Электрических подстанций
 Скачать 1.6 Mb.
|
|
МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Омский государственный технический университет» ОСНОВЫ СОСТАВЛЕНИЯ ГЛАВНЫХ СХЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОДСТАНЦИЙ Учебное пособие Омск Издательство ОмГТУ 2  019УДК 621.311.4(075) ББК 31.278я73 О-75 Авторы: М. Ю. Николаев, В. Н. Горюнов, С. Ю. Прусс, Е. В. Петрова, Е. Ю. Шепелева, Е. П. Жиленко Рецензенты: П. А. Катрич, к. т. н., начальник управления энергоинспекции ООО «Омская энергосбытовая компания»; А. А. Бубенчиков, к. т. н., директор ООО «ОмЭнергоАудит»
ISBN 978-5-8149-2856-6 Рассмотрена задача выбора оборудования электрических подстанций, включая выбор коммутационного оборудования, силовых трансформаторов, кабельных линий. Приведены варианты исходных данных для проектирования и примеры расчета. Учебное пособие предназначено для студентов направлений 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника», 13.03.03 «Энергетическое машиностроение», специальности 13.05.01 «Тепло- и электрообеспечение специальных технических систем и объектов» дневной, вечерней и заочной форм обучения. УДК 621.311.4(075) ББК 31.278я73 Печатается по решению редакционно-издательского совета Омского государственного технического университета
ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ Энергия во всех формах – основа обеспечения рациональных технологических условий жизнедеятельности и развития человечества, высокого уровня его экономического и социального благосостояния. С появлением трехфазного переменного тока началась новая эра человеческой цивилизации – эра повсеместного использования электрической энергиикак универсального энергоносителя, пригодного для практического использования фактически во всех сферах и производственных процессах человеческой деятельности. Благодаря своей абсолютной делимости, мгновенной передаче на большие расстояния и высокой эффективности использования электроэнергия наиболее удобна для удовлетворения производственных, бытовых, коммуникативных, социальных и других потребностей современного и будущего человеческого сообщества. В своем послании Федеральному собранию президент В.В. Путин, говоря о планах развития электроэнергетики, отметил: «Один из безусловных приоритетов ближайших лет – это электроэнергетика. Россия уже столкнулась с нехваткой мощностей для дальнейшего роста. Предстоит крупнейшая за последнее десятилетие структурная реформа. По сути, речь идет о второй масштабной электрификации страны. К 2020 году необходимо увеличить на две трети производство электроэнергии в России. Предстоит построить новые станции, модернизировать действующие, а также расширить сетевую инфраструктуру…». Одной из главных проблем, стоящих на пути развития энергетики и связанных с нею отраслей, является кадровый вопрос, и, чтобы реализовать эту программу, нужны квалифицированные специалисты для проектирования, строительства, модернизации и эксплуатации объектов энергетики. Реализация технологических процессов на любом промышленном предприятии связана с потреблением энергии, преимущественно электроэнергии. Преобразование энергии различных видов в электрическую осуществляется на электростанциях посредством синхронных генераторов. В зависимости от характера преобразуемой первичной энергии электростанции подразделяются на тепловые, гидроэлектростанции, атомные и другие. Для повышениянадежностииэкономичности электроснабжения предприятий и создания резервов мощности большинство электростанций объединяются в энергетические системы. Связь между отдельными электростанциями в энергосистемах, а также с потребителями осуществляется посредством электрических сетей, в состав которых входят электрические линии, трансформаторные подстанции(ТП) и распределительные устройства(РУ). В состав РУ входят коммутационные аппараты (выключатели, отделители, короткозамыкатели), комплекс токоведущих частей (проводов, шин) для приема и распределения энергии, а также устройства защиты, автоматики и измерения. Назначение РУ – прием и распределение электрической энергии. Конструктивно электрические сети подразделяются на воздушные и кабельные, а по уровню напряжения – на сети до 1000 В ивыше 1000 В.