1.9 Керування компенсуючими установками

2.1 Типи електричних підстанцій

При централізованому виробництві електричної енергії в об'єднаній енергетичній системі можна значно зменшити необхідний резерв потужності й сумарну встановлену потужність електростанцій, сумарні капіталовкладення на їх спорудження й витрати на експлуатацію, а також підвищити надійність електропостачання споживачів і техніко-економічні показники роботи об'єднаної енергосистеми порівняно з ізольованою роботою окремих електростанцій. Електричні станції в енергетичній системі можна розташовувати незалежно від вузлів навантаження, що дає змогу використовувати місцеві енергетичні ресурси й забезпечує економічно доцільний розподіл потужності між електростанціями з позицій найменшої собівартості електричної енергії в системі.

Електричні мережі призначені для передавання електричної енергії від джерел живлення до споживачів і розподілу її між ними, а також для об'єднання окремих електростанцій для паралельної роботи і створення об'єднаних енергосистем.

Електрична мережа складається з повітряних і кабельних ліній електропередачі (ЛЕП), підстанцій (ПС) та розподільних пунктів. Передавання електричної енергії на значні відстані здійснюють при підвищеній напрузі. При цьому зменшуються струми, що протікають по лініях, а також втрати напруги й потужності. Для підвищення напруги використовують трансформатори, які встановлюють на підвищувальних трансформаторних підстанціях. На знижувальних трансформаторних підстанціях (ТП) напругу знижують до рівня, за якого здійснюється споживання електричної енергії. На шляху передавання електричної енергії зазвичай відбувається кілька трансформацій напруги. Підстанції, на яких здійснюється перетворення змінного струму в постійний чи навпаки, називаються перетворювальними підстанціями (ПП).

Розподіл електричної енергії на підстанціях здійснюють за допомогою розподільних пристроїв високої та низької напруги, які включають збірні шини, комутаційні апарати, електровимірювальні прилади, а також пристрої релейного захисту та автоматики. У розподільних пунктах електрична енергія розподіляється на одній напрузі (без трансформації й перетворення).

Основніелементипідстанцій:

• Силові трансформатори, автотрансформатори.

• Вступні конструкції для повітряних і кабельних ліній електропередачі.

• Відкриті (ОРУ) і закриті (ЗРП) розподільні пристрої, включаючи:

  • Системи і секції шин;

  • Силові вимикачі;

  • Роз'єднувачі;

  • Вимірювальне обладнання (вимірювальні трансформатори струму і напруги, вимірювальні прилади);

  • Обладнання ВЧ-зв'язку між підстанціями (конденсатори зв'язку, фільтри приєднання);

  • Струмообмежуючі, регулюючі пристрої (конденсаторні батареї, реактори, фазообертачі і пр.).

  • Перетворювачічастоти, роду струму ( випрямлячі).

• Система живленнявласних потреб підстанції:

  • Трансформатори власних потреб;

  • Щит змінного струму;

  • Акумуляторні батареї;

  • Щит постійного (оперативного) струму;

  • Дизельні генератори та інші аварійні джерела енергії (на великих та особливо важливих підстанціях).

• Системи захисту і автоматики:

  • Пристрій релейного захисту та протиаварійної автоматики для силових ліній, трансформаторів, шин.

  • Автоматична система управління.

  • Система телемеханічного управління.

  • Система технічного та комерційного обліку електроенергії.

  • Система технологічного зв'язку енергосистеми і внутрішнього зв'язку підстанції.

• Система заземлення, включаючи заземлювачі і контур заземлення.

• Блискавкозахисні споруди.

• Допоміжні системи:

  • Система вентиляції, кондиціонування, обігріву.

  • Система автоматичного пожежогасіння.

  • Система освітлення території.

  • Система охоронної та пожежної сигналізації, управління доступом.

  • Система технологічного і охоронного відеоспостереження.

  • Пристрої плавлення ожеледі на повітряних лініях.

  • Системи аварійного збору масла.

  • Системи живлення масло наповнених кабелів.

  • Побутова, зливова каналізація, водопровід.

• Побутові приміщення, склади, майстерні та ін.

