Особенности схем коммутации подстанций

Подстанции — это наиболее распространённый тип электроустановок. Одновременно в энергосистемах сооружается или реконструируется их большое количество. Поэтому при проектировании в качестве важной задачи считают унификацию схемных и конструктивных решений в целях снижения затрат на сооружение и эксплуатацию подстанций. Их схемы на высшем (35 кВ и более) и низшем (6—10 кВ) напряжении имеют отличия. Рассмотрим их особенности.

Схемы высшего напряжения. Схемы коммутации подстанций зависят от структуры электрических сетей, в которых выделяют источники питания: шины электростанций, а также вторичные стороны подстанций более высокого напряжения. Кроме того, в схемах учитывается количество питающих и нагрузочных узлов, присоединений к узлу, их взаимное расположение и т.д.

Так, в распределительных сетях 110—220 кВ преимущественно применяются радиальные или радиально-узловые схемы (рис. 3.5). Радиальные схемы бывают с односторонним (рис. 3.5, а) или двусторонним (рис. 3.5, б—г) питанием и подключением подстанций по двум линиям. Так же применяются радиально-узловые схемы (рис. 3.5, д—е). В них хотя бы один нагрузочный узел подключен к сети более чем по двум линиям.

Рис. 3.5 Фрагменты топологических схем электрических сетей.

Рис.3.6. Схемы присоединения подстанций.

По способу присоединения к электрической сети различают тупиковые (рис. 3.6, а), ответвительные (рис. 3.6, б), проходные (рис. 3.6, в) и узловые (рис. 3.6, г) подстанции.

Тупиковые подстанции питаются по радиальным линиям.

Ответвительные подстанции присоединяются к проходящим линиям на ответвлении.

Проходные подстанции подключаются к сети заходом одной линии с двусторонним питанием.

Узловыми именуют подстанции, присоединяемые к сети по трем и более линиям электропередачи.

В основных сетях напряжением 500 кВ и выше применяются кольцевые схемы, так как распределительные и основные сети выполняют различные функции. В начальные этапы развития сети высшего напряжения были предназначены для максимального охвата обширных регионов электроснабжения в целях реализации межсистемного эффекта. Продолжительные нагрузки линий электропередачи были относительно невелики. При этом более предпочтительные технико-экономические показатели имели не радиальные, а кольцевые схемы . Сети 330 кВ занимают промежуточное положение, все более приобретая функции распределительных сетей.

Радиальные схемы сети позволяют максимально унифицировать схемы коммутации подстанций; каждая из них имеет четыре присоединения: две линии электропередачи и два автотрансформатора ). В зависимости от конфигурации сети применяются упрощенные схемы. С учетом рис. 3.4 и 3.6 установим соответствие схемы присоединения подстанции ее схеме коммутации:

—тупиковые подстанции (рис. 3.6, а) — два блока (рис. 3.4, а или б), два блока с выключателями и неавтоматической перемычкой со стороны линий (рис. 3.4, в);

— ответвительные подстанции (рис. 3.6, б) — ответвления от проходящих линий (рис. 3.4, г, д), являющиеся комбинацией блочных схем;

— проходные подстанции (рис. 3.6, в) — мостик с выключателями в цепях линий и ремонтной перемычкой со стороны линий (рис. 3.4, е), мостик с выключателями в цепях трансформаторов и ремонтной перемычкой со стороны трансформаторов

В последней схеме, сохраняется режим секционирования сети при ремонте в ней любого выключателя. Схема на рис. 3.4, е таким важным с позиций надежности свойством не обладает. Однако отключение линии производится одним выключателем, в то время как в альтернативной схеме — двумя. Как известно, линейные выключатели наиболее часто подвергаются отказам.

Для узловых подстанций используются другие схемы (см. табл. 3.4), в которых применяется большее количество выключателей. Среди этих схем следует выделить схемы с двумя системами шин с обходной (рис. 3.7, а) и с одной секционированной системой шин с обходной (рис. 3.7, б).

В нормальном режиме схема с двумя системами шин с обходной имеет фиксированные присоединения. Они распределяются между системами шин по возможности симметрично; шиносоединительный выключатель нормально включен и секционирует электроустановку (рис. 3.7, в). Тот же вид в нормальном режиме имеет схема с одной секционированной системой шин с обходной (рис. 3.7, г).