Электрические сети, к которым непосредственно подключены приемники электрической энергии, называются распределительными. Передача больших мощностей переменного тока на далекие расстояния требует сооружения линии электропередачи (ЛЭП) переменного напряжения до 1150 кВ. Именно такие уровни напряжения обеспечивают значительное уменьшение потерь электроэнергии при ее передаче. Генераторы электростанций обычно вырабатывают электрическую энергию напряжением 6–20 кВ. Повышение напряжения для требуемого значения при передаче на значительные расстояния и последующее его понижение до величин, необходимых для нормальной работы потребителей, осуществляется соответственно на повышающих и понижающих ТП. Любая система электроснабжения должна обеспечить: соответствие мощности применяемых трансформаторов и генераторов максимальной мощности потребителей, достаточную пропускную способность ЛЭП, бесперебойное электроснабжение при высоком качестве энергии, удобство в эксплуатации, безопасность и экономичность. Добиться полногосоответствия указанным, зачастую противоречивым, требованиям достаточно сложно. Поэтому задача проектирования систем электроснабжения в полном объеме с учетом всех многообразных условий решается соответствующими проектными и научно-исследователь-скими институтами. Наиболее распространенными напряжениями потребителей на промышленных предприятиях являются напряжения 380 В, 6 и 10 кВ. Поэтому один из возможных вариантов систем электроснабжения выглядит следующим образом. От электростанций посредством повышающих ТПиЛЭП 500 или 220 кВ электроэнергия подается на районную понижающую ТП, которая обеспечивает снижение напряжения до 35–110 кВ. На главной понижающей подстанции предприятия (ГПП) осуществляется дальнейшее уменьшение напряжения до уровня питания распределительных сетей 6 или 10 кВ, по кабельным линиям которых электроэнергия поступает на цеховые трансформаторные подстанции предприятия (ЦТП).Посредством ЦТП напряжение уменьшается до напряжения питания приемниковэлектроэнергии0,38 или 0,66 кВ. 1.СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 1.1. Определения, терминология Электроустановки – это электрические машины, аппараты, линии и вспомогательное оборудование (вместе с сооружениями и помещениями, в которых они установлены), предназначенные для производства, трансформации, передачи, распределения электрической энергии и преобразования ее в другой вид энергии. Электрические станции – это предприятия или установки, предназначенные для производства электроэнергии. Электрические подстанции – это электроустановки, предназначенные для преобразования и распределения электроэнергии. Система собственных нужд – это механизмы и установки, обеспечивающие нормальное функционирование электрической станции (дробилки, дымососы, мельничные вентиляторы и др.) или подстанции (освещение, обогрев и т.п.). Воздушная линия электропередачи – это устройство, предназначенное для передачи и распределения электроэнергии по проводам, расположенным на открытом воздухе и прикрепленным при помощи изоляторов и арматуры к опорам или кронштейнам и стойкам на инженерных сооружениях (мостах, путепроводах и т. п.). Кабельная линия – это линия для передачи электроэнергии или отдельных ее импульсов, состоящая из одного или нескольких параллельных кабелей с соединительными, стопорными и концевыми муфтами (заделками) и крепежными деталями. Токопровод – это устройство, предназначенное для передачи и распределения электроэнергии, состоящее из неизолированных или изолированных проводников и относящихся к ним изоляторов, защитных оболочек, ответвительных устройств, поддерживающих и опорных конструкций. В зависимости от вида проводников токопроводы подразделяются на гибкие и жесткие. Система сборных шин любой электрической установки – это комплекс токоведущих частей, предназначенных для приема