Структурная характеристика трансформаторных подстанций

Основным элементом трансформаторной подстанции является трансформатор, важным вопросом при этом является выбор количества и типа трансформаторов. На главных понизительных подстанциях (ГПП) для обеспечения высокой надежности электроснабжения потребителей используют обычно два трансформатора. Выбираются они таким образом, чтобы при отсутствии резервирования по сетям вторичного напряжения мощность каждого трансформатора была равна 0,55…0,77 суммарной нагрузки подстанции. В случае большой доли потребителей с резкопеременным режимом работы на ГПП и ПВГ устанавливается третий трансформатор, на который и выносится ударная нагрузка, что позволяет обеспечить требуемый уровень качества электроэнергии у других потребителей.

На ГПП и ПВГ устанавливают масляные трансформаторы. В зависимости от схемы электроснабжения они могут быть двух- и трехобмоточными. Трансформаторы малой мощности имеют устройства регулирования напряжения путем переключения ответвлений обмоток без возбуждения (типа ПБВ), а средней и большой мощности – с регулированием напряжения хотя бы одной из обмоток без перерыва нагрузки (типа РПН).

На крупных подстанциях вместо трансформаторов используются автотрансформаторы. Они имеют широкий регулировоч-ный диапазон, и их применение позволяет улучшить экономические характеристики преобразования электроэнергии. В то же время система электроснабжения с автотрансформаторами имеет свои недостатки. Автотрансформаторы могут применяться лишь в сетях с заземленной нейтралью напряжением 110 кВ и выше, они в меньшей степени, чем трансформаторы, ограничивают токи КЗ, так как их реактивное сопротивление ниже. При отсутствии заземления нейтрали и замыкания на землю одной фазы Ав сети ВН потенциал относительно земли двух других фаз сети СН повысится до недопустимого значения. Если, например, выполнить автотрансформатор напряжением 115/38,5/11 кВ с изолированной нейтралью, то при замыкании на землю фазы А сети 110 кВ потенциал относительно земли С фазы и сети 35 кВ повысится до 3,5 . Это недопустимо как для изоляции обмотки 38,5 кВ автотрансформатора, так и аппаратуры сети 35 кВ [1, 5]. На выводах среднего и высшего напряжения необходимо устанавливать вентильные разрядники, так как существует возможность перехода перенапряжений из одной сети в другую.

Условные обозначения понижающих и повышающих трансформаторов и автотрансформаторов в схемах электрических систем электроснабжения показаны на рис 1.2.

Рис.1.2. Условные обозначения трансформаторов

и автотрансформатор на схемах:

а, б – двухобмоточный нерегулируемый; в – регулируемый;

г – трехобмоточный регулируемый; д – авторансформатор;

е и ж – регулируемый и нерегулируемый двухобмоточный

Стрелки обозначают электрическую нагрузку S1 и S2 на шинах высшего и низшего напряжений двухобмоточных трансформаторов, а в случае трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов стрелки обозначают нагрузки на шинах высшего, среднего и низшего напряжений. Другая стрелка символизирует наличие регулирования напряжения под нагрузкой (РПН). Отсутствие таковой означает, что трансформатор снабжен устройством изменения напряжения ПБВ (переключатель без возбуждения).

Подстанция с двухобмоточными трансформаторами состоит из трех основных узлов: распределительного устройства высшего напряжения (РУВН), силового трансформатора или автотрансформатора (одного или нескольких), распределительного устройства низшего напряжения (РУНН), вспомогательных устройств (компрессорных, аккумуляторных и т.п.), устройств релейной защиты, автоматики, измерения. В подстанциях с трехобмоточными трансформаторами добавляется четвертый узел – распределительное устройство среднего напряжения (РУСН).

В схемах электроснабжения могут применяться трансформаторы с расщепленной обмоткой низшего напряжения, что приводит к увеличению секций сборных шин в РУНН. Применение трансформаторов с расщепленными обмотками низшего напряжения (НН), обладающими повышенными значениями индуктивных сопротивлений, позволяет уменьшить токи короткого замыкания за трансформаторами, способствует снижению мощности короткого замыкания на шинах НН почти вдвое, что позволяет во многих случаях обойтись без токоограничивающих реакторов. С этой же целью на подстанциях устанавливаются сдвоенные реакторы. Установка на электростанциях и крупных подстанциях районных электрических сетей трансформаторов или трехфазных групп с расщепленными на две (или более) обмотки низшего напряжения позволяет присоединять к одному трансформатору два и более генераторов или независимых нагрузок одного или разных классов напряжений.

Распределительное устройство высокого напряжения подстанции чаще всего выполняет функции приема электрической энергии от линии электропередачи к трансформатору. В отдельных случаях РУВН может выполнять функции приема и распределения электроэнергии (по требованию энергоснабжающей организации или при целесообразности питания от главной понизительной подстанции нескольких подстанций глубокого ввода на напряжение 110…330 кВ).

Распределительные устройства средних и низших напряжений выполняют функцию приема и распределения электроэнергии. Аналогичные функции выполняют и распределительные подстанции. Они могут быть комплектными, сборными, открытыми и закрытыми.