Лекции №8, №9 Тема іii. Схемы ру напряжением более 1 кВ

ІII.1 Назначение РУ. Его основные элементы

РУ – часть электроустановки предназначенная для приёма электроэнергии от источника и распределение её по линиям потребителей. Основными элементами РУ являются:

- токоведущие части (в частности они образуют сборные шины (СШ));

- высоковольтные выключатели;

- разъединители.

Отходящие и приходящие к РУ токоведущие части называются присоединениями. На рис. ІII.1. РУВН имеет пять присоединений.

Рис. ІII.1. Присоединения к РУ.

ІII.2. Основные требования к схемам РУ

1) Надежность электроснабжения потребителей – свойство схемы РУ обеспечить бесперебойное электроснабжение потребителей электроэнергией нормированного качества. Надежность можно оценить частотой и продолжительностью нарушения электроснабжения потребителей возникающего из-за отказов элементов РУ. Интегральным показателем надежности схемы РУ может служить ущерб от нарушений электроснабжения.

2) Ремонтопригодность РУ – определяется возможностью проведения ремонтов без нарушения или ограничения электроснабжения потребителей. Её можно оценить количественно частотой и средней продолжительностью отключения потребителей и источников питания при ремонте элементов схемы РУ.

3) Оперативная гибкость схемы – приспособленность схемы к созданию необходимых эксплуатационных режимов и проведению оперативных переключений. Она оценивается количеством, сложностью и продолжительностью оперативных переключений.

4) Экономичность схемы – она оценивается приведенными затратами, включающими в себя затраты на сооружение самого РУ (капиталовложения), её эксплуатацию (эксплуатационные издержки) и возможный ущерб от нарушений электроснабжения из-за отказа или вывода в плановый ремонт элемента схемы РУ. Приближенно экономичность схемы можно оценить по количеству выключателей, приходящихся на одно присоединение, т.к. этим определяются капитальные вложения и до определенной степени эксплуатационные издержки.

ІII.3. Типы и область применения схем РУ

Различают следующие типы схем РУ:

1. Блочные схемы.

2. Схемы мостиков

3. Схемы со сборными шинами

4. Кольцевые схемы (схемы многоугольников)

5. Цепочечные схемы

ІII.3.1. Блочные схемы

В них отсутствуют поперечные связи между одноименными присоединениями. Элементы блока соединяются между собой последовательно. Такие схемы применяются на стороне ВН тупиковых подстанций до 220 кВ включительно и на электрических станциях при коротких линиях.

Можно выделить три типа блочных схем:

а) схема «линия – трансформатор без коммутационной аппаратуры» (рис ІII.2.а) или «линия – трансформатор с одним разъединителем» (рис. ІII.2.б.).

а) без коммутационной аппаратуры

б) с одним разъединителем

Рис. ІII.2.Схема РУ без коммутационной аппаратуры(а) или с одним разъединителем (б)

Эти схемы применяются на напряжение 35-330 кВ на тупиковых подстанциях.

б) Схема «линия – трансформатор с выключателем» (см. рис. ІII.3).

Рис. ІII.3. Схема «линия – трансформатор с выключателем»

Применяется на ответвительных подстанциях с напряжением 35-220 кВ.

в) Схема «Генератор – трансформатор – линия» (см. рис. ІII.4.).

Рис. ІII.4. Схема «Генератор – трансформатор – линия»

Примечание: на рис. ІII.2 - ІII.4 и далее положение коммутационной аппаратуры (Q и QS) в нормальном режиме работы РУ показывается следующим образом (см. рис. III.5):

Рис. ІII.5. Виды положений коммутационной аппаратуры

ІII.3.2. Мостиковые схемы

Область применения: 35 – 220 кВ при числе присоединений n = 4 при мощности трансформаторов S_T ≤ 63 МВА, при необходимости секционирования линии.

а) Схема «мостик с ремонтной перемычкой со стороны линии» (см. рис. III.6).