и распределения электрической энергии. Распределительное устройство – это электроустановка, служащая для приема и распределения электроэнергии и содержащая коммутационные аппараты, сборные и соединительные шины, вспомогательные устройства, а также устройства релейной защиты, автоматики и измерительные приборы. Электрическая сеть – это совокупность электроустановок для передачи и распределения электрической энергии, состоящая из подстанций, распределительных устройств, токопроводов, воздушных и кабельных линий электропередачи, работающих на определенной территории. Приемник электрической энергии – это аппарат, агрегат, механизм, предназначенный для преобразования электрической энергии в другой вид энергии. Потребитель электрической энергии – это электроприемник или группа электроприемников, объединенных технологическим процессом и размещающихся на определенной территории. Энергетическая система (энергосистема) – это совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей, соединенных между собой и связанных общностью режима в непрерывном процессе производства, передачи, преобразования и распределения электрической и тепловой энергии при общем управлении этим режимом. Например, Омская энергосистема (ОАО«Территориальная генерирующая компания №11») включает тепловые электростанции (ТЭЦ-3, ТЭЦ-4, ТЭЦ-5), а также электрические связи (ЛЭП на 500 кВ) с Казахстаном, Новосибирской системой и Уралом. Таким образом, Омская система является частью объединенной энергосистемы России и СНГ с диспетчерским центром управления(ЦДУ), находящимся в Москве.  Электроэнергетическая система (рис. 1.1) – это электрическая часть энергосистемы и питающиеся от нее приемники электроэнергии, объединенные общностью процесса производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии. В данном случае энергосистему (рис. 1.1) обозначают одним кружком и называют источником питания (ИП). Рис. 1.1 Электроснабжением называется обеспечение потребителей электрической энергией. Система электроснабжения (СЭС) – это совокупность электроустановок для обеспечения потребителей электроэнергией. Это часть электроэнергетической системы, в которую входят устройства передачи и распределения электроэнергии ее приемникам (рис. 1.1):ППЭ – пункт приема электроэнергии от системы; ПС – питающая сеть; РС – распределительная сеть внутри предприятия; РП – распределительные пункты; ТП – цеховые трансформаторные подстанции. Ясно, что в СЭС не входят ИП и электроприемники (ЭП). Систему электроснабжения условно разделяют на две части, подсистемы, но принято их называть также системами: – система питания (внешнее электроснабжение); – система распределения (внутреннее электроснабжение). В систему питания (рис. 1.1) входят питающие сети. Это, как правило, воздушные линии электропередачи (ЛЭП) напряжением 35, 110, 220, 330 и 500 кВ. Например, часть электрических нагрузок Омского нефтезавода питается по кабельным линиям 35 кВ. ППЭ – это понижающая подстанция, на которой установлены трансформаторы с напряжением первичных обмоток, соответствующим напряжению питающей сети, а на вторичных обмотках –6 или 10 кВ, которое и подается в распределительную сеть. ППЭ часто ставят на территории предприятия как можно ближе к ЭП, тогдаэтаподстанция (и вся система питания) носит название подстанции глубокого ввода (ПГВ)(например, так сделано на ООО«Омсктехуглерод»,ПАО«Омскшина» и др.). Трансформаторы таких подстанций в большинстве случаев (за исключением особых) устанавливают открыто на улице, но распределительные устройства 6 или 10 кВ, как правило,– внутри помещений. Распределительные сети (РС) –кабельные линии 6–10 кВ, проложенные на территории объекта либо в земле, либо, что более перспективно, по воздуху на специальных устройствах – эстакадах. Кабельные линии подходят к цеховым подстанциям, где напряжение понижается до 380 В либо 660 В. Для питания ЭП напряжением 6–10 кВ сооружаются закрытые распределительные устройства (ЗРУ), задача которых питать ЭП напряжением 6 либо 10 кВ. Если распределительная сеть 10 кВ, а некоторые приемники имеют номинальное напряжение 6 кВ, то в таких случаях для этих ЭПустанавливают еще свои трансформаторы напряжением 10/6 кВ, т.