Класифікація підстанцій:

Функціонально підстанції діляться на:

• Трансформаторні підстанції - підстанції, призначені для перетворення електричної енергії однієї напруги в енергію іншої напруги за допомогою трансформаторів.

• Перетворювальні підстанції - підстанції, призначені для перетворення роду струму або його частоти.

Електричний розподільний пристрій, що не входить до складу підстанції, називається розподільчим пунктом. Перетворювальна підстанція, призначена для перетворення змінного струму в постійний і наступного перетворення постійного струму в змінний вихідної чи іншої частоти, називається вставкою постійного струму.

За значенням у системі електропостачання:

• Головні знижувальні підстанції (ГПП);

• Підстанції глибокого вводу (ПГВ);

• Тягові підстанції для потреб електричного транспорту, часто такі підстанції бувають трансформаторно-перетворювальними для живлення тягової мережі постійним струмом;

• Комплектні трансформаторні підстанції 10 (6) / 0,4 кВ (КТП). Останні називаються цеховими підстанціями в промислових мережах, міськими - у міських мережах.

В залежності від місця і способу приєднання підстанції до електричної мережі нормативні документи не встановлюють класифікації підстанцій за місцем і способом приєднання до електричноїмережі. Однак ряд джерел дає класифікацію виходячи з типівконфігураціїмережі та можливих схем приєднання підстанцій^[2].

• Тупикові - живляться по одній або двом радіальним лініям

• Відгалужувальні - приєднуються до однієї, а відходять де-кілька ліній

• Прохідні - підключаються до мережі шляхом заходу однієї лінії з двостороннімживленням

• Вузлові - підключаються до мережі не менше, ніжтрьома живлячим лініями

Відгалужувальні та прохідні підстанції об'єднують поняттям проміжні, яке визначає розміщення підстанції між двома центрами живлення або вузловими підстанціями (Рис. 2.1). Прохідні і вузлові підстанції, через шини яких здійснюються перетоки потужності між вузлами мережі, називають транзитними. Також використовується термін "опорна підстанція", який, як правило, позначає підстанцію більш високого класу напруги по відношенню до розглянутої підстанції або мережі.

Рис. 2.1 Типові схеми підстанцій

а – тупикова, б – відгалужувальна, в - прохідна

У зв'язку з тим, що ГОСТ 24291-90 визначає опорну підстанцію як "підстанцію, з якою дистанційно управляються інші підстанції електричної мережі і контролюється їх робота", для зазначеного вище значення, доцільніше використовувати термін"центр живлення".

За місцем розміщення підстанції діляться на:

• Відкриті – обладнання якої розташоване на відкритому повітрі.

• Закриті - підстанції, обладнання яких розташоване в будівлі.

Електропідстанції можуть розташовуватися на відкритих майданчиках, у закритих приміщеннях , під землею і на опорах, в спеціальних приміщеннях будівель-споживачів. Вбудовані підстанції - типова риса великих будівель і хмарочосів. Підстанція, в якій стоять підвищувальні трансформатори, підвищує електричну напругу при відповідному зниженні значення сили струму, в той час як знижувальна підстанція зменшує вихідну напругу при пропорційному збільшенні сили струму.

Необхідність у підвищенні переданої напруги виникає в цілях багатократної економії металу, використовуваного в проводах ЛЕП, і зменшення втрат на активному опорі. Дійсно, необхідна площа перерізу проводів визначається тільки силою струму і відсутністю виникнення коронного розряду. Також зменшення сили струму спричиняє зменшення втрати енергії, яка знаходиться в прямій квадратичній залежності від значення сили струму. З іншого боку, щоб уникнути високовольтного електричного пробою, застосовуються спеціальні заходи: використовуються спеціальні ізолятори, дроти розносяться на достатню відстань і т. д. Основна ж причина підвищення напруги полягає в тому, що чим вище напруга, тим більшу потужність і на більшу відстань можна передати по лінії електропередачі енергію.

