1.3.2. Главные схемы электрических соединений пс в энергосистемах сша

В энергосистемах США основное развитие получили две системы напряжений 500/230/115 кВ и 735/345/158 кВ. К распределительным сетям в практике США относят сети напряжением 115, 138, 156, 161 и 230 кВ. Многообразие номинальных напряжений является следствием отсутствия в прошедшие годы координации работ по указанным вопросам в масштабах всей страны.

Высшими напряжениями электрической сети переменного тока в энергосистемах США являются напряжения 500 и 735 кВ. Последние десятилетия характеризуются незначительными объемами электросетевого строительства и практически полным прекращением строительства ВЛ и ПС 735 кВ.

На мощных узловых ПС США на высшем напряжении применяются схемы, обладающие высокой эксплуатационной надежностью, т.е. схемы с многократным присоединением (полуторная схема). Получившая на определенном этапе развития электросетевого хозяйства известная "американская" схема с двумя выключателями на каждое присоединение на высшем напряжении была заменена на схему с присоединением ВЛ через два выключателя.

На большинстве подстанций 345 кВ и выше, как правило, применяются схемы с многократным присоединением элементов. Наряду со схемами треугольника, квадрата находят применение кольцевые схемы — до шести присоединений, схемы трансформаторы - шины и полуторная.

РУ 735 кВ в США выполнены по схеме «3 выключателя на 2 присоединения», по схеме «четырехугольника» и др.

В сети 735 кВ Канады РУ подстанций 735/315 кВ выполнены по схеме связанных многоугольников с присоединением ВЛ через 2 выключателя, а трансформаторов через 2 или 3 выключателя (7).

При проектировании сети 345 кВ было выполнено исследование для выбора главной схемы электрических соединений подстанций. Сравнивались одна система шин с обходной, кольцевая, полуторная и две системы шин с двумя выключателями на присоединение. Анализ производился для схемы с четырьмя отходящими линиями. Результаты сравнения показали, что наиболее дешевыми и практически равноэкономичными оказались схемы многоугольника (кольцевая) и одна система шин с обходной. Тем не менее, последняя схема практически не применяется.

Экономический анализ, проведенный по электросетевым объектам США и Канады, показал, что кроме автотрансформаторов и шунтирующих реакторов, наибольшую составляющую стоимости в строительстве мощных ПС имеют выключатели. Этим определяется естественное стремление энергокомпаний строить схемы ПС с минимальным количеством устанавливаемых выключателей для всех напряжений, однако в наибольшей степени это требование относится к сетям напряжением 345-500-735 кВ, носящим системообразующие функции. Указанный вывод усиливается при широком применении элегазового оборудования. На тех ПС и электростанциях, которые образуют крупные коммутационные узлы энергосистемы, применяют полуторные и другие схемы, рассчитанные на присоединение большого количества ВЛ и трансформаторов. Схемы мощных узловых ПС США приведены в таблице 1.4.

Примером электропередачи 500 кВ иллюстрирующей использование схем ПС и РУ электростанций, в последние годы может служить электропередача, сооруженная между энергосистемами Сан-Диего и Аризона (США). Принципиальная схема электропередачи приведена на рис. 1.1. Схемы электрических соединений на напряжении 500 кВ электростанции и ПС "С" имеют развитые РУ и выполнены по полуторной схеме.

230 кВ

500 кВ

ПС «В»

500 кВ

ПС «С»

500/69 кВ

ПС «А»

500/230 кВ

230 кВ

ЭС

500/230 кВ

69 кВ

Рис. 1.1. Принципиальная схема электропередачи 500 кВ

Промежуточные ПС - "А" и "В" - выполнены по упрощенным схемам (треугольник).

Стремление устанавливать минимальное количество выключателей проявляется и в распределительных сетях энергосистем США. Указанное определило довольно широкое распространение в сетях 115-230 кВ различных модификаций схем с одиночной системой шин. Основными факторами, которые привели к подобному решению, явились простота и удобство в эксплуатации, легкие условия расширения, а также высокая надежность основного оборудования ПС - трансформаторов и выключателей.

В схемах в таблице 1.5 применены элементы блока линия-трансформатор. В этих схемах повреждение на ВЛ приводит к потере трансформатора, а при выходе из работы трансформатора происходит потеря ВЛ. Использование перегрузочной способности оставшегося в работе трансформатора, а также надлежащий выбор пропускной способности ВЛ позволяют исключить прекращение питания потребителей. В последнее время на крупных ПС распределительной сети получили распространение схемы со сборными шинами

В последнее время на крупных ПС распределительной сети получили распространение схемы со сборными шинами. Пример такой ПС приведен на рис. 1.2.