е. понижающие от 10 до 6 кВ. Электрическая схема электроустановки – это графическое изображение порядка электрических соединений элементов оборудования с помощью условных символов в точном соответствии с действительностью. Масштабирование в электрических схемах обычно не применяется. Главная схема соединений электрических станций и подстанций (далее в тексте – главная схема) – это схема электрических и трансформаторных соединений между основными элементами, связанными с производством, преобразованием и распределением электроэнергии. На чертеже все элементы схемы изображаются условными символами (табл. 1.1). Анализируя главную схему, можно оценить надежность, маневренность, экономичность станции или подстанции. Главные схемы представляются обычно в однолинейном исполнении, т. е. показываются электрические соединения элементов схемы одной фазы (о наличии трех фаз можно обычно судить по схемам силовых трансформаторов Т, трансформаторов тока ТА, некоторых типов трансформаторов напряжения TV). Таблица 1.1 Условные графические обозначения элементов схем электроснабжения
Продолжение табл. 1.1
Окончание табл. 1.1
К элементам главной схемы относятся генераторы (для станций), трансформаторы, шины, провода, ЛЭП, разъединители, выключатели, реакторы, измерительные трансформаторы, а также некоторые электроприемники, соизмеримые по мощности с силовым оборудованием подстанции (например, двигатели, дуговые печи и т. д.). При проектировании СЭС должны быть выполнены три основных требования: – надежность, т.е. бесперебойность питания, особенно ЭП, наиболее ответственных в технологическом процессе предприятия, а также обеспечение соблюдения соответствующих стандартов качества электроэнергии, например величины напряжения, частоты переменного тока, формы кривой напряжения, симметрии по фазам трехфазных сетей и т.п. (всего таких показателей качес- тва – 10 основных и три дополнительных); – экономичность, под которой понимают минимум расчетных затрат на сооружение и эксплуатацию СЭС; – безопасность при эксплуатации, т.е. электробезопасность. 1.2. Принципы построения систем электроснабжения Построение СЭС осуществляется в соответствии с основными принципами: – максимальное приближение ИП к потребителю. Это следует понимать в том смысле, что наиболее высокое напряжение необходимомаксимально близко подводить к так называемому центру электрических нагрузок объекта, т. е. использовать систему глубоких вводов; – раздельная работа сетей и трансформаторов. Поскольку в большинстве случаев линии двухцепные, а подстанции двухтрансформаторные, нагрузка должна разделиться на две части и так работать в нормальном режиме. В случае выхода из строя одной цепи или одного трансформатора вся нагрузка переводится на другой трансформатор. Такой режим называют послеаварийным, поэтому при проектировании выбор линии и трансформаторов делают с учетом возможной (допустимой по стандарту) перегрузки в послеаварийном режиме; – глубокое секционирование всех звеньев системы. Это означает, что число секций (рис. 1.2) может быть больше двух; – выбор правильного режима работы. Здесь имеется в виду регулирование показателей качества электроэнергии на местах, компенсация реактивной мощности, параллельная работа трансформаторов и др. Схема радиального глубокого ввода (рис. 1.2), где W1, W2 – ЛЭП питающей сети с «глухим» подсоединением к трансформаторам ППЭ. Такое присоединение используется для коротких (до 6 км) ЛЭП;  Рис. 1.2 QS1, QS2 – разъединители – оперативный аппарат для видимого разрыва цепи; Т1, Т2 – трансформаторы ППЭ; Q1–Q8 – выключатели силовые напряжением 6–10 кВ; Т3 – однотрансформаторная цеховая подстанция 6–10 / 0,4 кВ; А1, А2 – автоматические выключатели на напряжение 380 В; М1, М2 – электроприемники (электродвигатели); I – II – обозначение номеров секций шин (две секции). 1.3.