Производство электрической энергии

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО «Марийский государственный университет»

Электроэнергетический факультет

Кафедра «Электроснабжения и технической диагностики»

Дисциплина «Производство электрической энергии»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8

Учебный полигон

(обзорно-экскурсионная работа)

Йошкар-Ола

2011

1. ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Подстанция – электроустановка, предназначенная для приема, преобразования и распределения электроэнергии.

В зависимости от положения подстанции в энергосистеме основные требования надежности, безопасности обслуживания, экономичности и маневренности, применимые к главной схеме подстанции, в особенности требования надежности и маневренности, могут в отдельных случаях быть менее жесткими, чем для главной схемы электростанции. Обычно подстанции по положению их в энергосистеме делят на четыре категории (типа): тупиковые, ответвительные, проходные и узловые.

Узловая подстанция – подстанция, к которой присоединено более двух линий питающей сети, приходящих от двух и более электроустановок;

Проходная подстанция – подстанция, которая включается в рассечку одной или двух линий с двухсторонним или односторонним питанием;

Ответвительная подстанция – подстанция, которая присоединяется глухой отпайкой к одной или двум проходящим линиям;

Тупиковая подстанция – подстанция, получающая электроэнергию от одной электроустановки по одной или нескольким параллельным линиям.

Рис. 1.1. Структурные схемы расположения ПС в сети высокого напряжения

Наиболее высокие требования по надежности предъявляются к узловым системообразующим подстанциям (например, ПС Помары-500, ПС Чигашево, ПС Дубники, ПС Волжская, ПС Медведево, ПС Памьялы), связывающим несколько станций, проходных и тупиковых подстанции и одновременно питающих достаточно мощные районы нагрузки. Авария на такой подстанции может послужить причиной распада всей системы и расстройства электроснабжения больших районов электропотребления на длительное время.

Менее жесткие требования предъявляются к тупиковым и транзитным подстанциям, повреждения на которых мало влияют на работу других подстанций и системы в целом.

По назначению различают потребительские и системные подстанции. На шинах системных подстанций осуществляется связь отдельных районов энергосистемы или различных энергосистем. Как правило, это подстанции с высшим напряжением 220-750 кВ. Потребительские подстанции предназначены для распределения электроэнергии между потребителями.

Определенное значение для выбора схемы имеет число трансформаторов на подстанции. По существующей практике на подстанциях обычно устанавливают не более двух трансформаторов, исключением являются крупные подстанции, число трансформаторов на которых может быть больше.

При расширении подстанции и увеличении ее мощности заменяют трансформаторы на более мощные, не увеличивая их числа. Такая возможность предусматривается заранее путем выбора ошиновки и всех аппаратов с учетом установки в перспективе более мощных трансформаторов (следующих по стандартной шкале номинальной мощности).

Установка одного трансформатора на подстанции разрешается в случаях, когда потребители района принадлежат ко 2 и 3-й категориям, допускающим кратковременные перерывы в электроснабжении, необходимые для включения резервного питания от сети.

Иногда однотрансформаторная схема может быть принята и для потребителей 1-ой категории (небольшой мощности), если ввод резерва питания осуществляется автоматически (АВР) или эти потребители имеют независимый резервный источник питания.

Мощность каждого трансформатора на двухтрансформаторной подстанции выбирают равной 65 -70 % максимальной нагрузки района с тем, чтобы при аварийном выходе из строя одного из них оставшийся трансформатор мог нести некоторое время всю нагрузку подстанции. В зависимости от характера нагрузки и требований к качеству электроэнергии выбираются средства регулирования напряжения: устройства встроенного регулирования под нагрузкой (РПН) или линейные регулировочные трансформаторы.

Для двухтрансформаторных тупиковых и транзитных подстанций выбирают при повышенном напряжении схемы: мостиков, двойных мостиков, квадратов, одну секционированную систему шин. При числе присоединений, большем шести, может быть рекомендована схема с одной секционированной и одной обходной системами шин, а при числе присоединений большем десяти, – с двумя рабочими и одной обходной.

Как правило, на низшем напряжении двухтрансформаторных подстанций рекомендуется применять одиночную систему шин, секционированную через выключатель, и работать в нормальном режиме с раздельным включением секций и трансформаторов. Секционный выключатель срабатывает автоматически при авариях с одним из трансформаторов или при понижении нагрузки на подстанции (например, летом) до значения, при котором для уменьшения потерь выгодно перейти на работу с одним трансформатором.