Рис. ІII.6. Схема «мостик с ремонтной перемычкой со стороны линии»

Участок ab называется мостиком, а cd – ремонтной перемычкой.

б) Схема «мостик с ремонтной перемычкой со стороны трансформатора» (см. рис. III.7).

Рис. ІII.7. Схема «мостик с ремонтной перемычкой со стороны трансформатора»

Применяется при коротких линиях.

в) Схема «мостика без ремонтной перемычки» (см. рис. III.8).

Рис. ІII.8. Схема «мостик с ремонтной перемычкой со стороны трансформатора»

Применяется при отсутствии транзита.

ІII.3.3. Схемы со сборными шинами

а). Схема «одна рабочая секционированная система шин (СШ)» (см. рис. III.9).

Рис. ІII.9. Схема «одна рабочая секционированная СШ»

На рисунке Q1-Q8 – выключатели присоединений; QA – секционный выключатель; A11, А12, – первая и вторая секция СШ соответственно.

Применяется на напряжение 6-35 кВ

б) Схема «одна рабочая секционированная СШ с обходной СШ» (см. рис. III.10).

Рис. ІII.10. Схема «одна рабочая секционированная СШ с обходной СШ»

На рисунке Q1-Q4 – выключатели присоединений; QO – обходной выключатель; QA – секционный выключатель; A11, А12, – первая и вторая секция СШ соответственно; А0 – обходная СШ.

Схема применяется при напряжение 110 - 220 кВ при 5 и более присоединениях, при двухцепных ЛЭП или ЛЭП, резервируемых от других подстанций. Допускается иметь по одной нерезервированной ЛЭП на секцию.

Обходной выключатель с обходной системой шин предназначены для вывода в ремонт выключателей любого присоединения без отключения этого присоединения.

в) Схема «две рабочие и обходная системы шин» (см. рис. III.11).

На рисунке Q1-Q3 – выключатели присоединений; QO – обходной выключатель; QВ – шиносоединительный выключатель; A1, А2, – первая и вторая СШ соответственно; А0 – обходная СШ.

Схема применяется на напряжение 110 – 220 кВ при числе присоединений от пяти до пятнадцати.

Рис. ІII.11. Схема «одна рабочая секционированная СШ с обходной СШ»

г) Схема «две рабочие секционированные выключателями СШ, с двумя шиносоединительными выключателями и двумя обходными выключателями» (см. рис. III.12).

Рис. ІII.12. Схема «две рабочие секционированные выключателями СШ, с двумя шиносоединительными выключателями и двумя обходными выключателями»

Эта схема применяется на напряжение 110 – 220 кВ в следующих случаях:

1) при необходимости уменьшения токов короткого замыкания путем деления сети;

2) при числе присоединений более пятнадцати;

3) на напряжение 220 кВ при 3-х, 4-х трансформаторах мощностью более 125 МВА и при числе присоединений n ≥ 12

Рассмотренные схемы РУ (с одной и с двумя СШ) можно назвать схемами радиального типа. Их особенности:

1) Присоединения с источником энергии и нагрузки сходятся в одной точке на СШ. Поэтому повреждения в зоне сборных шин связаны с отключением группы присоединений.

2) Ремонт выключателей присоединений связан с отключением присоединений (для РУ без обходной СШ), а сооружение обходной СШ приводит к повышению стоимости РУ.

3) Разъединители помимо своего прямого назначения создавать видимый разрыв используются для изменения схемы. Эти операции с разъединителями снижают надежность РУ.

ІII.3.4. РУ кольцевого типа

Особенности этих схем:

1) Схема представляет собой кольцо или несколько связанных колец с ответвлениями к источнику энергии и нагрузке.

2) Отключение присоединения производится двумя или тремя выключателями.

3) Отключение любого выключателя для его ремонта не нарушает работу ветвей (присоединений), хотя нормальное состояние схемы при этом нарушается.