Основные этапы проектирования систем электроснабжения Известно, что строительство любого объекта начинается на бумаге, т. е. с проектной документации. Системы электроснабжения не исключение, здесь также все начинается с проектирования. Началом проектирования является получение технического задания от заказчика и технических условий (ТУ) электроснабжающей организациина подключение СЭС. В этих ТУ оговорены питающие напряжения, подстанция (или электростанция), к которой будет осуществлено подключение питающей сети, рекомендуемая коммутационная аппаратура на ППЭ, а также необходимые параметры для расчета токов короткого замыкания. В период обучения в вузе студенты проводят учебное проектирование (РГР, курсовые работы и проекты, дипломное проектирование). В целом проект СЭС (как и других объектов) состоит из трех основных частей: – пояснительной записки, в которой приводятся все расчеты, пояснения и инструкции; – графической части (чертежи, схемы); – сметно-финансовой части сметы расходов по отдельным статьям и итоговым данным. В учебном курсовом проектировании студенты делают только две первые части проекта: пояснительную записку и чертежи. Проектирование СЭС начинается с концасхемы (рис. 1.1), т.е. от электроприемников. Сначала определяютрасчетные электрические нагрузки, обсчитывая все ЭП до 1000 В и выше. Затем (по этим данным) выбирают цеховые ТП и РП, далее выбирают линии распределительной сети и все нагрузки сводят к шинам 6–10 кВ ППЭ, т.е. определяют нагрузку по заводу в целом, причем учитывают нагрузки освещения (цехов и территории предприятия), потери в цеховых трансформаторах и сети, компенсацию реактивной мощности. По этой нагрузке выбирают трансформаторы ППЭ, затем – ЛЭП питающей сети. После этого сверху опускаются вниз, выбирая аппаратуру, рассчитывая токи короткого замыкания в нужных точках сети, и проверяют выбранную аппаратуру и другие элементы сети в «ненормальных» режимах. Убедившись в том, что все элементы надежны, регулирование показателей качества электроэнергии предусмотрено, можно сделать заключение, что СЭС удовлетворяет всем основным требованиям. 1.4. Электрические схемы подстанций С развитием науки, технологий и даже политики принципиально меняются постановки и подходы к решению задач в технике. Это касается и схем распределительных устройств станций и подстанций. Если в этой области техникидо1960-х годов была тенденция к усложнению при повышении надежности, то теперь наблюдается упрощение схем при повышении надежности и удешевлении сметной стоимости подстанции. Рассмотрим историю развития наиболее распространенных схем подстанций и область их использования.  Рис. 1.3 Самой простой электрической схемой (рис. 1.3) является схема с одной несекционированной системой шин. Каждое присоединение подключается к шине через свой выключатель и разъединители. Работа этой схемы заключается в том, что источники работают на одну сборную шину, с которой питаются потребители. Достоинства: простота, наглядность, минимальные затраты на сооружение. Недостаток – низкая надежность, которая проявляется при аварийном или ремонтном режимах сборной шины или выключателя присоединения.  Рис. 1.4 Для повышения надежности сборную шину секционируют (рис. 1.4), т.е. делят на две части и более. Источники с потребителями распределяются равномерно по секциям. Такая схема широко применяется на распределительных устройствах (РУ) станций и подстанций напряжением до 10 кВ и напряжением до 220 кВ. Однако значительного снижения отключений при аварии или ремонте достигают при таком секционировании, когда число секций равно числу присоединений, что неэкономично. Производной от предыдущей является схема (рис. 1.5) с одной системой сборных шин, секционированной и соединенной в кольцо. Надежность такой схемы несколько выше рассмотренных ранее, и она применяется обычно на генераторном напряжении 6–10 кВ тепловых электростанций. Дальнейшее совершенствование одной системы сборных шин привело к добавлению к рабочей системе (рис. 1.6) дополнительной обходной системы шин. Так как каждое присоединение