Для ограничения мощности короткого замыкания до значения 350 МВА на шинах 10 кВ, обычно принятого по условиям аппаратуры КРУ, устанавливают трансформаторы с расщепленной обмоткой низшего напряжения или включают в цепь трансформаторов групповые реакторы, простые или сдвоенные.

Установка секционных реакторов не рекомендуется из-за их малой эффективности в условиях подстанции. Также не рекомендуется устанавливать реакторы в отходящих фидерах из-за усложнения и удорожания РУ подстанции.

На многих подстанциях для компенсации реактивной мощности и в качестве дополнительных средств регулирования напряжения устанавливают батареи статических конденсаторов (БСК) или синхронные компенсаторы (СК). Необходимость в этих дополнительных устройствах определяется специальными расчетами с учетом графика потребления реактивной мощности на шинах подстанции, колебаний напряжения на шинах высшего напряжения подстанции, а также параметров и возможностей РПН трансформаторов.

СК обычно подключаются сразу после трансформатора через реактор или непосредственно в зависимости от принятого способа пуска, а БСК присоединяются к секциям шин низшего напряжения подстанции.

Для управления потоками активной мощности на узловых подстанциях устанавливают регулировочные трансформаторы для поперечного регулирования напряжения, однако их установка в каждом отдельном случае должна быть обоснована расчетами системных режимов.

2 Распределительные устройства

Распределительное устройство (РУ) - это электроустановка, предназначенная для приема и распределения электрической энергии, содержащая электрические аппараты, шины и вспомогательные устройства. Электрические станции, понижающие и повышающие подстанции, обычно имеют, несколько распределительных устройств разных напряжений (РУ ВН, РУ СН, РУ НН).

По существу РУ – это конструктивное выполнение принятой электрической схемы подстанции, т.е. расстановка электрических аппаратов внутри помещений или на открытом воздухе с соединениями между ними голыми (редко изолированными) шинами или проводами строго в соответствии с электрической схемой.

Для энергетической системы РУ является узлом сети, оборудованным электрическими аппаратами и защитными устройствами, служащими для управления распределением потоков энергии, отключения поврежденных участков, обеспечения надежного электроснабжения потребителей.

Каждое РУ состоит из подходящих и отходящих присоединений, которые связаны между собой сборными шинами, перемычками, кольцевыми и многоугольными соединениями, с размещением различного числа выключателей, разъединителей, реакторов, измерительных трансформаторов и прочих электрических аппаратов, обусловленных принятой схемой. Все аналогичные присоединения выполняются одинаково, так что РУ собирается из стандартных, как бы типовых, ячеек.

РУ должны отвечать определенным требованиям, наиболее важными из них являются: надежность работы, удобство и безопасность обслуживания при минимальных затратах на сооружение, пожарная безопасность и экономичность эксплуатации, возможность расширения, максимальное применение крупноблочных узлов заводского изготовления.

Надежность работы РУ обеспечивается правильным выбором и правильной установкой электрооборудования (электрических аппаратов, токоведущих частей и изоляторов), а также хорошей локализацией аварий с электрооборудованием в случае их возникновения. Кроме того, надежность работы РУ в большей степени зависит от качества выполнения строительных и электромонтажных работ.

РУ выполняются для всех применяемых напряжений. По аналогии с аппаратами они делятся на РУ до 1000 кВ, РУ высокого напряжения от 3 до 220 кВ, РУ сверхвысокого напряжения: 330, 500, 750 кВ и перспективные РУ ультравысоких напряжений 1150 кВ и выше.

По конструктивному выполнению подразделяют распределительные устройства на закрытые (внутренние), в которых все электрооборудование размещено внутри здания, и открытые (наружные), в которых все электрооборудование расположено на открытом воздухе.