2.2

У дипломному проекті буда досліджена підстанція 35/10кВ «Печерська». На підстанції передбачено встановлення двох силових трансформаторів напругою 35/10кВ потужністю по 25 МВА кожний, з розщепленою обмоткою НН. У 2012 році була проведена реконструкція. Робочий проект об’єкту «Реконструкція ПС 35/10 кВ «Печерська» розроблено на підставі завдання на проектування, виданого та затвердженого ПАТ «Київенерго» та інвестиційної програми ПАТ «Київенерго» на період з 2008 до 2012 рр.

Площадка підстанції (ПС) знаходиться в Печерському районі м. Києва, по вул. Лейпцизька і призначена для надійного електропостачання споживачів Печерського району. Підстанція введена в експлуатацію в 1961 році. Живлення ПС здійснюється по двох кабельних лініях 35 кВ:

• КЛ «ПС Печерська – ТЕЦ-5 (А)» довжиною 0,027 км (NA2XS2Y-1x150); 0,85 км (АПвЭгаП-1х185); 0,391 км (ОСБу-150); 0,505 км (АОСБ-150); 3,532 км (ОСБ-150); 0,914 км (ЦААШВ-1х240);

• КЛ «ПС Печерська – ТЕЦ-5 (Б)» довжиною 0,065 км (NA2XS2Y-1x150); 0,828 (ЦААШВ-1х240); 0,401 км (ОСБу-150); 0,85 км (АПвЭгаП-1х185); 1,262 км (АОСБ-150); 2,877 км (ОСБ-150).

Згідно до «Норм технологічного проектування підстанцій змінного струму з високою напругою 6-750 кВ» (ГКД 341.004.001-94) прийняті наступні схеми розподільчих установок:

• ВРУ-35 кВ – нетипова за схемою – два блоки лінія-трансформатор з вимикачами;

• ЗРУ-10 кВ – за схемою 10-1 – одна секціонована вимикачем система шин.

Розподільча установка 35 кВ – відкритого типу. Силовий трансформатор та трансформатори власних потреб встановлюються, також, відкрито. Високовольтне обладнання відкритої розподільчої установки (ВРУ) 35 кВ монтується на стояках із збірного залізобетону, на уніфікованих транспортабельних блоках заводського виготовлення (лежні). Блоки складаються із опорних металоконструкцій, на яких змонтоване обладнання 35 кВ, елементи жорсткої та гнучкої ошиновки, елементи допоміжних ланцюгів.

В існуючому приміщенні ЗРУ-10 кВ встановлюються шафи 10 кВ типу КУ-10Ц з вакуумними вимикачами типу ВР1 та ВР2. В приміщенні ЗПК встановлюються панелі керування, захисту та автоматики, щит власних потреб змінного струму 0,4 кВ, шафа оперативного струму типу ШОТ з номінальною ємністю акумуляторною батареєю 100 А/год. Передбачається реконструкція існуючої мережі освітлення ЗРУ-10 кВ та ЗПК.

Поставка основного обладнання передбачається вітчизняними та іноземними заводами-виробниками:

• силовий трансформатор потужністю 25 МВА, напругою 35/10кВ вітчизняного виробництва ПАТ «Запоріжтрансформатор» (м. Запоріжжя);

• вакуумний вимикач 35 кВ вітчизняного виробництва РЗВА (м. Рівне);

• трансформатори струму та напруги 35 кВ фірми «АВВ»;

• роз’эднувачі 35 кВ ЗАО «ЗЭТО» (м. Великі Луки, Росія);

• обмежувачі перенапруги на стороні 35 кВ фірми «TycoElectronics»;

• ізолятор полімерний опорно-штирьовий на напругу 20 кВ вітчизняного виробництва ПАТ «ПТК»Енергомаш» (м. Славянськ);

• обмежувачі перенапруги на стороні 10 кВ фірми «TycoElectronics»;

• трансформатори власних потреб потужністю 160, напругою 10/0,4кВ вітчизняного виробництва ПАТ «Укрелектроапарат» (м. Хмельницький);

• комбінований дугогасний масляний реактор потужністю 480 кВА, напругою 10 кВ виробництва ТОВ «Енерган» (м. Санкт-Петербург);

• розподільчий пристрій 10 кВ закритий з комірками вітчизняного виробництва РЗВА (м. Рівне) типу КУ-10Ц;

• низьковольтний комплектний пристрій (НКП) та щит власних потреб змінного струму 0,4 кВ вітчизняного виробництва «Харківський електрощитів завод» (м. Харків);

• шафа оперативного струму (ШОТ) фірми «EXIDE».