4) При повреждениях в РУ или внешних коротких замыканиях на присоединениях и отказах выключателей погашение РУ или его значительной части не происходит.

5) Разъединители используются по своему прямому назначению.

а) Простые кольцевые схемы.

К ним относятся схемы-угольники: схема «треугольник», схема «четырехугольник», схема «пятиугольник» и т. п.

На рис. III.13 показана одна из таких схем – схема «шестиугольник».

Внешнее замыкание на любом присоединении отключается двумя выключателями, при этом кольцо размыкается, но все ветви остаются в работе (кроме повреждённой. Она отключает разъединителем), после чего включает два отключившихся выключателя. При этом нормальная работа РУ восстанавливается. Замыкание в выключателе или его отказ связаны с отключением двух ветвей.

Рис. ІII.13. Схема «шестиугольник»

б) Схема связанных колец.

Одна из таких схем – схема «два связанных щестиугольника» представлена на рис. III.14.

Рис. ІII.14. Схема «два связанных шестиугольника»

Такие схемы применяются на напряжения 220 – 330 кВ на ГЭС и подстанциях.

ІII.3.5. Цепочечные схемы. (РУ с двумя системами шин и числом выключателей на присоединение 2, 3/2 и 4/3)

а) Схема «два выключателя на присоединение (американка)» (см. рис. III.15).

Рис. ІII.15. Схема «два выключателя на присоединение (американка)»

Схема не нашла широкого применения в виду высокой стоимости РУ.

б) Схема «три выключателя на два присоединения» или «полуторная» (см. рис. III.16 и III.17).

Существуют две разновидности такой схемы – без чередования (пересечения) и с чередованием присоединений линий и трансформаторов.

Схема без чередования показана на рис. III.16.

При ремонте одного из выключателей верхнего или нижнего ряда (например Q9) и внешних замыканий на любом присоединении (кроме W1) для Q9 отключается только поврежденное присоединение. При к.з. на W1 при ремонте Q9 теряем W1 и T1. При ремонте любого выключателя среднего ряда и внешнем коротком замыкании отключению подлежит только поврежденная ветвь, при условии что все выключатели исправны. При ремонте одного из таких выключателей (Q5) и внешних коротких замыканиях на ветви другой цепочки (например W2) и отказе в срабатывании одного из выключателей поврежденной ветви (Q2) теряем две ветви W1 и W2.

Во избежание потери двух ветвей, одновременное отключение которых недопустимо, следует присоединить их к разным цепочкам и чередовать их присоединения к системам шин. Схема с чередованием присоединений ЛЭП и трансформаторов показана на рис. ІII.17.

В такой полуторной схема, ветви, одновременное отключение которых недопустимо, должны отстоять друг от друга по любому рассматриваемому контуру не менее, чем на три последовательно включенных выключателей.

Рис. ІII.16. Схема «три выключателя на два присоединения без чередования присоединений линий и трансформаторов

Рис. ІII.17. Схема «три выключателя на два присоединения без чередования присоединений линий и трансформаторов

Короткое замыкание на шинах не нарушает работу ветвей, при условии что все Q включены. Короткое замыкание на СШ может вызывать отключение одной ветви, либо отключение ветвей от сборных шин при сохранении связи между ними, если выключатель вышел из строя. При ремонте системы шин и замыкание другой СШ все присоединения остаются в работе, но цепочки оказываются разобщенными, что может привести к нарушению электроснабжения. При числе цепочек более 4-х прибегают к секционированию сборных шин.

в) Схема «четыре выключателя на три присоединения (четыре третьих)» (см. рис. III.18).

Рис. ІII.18. Схема «четыре выключателя на три присоединения (четыре третьих)»

Схема имеет наилучшие показатели, если число линий в два раза меньше числа трансформаторов, а общее число присоединений кратно трем. Секционирование системы шин требуется при числе цепочек более четырех.