При выводе из работы в схеме на рис. 3.7, а одной системы шин, все присоединения группируются на второй системе. Такой возможности в схеме на рис. 3.7, б нет.

Рис.3.7. К сравнению схем с двумя системами шин с обходной со схемой с одной секционированной системой шин с обходной

1 – 4 – присоединения.

Рис. 3.8. Фрагменты главных схем:

а — блок с разъединителем; б — то же, но с выключателем; в — два блока с выключателями и неавтоматической перемычкой со стороны линий; г — мостик с выключателями в цепях трансформаторов и ремонтной перемычкой со стороны трансформаторов; д — то же, но в цепях линий и ремонтной перемычкой со стороны линий; е — заход—выход

Рис. 3.8. Окончание.

Рис. 3.9. Фрагменты главных схем:

а — схема с одной секционированной системой шин с обходной; б — схема с двумя системами шин с обходной

Рис. 3.10. Фрагменты схем РУ:

а – четырехугольник; б – схема 3/2.

Рис. 3.11. Фрагменты схем РУ:

а – трансформатор – шины с подключением линий по схеме 3/2; б - трансформатор – шины.

На рис. 3.12 и 3.13 изображены фрагменты главных схем подстанций на стороне 6—10 кВ. При выборе понижающего трансформатора с расщепленными обмотками

Рис. 3.12. Фрагменты РУ на стороне НН с одинарными реакторами:

а – п/ст с постоянным оперативным током; б – п/ст с переменным оперативным током.

Рис. 3.13. Фрагменты РУ со сдвоенными реакторами на п/ст с постоянным оперативным током.

6—10 кВ количество секций будет так же равно четырем (как на рис. 3.13). Если в его цепях установить еще сдвоенные реакторы, то на двухтрансформаторной подстанции количество секций достигнет восьми.

При наличии на подстанции аккумуляторной батареи (т.е. при постоянном оперативном токе) трансформаторы СН 6-10/0,4 кВ подключаются к секциям 6— 10 кВ наряду с другими присоединениями (см. рис. 3.12, а). Если аккумуляторная батарея отсутствует, то на подстанции используется переменный или выпрямленный оперативный ток, и надежность электроснабжения СН повышают подключением трансформаторов СН до вводного выключателя (см. рис. 3.12, б). Конструктивно это более сложное решение. Оно требует дополнительных токопроводов наружной установки.

На рис. 3.14 приведён вариант ввода 6—10 кВ при оснащении подстанции линейными регулировочными трансформаторами. На рис. 3.15 даны схемы подключения источников реактивной мощности. Крупные синхронные компенсаторы устанавливают на мощных узловых подстанциях напряжением 500—750 кВ и подключают к третичным обмоткам понижающих автотрансформаторов. Синхронные компенсаторы небольшой мощности (до 15 Мвар) включаются в сеть прямым пуском. При мощности 50 Мвар и более используется реакторный пуск (рис. 3.15, а).

Рис. 3.14. Ввод на секцию с линейным регулировочным трансформатором.

Рис. 3.15. Подключение источников реактивной мощности:

а – синхронный компенсатор мощностью 50 – 100 МВАр; б – конденсаторной батареи 110 кВ; в - конденсаторной батареи 6 – 10 кВ.

Источниками реактивной мощности являются так же батареи шунтирующих конденсаторов. Они могут подключаться к шинам 110 кВ (рис. 3.15, б). Схема на рис. 3.15, б позволяет осуществлять форсировку мощности батареи шунтированием выключателем части последовательных рядов конденсаторов в фазе. В нулевых выводах батарей ставятся заградительные реакторы, ограничивающие броски тока при форсировке. На зажимах батареи устанавливаются измерительные трансформаторы напряжением 110 кВ, а на зажимах шунтируемой части — трансформаторы 35 кВ. Последние выполняют функции разрядных сопротивлений.

Схемы включения конденсаторных батарей 6—10 кВ разнообразны. На рис. 3.15, в дана схема регулируемой батареи. За счёт коммутации выключателями ее мощность ступенчато варьируется от 25 до 100 %.