Розміщення високовольтного обладнання забезпечує можливість під’їздів до нього для виконання монтажних або ремонтних робіт.

Всі нові силові та контрольні кабелі, прокладені в нових кабельних каналах, трубах та існуючих кабельних лотках.

2.3 Силові трансформатори підстанції

На підстанції встановлено два силових трансформатора ТРДНС-25000/35-У1 напругою 35/10кВ потужністю по 25 МВА кожний, з розщепленою обмоткою НН.

Рис. 2.2 Габарити ТРДНС-25000/35-У1

Структура умовного позначення ТРДНС-25000/35-У1:

Т – трьохфазний трансформатор;

Р – з розщепленою обмоткою НН;

Д – виконаний з природнім масляним охолодженням і примусовою циркуляцією повітря;

Н – регулювання напруги під навантаженням;

С – використовується для власних потреб електростанцій;

25000 – номінальна потужність трансформатора, кВ*А;

35 – клас напруги обмотки ВН, кВ;

У1 – кліматичне виконання та категорія розміщення.

Остов трансформаторів стрижневої конструкції, виготовлений з холоднокатаної електротехнічної сталі з жаростійким покриттям. Конструкція остова шихтована без отворів в активній сталі. Стяжка стрижнів виконується стелобандажами, ярем - металевими полубандажами. Розташування обмоток НН-ВН-РО концентричне. Ізоляція між обмотками маслобар’єрного типу. Обмотка НН - гвинтова. Частини обмотки НН розташовані по висоті стрижня остова і мають ізоляцію, відповідно їх класу напруги. Обмотка ВН безперервна. Обмотка РО-спіральна, виконана окремим концентром. Обмотки виконані з мідного прямокутного проводу з паперовою ізоляцією.

Відводи НН виконані прямокутними мідними шинами, відводи ВН ізольованим гнучким кабелем.

Умови експлуатації:

• висота над рівнем моря: не більше 1000 м;

• температура повітря: від -45^О до +40^О С;

• вимоги по техніці безпеки ГОСТ 11677-85.

Номінальна потужність, кВА	Напруга, кВ			Схема і группа приєднань		Втрати, кВТ			Струм ХХ, %		Маса, кг
	ВН	НН	КЗ			ХХ
25000	36, 75	10,5	Yн/Δ-Δ-11-11		115		16	0,35		46000

Таблиця 2.1

Виробник: ВАТ «Запоріжтрансформатор», Україна, м. Запоріжжя.

2.4 Збірні шини підстанції

До збірних шин приєднують всі генератори або трансформатори, вводи, і відходять лінії. Електрична енергія надходить на збірні шини і по них розподіляється по окремих лініях. Таким чином, збірні шини є вузловим пунктом схеми з'єднання, через який протікає вся потужність станції, підстанції або розподільчого пункту. Пошкодження або руйнування збірних шин означає припинення подачі електроенергії споживачам. Перетин шин вибирають залежно від струму навантаження з перевіркою по стійкості струму к.з. На підстанції «Печерська» дві системи шин секціоновані вимикачами. Використовується це для підвищення надійності живлення споживачів. Сбірні шини виконані із алюмінія а іх розмір 70 х 8 мм.

2.5 Комутаційне обладнання

2.5.1 Вимикачі

На підстанції встановлено 2 вакуумних трифазних вимикача 35 кВ з пружинним приводом, номінальний струм відключення 20 кА, номінальний струм 1600 А по типу ВР35НСМ-35-20/1600У1. Вимикачі серії ВР35НСМ призначені для комутації електричних високовольтних ланцюгів при нормальних і аварійних режимах мереж трифазного змінного струму з ізольованою або частково заземленою нейтраллю з номінальною напругою 35 кВ частотою 50 (60) Гц. Вакуумні вимикачі серії ВР35НСМ розроблені на зміну повітряним і масляним вимикачам , володіючи цілою низкою переваг надними. До основних таких переваг, насамперед, слід віднести:

