Схемы распределительных подстанций напряжением выше 1 кВ

Схемы распределительных подстанций напряжением выше 1 кВ

Рассмотрение схем электроснабжения напряжением выше 1 кВ целесообразно начать с изучения главных понизительных трансформаторных подстанций.

Главные понизительные подстанции включают в себя, кроме трансформаторов (Т), выключатели напряжением выше 1 кВ (Q), предохранители (F), отделители (QR), разъединители (QS), короткозамыкатели (QK), которые относятся к коммутационному оборудованию.

Элементы питающей сети.

При составлении схемы нужно четко различать два основных участка - питающую линию и распределительную сеть. Как правило, питание происходит за счет отдельных элементов, которым можно дать следующие определения:

Фидер - по сути, это и есть главная питающая линия, которая предназначена для поставки электроэнергии к распределительному устройству, магистрали или даже отдельному потребителю.

Магистраль - это транзитная линия, через которую передается электроэнергия другим распределительным пунктам или потребителям. Их присоединение может происходить в разных точках магистрали.

Ответвление - данный элемент представляет собой отходящую линию магистрали. Его назначение состоит в передаче электроэнергии группе потребителей или отдельному электроприемнику.

Все эти элементы являются составными частями питающей сети. Далее по схеме начинается распределительная сеть. Она имеет свои ответвления, особенности и, главное, свои способы распределения электроэнергии.

Выключатели — аппараты, с помощью которых электрические цепи включаются или отключаются при любых режимах работы.

Выключатели нагрузки — аппараты, с помощью которых можно включать и отключать только нагрузочные токи цепей, вплоть до номинального тока аппарата. Они не рассчитаны на отключение токов короткого замыкания.

Предохранители — аппараты, защищающие электрические цепи от превышающих, допустимых для данной электроустановки токов. Это аппараты одноразового действия, имеют по фазное исполнение.

Разъединители — аппараты, посредством которых создаются видимые разрывы в цепях при выводе оборудования в ремонт или снимается напряжение с обесточенных частей электроустановки. Разъединители отключают при незначительном токе в цепи или его отсутствии.

Отделители — аппараты, выполняющие автоматическое включение или отключение только обесточенных цепей. По существу это разъединители с дистанционным автоматическим управлением.

Короткозамыкатели — аппараты, предназначенные для создания искусственного короткого замыкания, когда последнее используется как сигнал к действию релейной защиты.

Схемы распределения электроэнергии.

Здесь выбор зачастую стоит между двумя основными типами распределения - радиальным или магистральным. Но на практике возможны комбинированные способы, тогда возникает смешанная схема распределения.

Радиальное электроснабжение. При такой схеме питание каждого потребителя происходит по независимой линии. То есть напрямую от питающего узла, отдельно от других электроприемников. Получается, что такие линии лучами расходятся из единого центра, образуя на схеме радиусы. Отсюда и возникает название - радиальное электроснабжение.

Данный способ организации распределительной сети удобен тем, что потребители не оказывают взаимного влияния друг на друга. Выход из строя или помехи на одной из линий не отразятся на работе сети в целом или их влияние будет минимальным. Еще один плюс радиальной схемы распределения состоит в том, что все электроприемники могут быть равноудалены от источника питания. Это дает равномерное распределение нагрузки.

Магистральное электроснабжение. Схема предусматривает передачу электрической энергии по одной или двум параллельным линиям. При этом потребители или распределительные пункты могут быть подсоединены к магистрали в различных ее точках. С экономической точки зрения такое решение имеет много преимуществ. Как минимум, результатом является экономия проводов и прочих материалов. Наиболее актуальна магистральная схема распределения электроэнергии в отношении потребителей, которые расположены близко друг к другу и в одном направлении от ввода или распределительного пункта. Из минусов можно отметить низкую степень надежности, поскольку выход из строя магистрали приводит к отключению целого ряда потребителей. В связи с этим магистральное электроснабжение подходит только для питания потребителей второй и третьей категории надежности.

Также не стоит объединять в одну магистральную цепочку токоприемники разного технологического назначения. К примеру, электродвигатели станков совместно с нагревательными приборами или насосное оборудование совместно с осветительными приборами. То есть разные группы должны питаться от разных магистралей.

Практическое применение.