подключено к обходной системе через свой разъединитель, то при выводе в ремонт выключателя присоединения достаточно включить дополнительный обходной выключатель и обходной разъединитель, выключатель которого должен ремонтироваться, и отключить выводимый выключатель. Достоинство такой системы заключается в том, что ремонт выключателя любого присоединения может производиться без перерыва электроснабжения. Недостатки: необходима установка обходного и секционного выключателей; ремонт основной рабочей системы шин невозможен без отключения питания, короткое замыкание на рабочей системе шин приводит к отключению питания всех потребителей поврежденной секции, повреждение секционного выключателя приводит к потере питания потребителей обеих секций. Такая схема применяется при ограниченном числе присоединений в РУ среднего напряжения 110–220 кВ станций и подстанций.  Рис. 1.5  Рис. 1.6 Следующей, более совершенной, является схема (рис. 1.7) с двумя рабочими системами шин. Каждое присоединение имеет выключатель и два шинных разъединителя. Причем каждая система шин может быть секционирована, что зависит от количества присоединений. Преимуществом такой схемы является быстрое восстановление питания присоединений при коротком замыкании (КЗ) на шине путем переключения их на неповрежденную систему шин, а при секционировании каждой системы шин появляется оперативная гибкость, т. е. возможность произвольного разделения присоединений между системами шин. Недостаток: неизбежное усложнение схемы, вывод в ремонт выключателя присоединения вызывает кратковременное отключение питания этого присоединения. Схему с двумя системами сборных шин до 1960 г. принято было считать универсальной. В настоящее время она используется на станциях и подстанциях напряжением 110–220 кВ при большом числе присоединений.  Рис. 1.7 Последний недостаток схемы, приведенной на рис. 1.7, устраняется при добавлении к двум рабочим системам обходной системы шин (рис. 1.8). Важно отметить, что при высокой надежности на одно присоединение приходится один выключатель. Первая и вторая системы сборных шин постоянно находятся в работе, а питание и нагрузки распределяются между ними. Обе рабочие системы могут быть также секционированы при большом числе присоединений. Обходная система шин (нижняя на схеме) и обходные выключателивводятсявработупривыводевремонтвыключателей безперерывапитаниясоответствующихприсоединений.Областьиспользования этой схемы, как и предыдущей,– РУ станций и подстанций напряжением 110–220 кВ. Схема РУ (рис. 1.9) с двумя системами сборных шин и двумя выключа-телями на присоединение получила наибольшее распространение в США. В бывшем СССР по этой схеме выполнены несколько крупных станций. Достоинство – высокая надежность. Так как основную стоимость РУ составляют выключатели, то исключительно высокая стоимость является основным и существенным недостатком такой схемы. К тому же при коротком замыкании на шинах во время ремонта одной из систем шин произойдет полное отключение всех присоединений.  Рис. 1.8  Рис. 1.9 Сейчас распределительные устройства с двумя выключателями на каждое присоединение уступили место подобным устройствам, но с меньшим числом выключателей. Такой является схема РУ с тремя выключателями на два присоединения (рис. 1.10), иногда называемая полуторной схемой.  Рис. 1.10 Каждое присоединение подключается через два выключателя. В нормальном рабочем режиме все выключатели включены и обе системы шин находятся под напряжением. Достоинство схемы: при ревизии любого выключателя все присоединения остаются в работе. Вероятность отключения ветвей при ремонте выключателей и внешних замыканиях в этой схеме меньше. Недостатки: отключение поврежденного присоединения двумя выключателями увеличивает общее количество ремонтов выключателей, усложнение цепей релейной защиты и др. В настоящее время такие схемы используются в РУ напряжением 330–750 кВ на мощных электростанциях. Подобной (здесь не приведенной) является схема РУ с четырьмя выключателями на три присоединения. Она обладает такими же достоинствами, что и полуторная. Схемаприменяется в РУ напряжением 330–500 кВ мощных конденсационных (КЭС) и атомных (АЭС) электрических станций. На рис.1.11 изображена главная электрическая схема понижающей подстанции с одной системой сборных шин.  