключателей. При этом заметим, что переключения в цепях вторичной коммутации в этих схемах ограничиваются включением и отключением тест-блоков только в том присоединении, которое ремонтируется, и что блокировать разъединители и приводы заземляющих ножей необходимо только с од­ ним выключателем. Поэтому вероятность ошибок при переключениях минимальна, так что в расчетные показатели надежности не требуется вносить коррективы, как это приходится делать для схемы с двумя си­ стемами сборных шин при одном выключателе на цепь. Надежность каждой из схем будем характеризовать вероятностью отказа (потери) всего РУ.

Схема типа «мост» применима для двух линий и двух трансформа­ торов. Наиболее часто встречается схема с мостом в виде выключателя между трансформаторами, как это показано на рис. 13-19, а. На этом рисунке пунктиром отмечена возможность установки обходных разъе­ динителей, при наличии которых ремонты всех присоединений можно производить без отключения линий.

Отказ всей схемы может произойти при отказе присоединения (вы­ ключателя) моста. Параметр потока отказов определяется по выра­ жению (Вру = ^зшпт (индекс «пт» показывает, что параметр потока

отказов этого присоединения такой же, как у трансформаторных при­

5 2 7

соединений). Для напряжения 330 кВ по табл. 13-1 получим (ору =

= 0,5-0,04 = 0,02 или 1 раз в 50 лет. Две такие схемы на напряжении ПО кВ проработали в Москве по 25 лет каждая и были демонтированы, не имея ни разу полных отключений.

Схема «квадрат» или «четырехугольник» целесообразна при четы­ рех цепях, из которых две питающие, а две — питаемые, причем цепи должны чередоваться, как показано на рис. 13-19, б. В этом случае

ста (а), четырехугольника (квадрата) (б), трансформатор — шины (в) и шестиугольника (г).

при отказе одного из присоединений теряется половина нагрузки, в то время как при размещении рядом двух питающих или питаемых цепей вся нагрузка.

Потеря двух цепей при отказе одного выключателя является недо­ статком, свойственным всем кольцевым схемам. Достоинством их яв­ ляется простота операций и возможность осмотра и ремонта выклю­ чателя практически в любое время.

Полная потеря РУ, имеющего схему «четырехугольника», на­ ступает при отказе одного из присоединений во время ремонта второго присоединения, включенного на другую систему шин.

5 2 8

Таким образом, возможны четыре комбинации, и параметр потока от­ казов, отказ/год, РУ имеет вид:

по сравнению не только со схемой с двумя системами шин при одном выключателе на цепь, но и со схемой типа «мостик». Для напряжений, меньших 500 кВ, уровень надежности еще выше.

Схема трансформатор — шины является в какой-то мере одним из вариантов развития схемы «квадрат» (рис. 13-19, в), сохраняя в общем ее достоинства и недостатки. Уровень надежности этой схемы выше, чем у «квадрата», так как отказы всего устройства возможны только при совпадении ремонта одной из систем сборных шин с отказом одного из присоединений на другой системе, отказ/год,

(0ру = 2Й30)пл3 (V m o + 3Vm.n)>

что при напряжении 500 кВ составит 2-0,5-0,1 -3 (0,1 + 3 ■0,4) 10~3 = = 0,39-10_3, или 1 раз в 2 500 лет.

Хотя каждая из сборных шин защищена дифференциальной защи­ той, при изменениях в схеме на высоком напряжении никаких пере­ ключений в цепях защиты не требуется. Только при ремонте присоеди­ нений перед наложением заземлений безопасности необходимо отклю­ чить вторичные обмотки трансформаторов тока ремонтируемой цепи, а при включении — снова присоединить их, что делается при помощи тест-блоков.

Схема шестиугольника (рис. 13-9, г) может рассматриваться как другой вариант развития схемы квадрата. Ее применение целесооб­ разно в тех случаях, Когда возможно обеспечить чередование питающих и питаемых цепей через одну. Уровень надежности характеризуется тем, что потерю всего РУ следует ^читать исключенной в нормальных и ремонтных условиях. При ремонте одного из присоединений возможна потеря трех цепей, при отказе одного из присоединений, расположенных через одно от ремонтируемого (например, при ремонте 1 и отказе 3), теряются цепи 1, 2, 3, а при отказе 5 — цепи 1, 4, 5. Так как может ремонтироваться любое из шести присоединений схемы, то параметр потока отказов трех цепей одновременно равен: со3 = 2-6-^3 соП1 (6В. ПЛ+

них следует учитывать также возможность совпадений отказов цепей, коммутируемых в РУ с ремонтами присоединений. При таких совпа­ дениях РУ делится на две части, не связанные между собой в РУ. Нарушений электроснабжения потребителей может и не последовать, если цепи (линии и трансформаторы) чередуются в РУ так, что за пи­ тающей цепью следует питаемая. Время восстановления связной ра­ боты РУ очень невелико, оно определяется временем, необходимым для отключения разъединителей отказавшего объекта и обратного включе­ ния его присоединений.

Деление РУ на две части произойдет, например, если при ремонте присоединения 1 откажет цепь 3 или цепь 4. Таким образом, при ре­

монте каждого из присоединений возможны два варианта деления, для шести присоединений вариантов деления будет в шесть раз больше.

5 2 9

Параметр потока вынужденных делений схемы на две части, делений/год, можно записать как

i = 6

®д= 2 (®u<i+ai 4 "®ц||+ 4)) (^в. пл"Ь^р.пл)>

4 = 1

где i — номера.присоединений и цепей схемы, a e)4(i+21 и couli+3, — пара­

метры потока отказов цепей (линий и трансформаторов), расположен­ ных через две и три цепи от ремонтируемого присоединения.

Как правило, сод > со3, но последствия таких делений обычно менее тяжелы для электрической сети, чем потеря трех цепей схемы одно­ временно.

Рис. 13-20. Схема с двумя системами сборных шин при трех выключателях на две цепи (полуторная) в нормальном исполне­ нии (а) и с перекрещиванием энергоблоков и линий (б).

Схема с двумя системами сборных шин при полутора выключа­ телях на цепь (полуторная) (рис. 13-20, а) в оперативном отношении имеет свойства кольцевых схем: каждая цепь отключается двумя вы­ ключателями; каждый выключатель может быть практически в любое время выведен в ремонт при минимальном числе операций; при изме­ нении схемы не требуется переключений во вторичных цепях, при ре­ монте присоединений требуется отключение и включение вторичных цепей трансформаторов тока только у ремонтируемого присоединения; ошибочные действия персонала мало вероятны, так как блокировки между разъединителями, их заземляющими ножами и выключателем надежны и просты.

Надежность этой схемы очень высока, полная потеря всего РУ исключена. Даже в случае совпадения ремонта одной из систем сбор­ ных шин и отказом другой все цепи останутся в работе, но распадутся на пары. Если цепи в парах подобраны так, что сочетаются источник

5 3 0