138кВ

3х24/32/40 МВА

12,5кВ

2

3

4

5

6

Рис. 1.2. Схема стандартной подстанции 138-12,5 кВ 120 МВА (США)

1− выключатель 138 кВ 2000 А; 2 − малообъемный выключатель или вакуумный выключатель; 3 − выключатель 12,5 кВ 1200А; 4− разъединитель; 5− разъединитель с моторным приводом; 6 − подземные кабельные перемычки.

Подстанция предназначена для присоединения трех ВЛ 138 кВ, трех трансформаторов мощностью 24/32/42 MB·А (в зависимости от степени охлаждения) и 12 отходящих линий 12,5 кВ мощностью по 10 MB·А. Схема на стороне 138 кВ представляет собой двойной "мостик" с выключателями на ток 2000 А в цепях линий и перемычек: в цепях трансформаторов устанавливаются малообъемные масляные выключатели или вакуумные отделители. Подстанция размещается на площадке около 0,4 га.

Сетка схем упрощенных сетевых подстанций, применяемых в сетях США, приведена на рис. 1.3. Типовыми выполняются не только упрощенные подстанции, но и более сложные - с большим количеством присоединений и с использованием в качестве коммутационной аппаратуры различных типов выключателей.

Рис. 1.3. Сетка схем упрощенных распределительных подстанций США

Таблица 1.2

Главные схемы РУ 220 - 400 кВ энергосистем европейских странах

и США.

Наименование схемы	Условное изображение схемы	Напряжение РУ (Страна)
Схема с одной системой сборных шин		220-400 кВ США, Европа
Схема с двумя системами сборных шин		220-400 кВ США, Европа (Франция, Швеция, Германия), Япония.
Схема с тремя системами сборных шин		220-400 кВ США, Европа (Франция, Швеция, Германия)
Схема с четырьмя системами сборных шин		220-400 кВ США, Европа (Франция, Швеция, Германия)

Продолжение табл. 1.2

Схема с двойной и обходной системами шин		220-400 кВ США, Европа (Франция, Швеция, Германия)
Схема модификация одной рабочей системы шин		220-400 кВ США, Европа
Схема модификация одной рабочей системы шин		220-400 кВ США, Европа
Схема модификация одной рабочей системы шин		220-400 кВ США, Европа

Продолжение табл. 1.2

Квадрат		220-400 кВ США, Европа
Кольцевая		220-400 кВ США, Европа
Трансформаторы - шины		220-400 кВ США, Европа ( Болгария)

Окончание табл. 1.2

Полуторная		220-400 кВ США, Европа
Расширенный квадрат		220-400 кВ Великобритания
Цепоченая		220-400 кВ Германия

Таблица 1.3

Схемы упрощенных подстанций 110-115 кВ, применяемые в Европе и США

Наименование схемы	Условное изображение схемы	Напряжение РУ (Страна)
Мостик с тремя выключателями		132 кВ Европа ( Велико-британия, Венг-рия, Чехия, Сло-вакия, Польша)
Мостик с тремя выключателями		132 кВ Европа ( Велико-британия, Гер-мания, Польша)
Мостик с одним выключателем		132 кВ Европа ( Велико-британия)
Мостик с одним выключателем		132 кВ Европа ( Велико-британия, Гер-мания, Венгрия, Чехия, Словакия)

Окончание табл. 1.3

Мостик с одним выключателем		132 кВ Европа ( Велико-британия, Германия)
Блочные схемы		Европа
Блочные схемы		Европа ( Польша)

Таблица 1.4

Схемы мощных узловых подстанций США

Треугольник
Четырехугольник
Шины – трансформаторы с тремя отходящими линиями

Продолжение табл. 1.4

Шины – трансформаторы с четырьмя отходящими линиями
Полуторная
Шестиугольник

Окончание табл. 1.4

Модернизированная полуторная

Таблица 1.5

Различные модификации схем с одиночной системой шин в сетях США.

Блок линия -трансформатор
Модификация схемы с одной системой шин

Окончание табл. 1.5

Блок линия -трансформатор
Модификация схемы с одной системой шин
Блок линия -трансформатор
Модификация схемы с одной системой шин	К шунтовому реактору К шунтовому реактору

Таблица 1.6

Схемы подстанций 110 кВ с выключателями нагрузки

Наименование схемы	Условное изображение схемы	В РУ напряжением
Блочная с одним транс-форматором		110 кВ
Ответвительные с одним транс-форматором, включаемые в рассечку линии с двусторонним питанием; резер­вирование на стороне НН по кольцевой сети;		110 кВ
Одиночная система шин, секционирован-ная двумя ВН		110 кВ

Окончание таблицы 1.6

мостик с выключателем в перемычке и ВН в це­пях трансформаторов и ВЛ		110
схема с присоединением двух трансформаторов и ВЛ, через выключатели и ВН к шинам, а третьего трансформатора −к ши­нам через ВН		110
четырехтрансформаторная подстанция, присоединенная через ВН к двухцепной ВЛ		110

7