Рис. 1.11 Электрическая энергия напряжением U1 = 110 кВ (или 220 кВ) поступает по линии W1 и через включенные разъединители QS1, QS2, выключатель Q1 подается на обмотку высокого напряжения понижающего силового трансформатора Т1. От его обмотки низкого напряжения с U = 6 кВ (или 10 кВ) электроэнергия подается к потребителям: – через включенный разъединитель QS10 и защитный предохранитель F1 к трансформатору собственных нужд (ТСН) Т2, который обеспечивает потребности подстанции в электроэнергии (для работы приводов механизмов, электрических схем релейных защит и автоматики, освещения, обогрева и т.д.); – через включенные разъединители QS3, QS4 и выключатель Q2 к сборным шинам подстанции напряжением U2 = 6 или 10 кВ, от которой и происходит перераспределение энергии. От сборных шин питаются потребители P1, P2, P3, M1, M2 через соответствующие включенные коммутационные аппараты. Например, потребитель Р1 первого присоединения получает энергию через QS5, Q3, QS12, кабельную линию W2, понижающий силовой трансформатор цеховой подстанции Т3 (с U2 = 6 кВ или 10 кВ до напряжения U3 = 0,38 кВ или 0,66 кВ) и автоматический выключатель QF1. Электроприемниками потребителей P1, P2, P3 могут быть освещение, низковольтные двигатели механизмов, установки электролиза, электрические печи, сварочные аппараты и другие электроустановки промышленного назначения. Высоковольтные двигатели М1 и М2 питаются без понижающего силового трансформатора, непосредственно от шин с U2 = 6 или 10 кВ соответственно через QS7, Q5, QS14, W4 и QS8, Q6, QS15, W5. На всех уровнях напряжений производится измерение расхода электроэнергии, обеспечивается защита от повреждений и автоматическое управление электроустановками. В качестве датчиков используются измерительные трансформаторы тока, обозначенные на схеме символами ТА1–ТА8, и трансформатор напряжения TV1. Для защиты оборудования от перенапряжений устанавливаются разрядники FV1–FV3. Как вы уже, наверное, заметили, каждый из выключателей Q1–Q7 с обеих сторон подключен к разъединителям. Так делается всегда для того, чтобы можно было производить ремонт выключателя с видимым разрывом цепи при включенном смежном оборудовании (например, ремонт Q3, когда на сборных шинах подстанции присутствует напряжение U2, или ремонт Q1, когда линия W1 находится под напряжением U1, ведь от нее могут питаться и другие подстанции). Рассматриваемая подстанция является сложным «организмом», который при «заболевании» должен защищаться. На подстанции такие «заболевания» возможны как внутри (короткие замыкания, перегрузка и др.), так и снаружи (понижение или повышение напряжения, частоты и др.). Как любой организм борется с болезнями, так и всевозможные устройства релейной защиты (РЗ) и автоматики подстанции пытаются выявить и отключить поврежденный элемент, попробовать вновь включить, повысить напряжение на шинах потребителей и т.д. Применение устройств РЗ и автоматики является обязательным средством повышения надежности электроснабжения. Релейной защитой называется комплекс устройств, которые производят отключение поврежденных узлов или участков систем электроснабжения, а также обеспечивают локализацию аварии.К наиболее распространеннымсредствам автоматизации относятся устройства автоматического повторного включения (АПВ) и автоматического ввода резерва (АВР). Первое предназначено для восстановления питания потребителей по воздушным или кабельным линиям путем автоматического включения отключившихся выключателей. Подавляющая часть коротких замыканий (КЗ) в воздушных электрических сетях происходят из-за атмосферных перенапряжений, набросов, схлестываний проводов и т.