- Механічний ресурс до 30000 циклів ВО;

- Комутаційний ресурс 55 циклів ВО при номінальному струмі відключення;

- Комутаційний ресурс 30000 циклів ВО при номінальному струмі;

- Суцільнолита кремнійорганічна ізоляція полюсів в порівнянні з керамічними покришками дозволила значно зменшити масу і габарити вимикача, істотно підвищити надійність ізоляції;

- Застосування полімерної ізоляції в конструкції полюса дозволило відмовитися від традиційного заповнення полюса трансформаторним маслом , що значно підвищило надійність і пожежобезпечність вимикача;

- Застосовність в схемах на постійному і змінному оперативному струмі;

- Гарантійний термін експлуатації – 2,5 роки.

Багатофункціональність пружинного приводу і простота його конструкції дозволила різко збільшити надійність і ресурс вимикачів. Крім того , це дало наступні переваги:

- Можливість ручного заведення приводу і включення вимикача механічною кнопкою ручного включення;

- Мале споживання електроенергії при включенні і відключенні ;

- Можливість управління , як по ланцюгах оперативного постійного , так іоперативного змінного струму;

- Можливість відключення від трансформаторів струму за схемою з дешунтуванням;

- Мінімальна вага і габарити.

Основні технічні параметри вимикача ВР35НСМ-35-20/1600У1 приведені у таблиці 2.2:

Номінальна напруга, кВ	35
Найбільша робоча напруга, кВ	40,5
Номінальний струм, А	1600
Номінальний струм відключення, кА	20
Власний час включення, мс	100
Власний час вимкнення, мс	55
Безструмова пауза при АПВ, с	0,3
Механічний ресурс, циклів ВО	30000

Таблиця 2.2

У комплектному розподільчому пристрої внутрішньої установки КУ-10Ц-20-У3 встановлені:

• 4 вимикачі вводу 10 кВ – ВР2-10-20/1600У2

• 2 секційних вимикачів 10 кВ – ВР2-10-20/1600У2

• 16 вимикачів для лінійних приєднань – ВР1-10-20/1000У2

• 22 вимикачі для лінійних резервних приєднань – ВР1-10-20/1000У2

Характеристики вимикачів наведені нижче:

	ВР1-10-20/1000У2	ВР2-10-20/1600У2
Номінальна напруга, кВ	10	10
Найбільша робоча напруга, кВ	12	12
Номінальний струм, А	1000	1600
Номінальний струм відключення, кА	20	20
Власний час включення, мс	90	90
Власний час вимкнення, мс	40	42
Безструмова пауза при АПВ, с	0,3	0,3
Механічний ресурс, циклів ВО	100000	100000

Таблиця 2.3

2.5.2 Роз’єднувачі

Роз’єднувачі особливо актуальні в мережах з напругою від 6 кВ, оскільки створюють візуальний розрив в електричному колі, що служить гарантією відсутності напруги в електроустановці в цілому і в окремих її частинах. Для забезпечення безпеки, роз’єднувачі комплектують блокувальними пристроями, які виключають подачу напруги на ізольовану ділянку кола і не дозволяють проводити комутацію при включеному вимикачі навантаження.

На «Печерській» використовується два триполюсних роз’єднувача 35 кВ горизонально-поворотного типу з двома заземлюючими ножами на номінальний струм 1000 А, з приводом ПД-14 УХЛ1, комплектно з виносним блоком керування по типу РГП.2-35/1000УХЛ1. Також, у комплектному розподільчому пристрої використовуються роз’єднувачі, характеристика яких наведена у таблиці 2.4.

Тип Роз’єднувача	Кільк.	Напруга, кВ			Ном. струм, А		Струм електро- динамічної стійкості, кА		Маса, кг
		Ном.	Макс.
РВЗ-10/400	4	10	12	400		40		28
РВЗ-10/630	38	10	12	630		50		30
РВЗ-10/1000	11	10	12	1000		80		30
РКВЗ-10/2000	2	10	12	2000		85		31,5

Таблиця 2.4