Рис. 2.1. ГРУ 6 – 10 кВ с одной системой шин и групповыми реакторами (разрез по цепям генератора и группового реактора) 1- трансформатор тока, 2 – проходной изолятор, 3 – камера генераторного выключателя, 4 – привод выключателя, 5 – блок сборных шин, 6 – блок шинных разъединителей, 7 – привод шинных разъединителей, 8 – камера сдвоенного реактора, 9 – шинопровод, 10 – ячейки КРУ

Закрытое распределительное устройство (ЗРУ) - это распределительное устройство, расположенное внутри здания. Обычно их сооружают при напряжении 3 – 20 кВ. В установках больших напряжений, 35 - 220 кВ, закрытые распределительные устройства сооружают только при ограниченной площади под РУ, при расположении их в непосредственной близости от промышленных предприятий, загрязняющих воздух токопроводящей пылью или газами, разрушающими изоляцию и металлические части электрооборудования, а также вблизи морских побережий и в местностях с очень низкими температурами воздуха (районы Крайнего Севера).

Обслуживание ЗРУ должно быть удобным и безопасным. Для безопасности соблюдаются минимально допустимые расстояния от токоведущих частей до различных элементов ЗРУ

Неизолированные токоведущие части во избежание случайных прикосновении к ним должны быть помещены в камеры или ограждены. Ограждение может быть сплошным или сетчатым. Во многих ЗРУ применяется смешанное ограждение – на сплошной части ограждения крепятся привода выключателей и разъединителей, а сетчатая часть ограждения позволяет наблюдать за оборудованием. Высота такого ограждения должна быть не менее 1,9 м, при этом сетки должны иметь отверстия размером не более 25×25 мм, а ограждения запираться на замок.

Из помещений ЗРУ предусматриваются выходы наружу или в помещения с несгораемыми стенами и перекрытиями: один выход при длине РУ до 7 м; два выхода по концам при длине 7÷60 м; при длине более 60 м – два выхода по концам и дополнительные выходы с таким расчетом, чтобы расстояние от любой точки коридора до выхода не превышало 30 м. Двери РУ должны открываться наружу, иметь самозапирающиеся замки и открываться без ключа со стороны РУ.

ЗРУ должно обеспечивать пожарную безопасность. При установке в ЗРУ масляных трансформаторов предусматриваются меры для сбора и отвода масла в маслосборную систему. В ЗРУ предусматривается естественная вентиляция помещений трансформаторов и реакторов, а также аварийна вытяжка коридоров обслуживания открытых камер с маслонаполненным оборудованием.

Сборное распределительное устройство (СБРУ) монтируется из укрупненных узлов (шкафов, панелей и т.п.), изготовленных и укомплектованных на заводах или в мастерских. В СБРУ здание сооружается в виде коробки, без каких-либо перегородок, зального типа. Основу камер составляет стальной каркас, а перегородки между камерами выполняют из асбоцементных или гипсолитовых плит.

Рис. 2.2. ЗРУ 110 кВ зального типа (разрез по ячейке воздушного выключателя) 1- выключатель ВНВ-110 кВ, 2 – первая система шин, 3 – шинные разъединители, 4 –вторая система шин, 5 – обходная система шин, 6 – обходной разъединитель, 7 – конденсатор связи, 8 – линейный разъединитель.

Рис. 2.3. Шкаф воздушного ввода КРУН типа КРЗ-10 1- трансформатор тока, 2 – задние двери, 3 – воздушный ввод, 4 – клапан дуговой защиты, 5 – сборные шины, 6 – отсек релейной аппаратуры, 7 - выключатель вакуумный, 8- дверцы фасадные, 9 - заземлитель

Комплектное распределительное устройство (КРУ) - это распределительное устройство полностью изготовленное на заводах, состоящее из закрытых шкафов со встроенными в них аппаратами, измерительными и защитными приборами и вспомогательными устройствами; на месте все элементу КРУ лишь монтируются. Эти распределительные устройства в наибольшей степени отвечают требованиям индустриализации энергетического строительства, поэтому в настоящее время они становятся наиболее распространенной формой исполнения распределительных устройств. Применение КРУ позволяет ускорить монтаж распределительного устройства. КРУ безопасно в обслуживании, так как все части, находящиеся под напряжением, закрыты металлическим кожухом. В качестве изоляции между токоведущими частями в КРУ могут быть использованы воздух, масло, пирален, твердая изоляция, инертные газы. КРУ с масляной и газовой изоляцией могут изготовляться на высокие напряжения 220 – 500 кВ. Наша промышленность выпускает КРУ 3 – 35 кВ с воздушной изоляцией и 110 – 220 кВ с изоляцией из элегаза (в мировой практике до 800 кВ). Комплектные распределительные устройства наружной установки (КРУН) предназначены для открытой установки вне

помещения. КРУН состоят из металлических шкафов со встроенными в них аппаратами, приборами, устройствами защиты и управления. КРУН рассчитаны для работы при температурах окружающего воздуха от -40 до +35 °С и влажностью воздуха не более 80%. КРУН могут иметь стационарную установку выключателя в шкафу или выкатную тележку с выключателем подобно КРУ внутренней установки.