п. Участок линии в этом случае отключается, оставаясь, посуществу, работоспособным. Для восстановления питания используется устройство, которое с выдержкой времени 0,5–3 с (определяется условиями защиты) производит АПВ. Если после отключения КЗ исчезло(оно называется неустойчивым), то после действия устройства АПВ (оно называется успешным и случается в 50–85% от общего числа срабатываний) линия остается в работе. Если же КЗ устойчивое, то действие устройства АПВ (в этом случае неуспешное) приводит вновь к действию РЗ, отключению линии и блокировке АПВ. После устранения повреждения и включения линии в работу устройство АПВ через 20 с автоматически вводится в работу. На устранение устойчивого КЗ обслуживающему персоналу требуется время, и для обеспечения бесперебойного питания некоторых ответственных потребителей используется устройство АВР, которое осуществляет переключение таких приемников на резервное питание по исправной линии электропередачи. Рассмотрим случай, когда произошло КЗ на кабельной линии W2. К месту повреждения потечет ток в десятки раз больше номинального, его обычно называют током КЗ, так как он протекает через ТА4, к которому подключены устройства РЗ. Защита сработает и подействует на механизм отключения выключателя Q3. Кабельная линия W2 обесточится. Естественно, потребитель этого присоединения также перестанет получать электроэнергию, но зато значительный ток КЗ не сможет больше воздействовать на здоровые элементы подстанции и энергосистемы, что позволяет сохранить их работоспособность. Если на рассматриваемом элементе установлено устройство АПВ, то через 0,5–3 с оно включит выключатель Q3. При условии исчезновения причины КЗ через это время, что вполне вероятно, питание потребителей восстановится. В противном случае РЗ опять даст сигнал Q3 на отключение, и, пока эксплуатационный персонал не устранит повреждение, нельзя включать Q3. Схема другой подстанции (рис. 1.12) с потребителями P1–P4, M1 имеет следующие отличия. Выключатели Q1–Q6 конструктивно выполнены на выкатных тележках и при массе каждого около полутонны могут свободно транспортироваться одним человеком на расстояния в пределах распределительного устройства (РУ). Поэтому для вывода в ремонт выключатель отключается и выкатывается из ячейки РУ. Так как видимый разрыв обеспечен (выключатель одновременно выполняет роль разъединителей, в связи с чем специальная их установка не требуется), можно производить необходимые работы. Вторая особенность: отсутствует выключатель на стороне высокого напряжения U1 подстанции, но появились другие коммутационные аппараты. Это короткозамыкатель QN1 и отделитель QR1. А работает эта система при возникновении КЗ в силовом трансформаторе Т1 следующим образом. При таком повреждении РЗ (на схеме не показана) питающей линии W1, установленная в «голове» линии, может не почувствовать такой ток КЗ, а РЗ трансформатора, подключенная к ТА2 и ТА4, должна обязательно сработать. Последняя подействует на QN1, который замкнется и сделает искусственное КЗ, сопровождающееся большим током, значительно превышающим ток при КЗ в трансформаторе. Релейная защита линии W1 такой ток КЗ почувствует и подаст сигнал на отключение своего выключателя (на схеме не показан). После его срабатывания в бестоковую паузу отключится QR1, а АПВ линии W1 вновь включит головной выключатель, и у других потребителей восстановится питание. Схема подстанции (рис. 1.13) отличается от предыдущих тем, что потребители P1–P4, M1, M2 питаются от силового трансформатора, выполненного с расщепленными обмотками низкого напряжения (т.е. имеются две обмотки низкого напряжения, обычно одинаковые по мощности). Это делается для того, чтобы при больших мощностях силовых трансформаторов ограничить ток КЗ. В противном случае трудно будет найти выключатель Q1, который будет способен отключить ток КЗ без физического разрушения своей конструкции. При проектировании систем электроснабжения необходимо учитывать категории потребителей электроэнергии. По степени надежности все потребители делятся на три категории.  Рис. 1.12  | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
SBN 978-5-8149-2856-6