Наиболее часто вопрос правильной организации схемы электроснабжения возникает на объектах с повышенными требованиями к надежности. Речь идет о потребителях первой и первой особой категории. К их числу относятся объекты коммерческого назначения, промышленные предприятия, медицинские учреждения и др. Здесь ключевым моментом становится резервирование питания, задействование системы автоматического ввода резерва, секционирование и установка источников бесперебойного питания.

На рис. 13.2, а приведена схема однотрансформаторной ГПП с выключателями на стороне напряжения выше 1 кВ (ВН). На стороне напряжения до 1 кВ (НН) ГПП на вводе трансформатора установлен выключатель в составе комплектного распределительного устройства (КРУ). Особенностью КРУ является то, что выключатель смонтирован на тележке, при выкатывании которой из ячейки выключателя размыкаются штепсельные разъемы, образуя видимый разрыв цепи, т. е. КРУ выполняет роль разъединителя. Для вывода в ремонт выключателя линии Q1 предусмотрены два разъединителя: QS1 и QS2.

При выводе в ремонт любая электроустановка должна быть отключена и со всех сторон, откуда может быть подано напряжение, обязательно заземлена. Для вывода в ремонт выключателя Q1 предусмотрены два стационарных заземления QSG1 и QSG2, выполненных в виде разъединителей. Для упрощения другие заземляющие разъединители в схеме не показаны.

Подстанций в электросистеме очень много. Основную стоимость коммутационных аппаратов составляют выключатели. Для удешевления схем ГПП на стороне напряжения выше 1 кВ вместо выключателя используют схему с отделителями и короткозамыкателями (рис. 13.2, б), что значительно удешевляет подстанцию.

Рассмотрим кратко работу коммутационного оборудования упрощенной подстанции при повреждении в трансформаторе.

В схемы с выключателями (см. рис. 13.2, а) устройство релейной защиты РЗ подаст сигналы на отключение Q1 и Q2 и трансформатор отключится со всех сторон.

В схеме с короткозамыкателями и отделителями (см. рис. 13.2, б) устройство РЗ подаст сигнал на включение короткозамыкателя QK, создастся искусственное короткое замыкание, ток которого протекает по трансформаторам тока ТАI и ТА2. Релейная защита выключателя 02 под действием тока короткого замыкания отключит этот выключатель, т. е. отключит цепь W1—Т от источника питания. При этом исчезнет ток и в ТА 1, что явится разрешающим сигналом на отключение отделителя QR, т. е. произойдет отключение трансформатора Т. После этого при необходимости линия W1 может быть вновь включена в работу выключателя Q2. Такая необходимость возникает, если отданной линии W1 питаются и другие подстанции.

Если других подстанций, питающихся от данной линии, нет, то в схеме ГПП можно исключить отделитель QR, но оставить короткозамыкатель QK (рис. 13.2, в). В этом случае при повреждении трансформатора под действием сигнала Р31 отключится выключатель Q1, включится короткозамыкатель QK и создаст ток короткого замыкания, под действием которого отключится с помощью Р32 выключатель Q2.

При длине линии 1—2 км сигнал на отключение Q2 можно подавать по телемеханической линии (рис. 13.2, г).

Однотрансформаторные подстанции имеют невысокую надежность, так как выход из строя любого элемента схемы вызывает перерыв электроснабжения. Для достижения приемлемой надежности в основном применяются двухтрансформаторные ГПП (рис. 13.3, а). Их схема, как правило, упрощенная с короткозамыкателями, отделителями и рабочей перемычкой на стороне ВН. При мощностях подстанции более 32 MBA используют трансформаторы с расщепленными обмотками (рис. 13.3, б), что позволяет в 2 раза снизить токи короткого замыкания на шинах РУ 6—10 кВ по сравнению со схемами с двухобмоточными трансформаторами.

Ремонтная перемычка дает возможность при выводе в ремонт одной из линий (Wl, W2) сохранить в работе два трансформатора, а при ремонте одного из трансформаторов — оставить в работе обе линии, что повышает надежность электроснабжения. Включение ремонтной перемычки может происходить автоматически отделителем с автоматическим приводом на включение. Это позволяет в процессе эксплуатации резервировать любые из двух линий или трансформаторов.

Подстанции с выключателями на ВН используются редко и там, где перерыв в электроснабжении по технологическим условиям должен быть минимальным.