Шкафы КРЗ-10 (рис. 2.3) для наружной установки 6 – 10 кВ предназначены для сетей сельского хозяйства, промышленности и электрификации железнодорожного транспорта. Шкафы КРЗ-10 рассчитаны на температуру окружающей среды от +50 до -45°С.

Вместе с тем в настоящее время широко сооружают также распределительные устройства смешанного типа, выполняемые частично как сборные и частично как комплектные.

Рис. 2. 4. Типовая компоновка ОРУ 110 – 220 кВ для схемы с двумя рабочими и обходной системами шин

1 – обходная СШ, 2 – разъединитель ОСШ, 3 – конденсатор связи, 4 – заградитель, 5 – линейный разъединитель, 6 – трансформатор тока, 7 – воздушный выключатель, 8 – вторая СШ, 9 – шинные разъединители килевого исполнения, 10 – шинные разъединители, 11 – первая СШ.

Открытое распределительное устройство (ОРУ) – это распределительное устройство, расположенное на открытом воздухе. Как правило, РУ в электроустановках напряжением 35 и выше сооружают открытыми. Широко распространены также простейшие открытые подстанции небольшой мощности с первичным напряжением 10(6)-35 кВ для электрификации сельскохозяйственных и загородных районов, промышленных поселков и небольших городов.

Все аппараты в ОРУ выполняются на невысоких основаниях (металлических или железобетонных). По территории ОРУ выполняются проезды для возможности механизации монтажа и ремонта оборудования. Шины могут быть гибкими из многопроволочных проводов или из жестких труб. Гибкие шины крепятся с помощью подвесных изоляторов на порталах, а жесткие – с помощью опорных изоляторов на железобетонных или металлических стойках.

Применение жесткой ошиновки позволяет отказаться от порталов и уменьшить площадь ОРУ.

Под силовым трансформаторами, масляными реакторами и баковыми выключателями 110 кВ и выше предусматривается маслоприемник, укладывается слой гравия толщиной не менее 25 см, и масло стекает в аварийных случаях в подземные маслосборники. Кабели оперативных цепей, цепей управления, релейной защиты, автоматики и воздухопроводы прокладываются в лотках из железобетонных конструкций без заглубления их в почву или в металлических лотках, подвешанных к конструкциям ОРУ.

ОРУ должно быть ограждено.

Преимущества ОРУ по сравнению с ЗРУ

1. меньший объем строительных работ; так кА необходимы лишь подготовка площадки, устройство дорог, сооружение фундаментов и установка опор;

2. существенная экономия строительных материалов (стали, бетона);

3. меньшие капитальные затраты;

4. меньшие сроки сооружения;

5. хорошая обозреваемость;

6. удобство расширения и легкость замены оборудования другим с меньшими или с большими габаритами, а также возможность быстро демонтажа старого и монтажа нового оборудования.

7. меньшая опасность распространения повреждений вследствие больших расстояний между аппаратами смежных цепей;

Недостатки ОРУ по сравнению с ЗРУ

1. менее удобное обслуживание, так как переключение разъединителей и наблюдение за аппаратами производятся на воздухе при любой погоде (низкие температуры, ненастье);

2. большая площадь сооружения;

3. подверженность аппаратов резкому изменению температуры окружающего воздуха, незащищенность их от загрязнения, запыления и т.д., что усложняет их эксплуатацию и принуждает применять аппараты специальной конструкции (для наружной установки), более дорогие.

Стоимость ЗРУ обычно на 10 – 25% выше стоимости соответствующих ОРУ.

В настоящее время в большинстве случаев применяют ОРУ так называемого низкого типа, при котором все аппараты располагаются в одной горизонтальной плоскости и устанавливаются на специальных основаниях сравнительно небольшой высоты; сборные шины укрепляются на опорах также сравнительно небольшой высоты.