Распределительный пункт (РП) служит для приема и распределения электрической энергии на том же напряжении (рис. 13.4), позволяет уменьшить число питающих линий, площадь их сечения и расходы на сооружение электрической сети. Изготовляют РП с одной секционированной системой шин. Секционирование может быть выполнено выключателем или, при пониженной надежности, разъединителем. Распределительные пункты предусматривают при числе отходящих линий не менее 8—10.

-Трансформаторные подстанции 6—10/0,4 кВ состоят из следующих обязательных частей: ввода ВН, трансформаторов и распределительных устройств НН.

При питании от радиальной линии ввод ВН трансформатора может присоединяться «глухо» (рис. 13.5, о). Схема называется блок «линия— трансформатор», а все коммутационные аппараты и защитные устройства устанавливаются в начале линии.

Для удобства проведения ремонтных работ на линии на вводе ВН могут устанавливаться разъединители QS (рис. 13.5, б). Часто разъединители заменяют штепсельными разъемами (рис. 13.5, в).

Если подстанция питается от магистральных линий, необходимо устанавливать защитную и коммутационную аппаратуру на вводах ВН на самой ТП (рис. 13.6). При этом, когда требуется включение тока нагрузки со стороны ВН вместо разъединителя QS (рис. 13.6, а) применяют выключатели нагрузки QW (рис. 13.6, б и в) и реже высоковольтные выключатели Q (рис. 13.6, г).

Схемы распределительных сетей 6—10 кВ. На небольших и средних судоремонтных заводах, а также на крупных судостроительных заводах второй ступени электроснабжения сети выполняют кабельными. Воздушные линии сооружаются на малозагруженных участках территории, обычно на периферии.

Радиальные схемы распределения электроэнергии применяются главным образом в случае расположения электропотребителей в разных направлениях от ГПП (ЦП).

На небольших предприятиях получили распространение одноступенчатые (рис. 13.7, а), на крупных — двухступенчатые (рис. 13.7, б) схемы электроснабжения, когда РП удешевляют систему электроснабжения в целом. При этом, как правило, для надежности используют секционирование всех звеньев электроснабжения применением двух и более секций ГПП, двух секций РП и т. д.

Для питания ЭП категории I обязательно, а для категории II желательно предусматривать двухтрансформаторные ТП (см. рис. 13.7, б) и каждый трансформатор должен питаться отдельной линией. Если преобладают ЭП II и III категорий, то нужно применять однотрансформаторные ТП и резерв питания осуществлять перемычкой с автоматическим или ручным управлением (см. рис. 13.7, а).

Магистральные схемы целесообразно использовать при распределенной нагрузке и упорядоченном расположении ТП. Такие схемы удобны при необходимости резервирования питания Пс и позволяют лучше загрузить кабели в нормальном режиме работы. На рис. 13.8, аиб приведены примеры магистральных сетей. К сдвоенной магистрали обычно подключают Пс общей мощностью до БМВ-А. Сдвоенная магистраль с двусторонним питанием характеризуется повышенной надежностью.

Схемы распределительных подстанций напряжением выше 1 кВ

На распределительных подстанциях напряжением 6 - 10 кВ наиболее часто применяются схемы с одной системой шин. От РП питаются трансформаторы, электродвигатели напряжением выше 1 кВ, электропечи и другие электроприемники напряжением выше 1 кВ.

При одиночной системе шин надежность питания повышается вследствие сокращения числа коммутационных операций и возможных при этом ошибок. Разъединители необходимы для снятия напряжения с выключателя на время его ревизии и ремонта.

Одиночные системы шин могут быть секционированные и несекционированные.

Секционированные схемы применяются для питания потребителей первой и второй категории. Число секций определяется схемой электроснабжения и характером подключенных электроприемников. Каждая секция РП питается отдельной линией. Если одна из питающих линий отключается и питаемая ею секция обесточивается, то питание секции восстанавливается путем включения секционного аппарата.

Схема распределительной подстанции с одной системой сборных шин, секционированная разъединителем, представлена на рис. 5.12. При применении секционных выключателей можно осуществить АВР.

На рис.5.13 представлена схема ответственной распределительной подстанции средней мощности, секционированной при помощи выключателя, с АВР на секционном выключателе напряжением 6-10 кВ и на секционном автомате напряжением 0,4 кВ вторичной стороны двухтрансформаторной подстанции, питаемой от разных секций РП.

Рис. Схема распределительной подстанции с одной системой сборных шин

Схема распределительной подстанции, секцонированой выключателем

На подстанции, питающей очень крупное предприятие, установлены автотрансформаторы.