Электрических подстанций
 Скачать 1.6 Mb.
|
|
U3=0,38кВ (0,66 кВ) Рис. 1.13 Потребители первой категории – потребители, нарушение электроснабжения которых может повлечь опасность для жизни людей, повреждение оборудования, привести к значительному экономическому ущербу, массовому браку продукции, расстройству сложного технического оборудования. К таким потребителям относятся, например, химические производства, ряд металлургических производств, площадки для зрелищных мероприятий, на которых присутствует большое количество людей, и т.д. Электроснабжение потребителей первой категории в любых случаях должно быть надежно обеспечено и при его нарушении автоматически восстановлено. В связи с чем электроприемники первой категории должны иметь два (или более) независимых источника питания, каждый из которых мог бы полностью обеспечить их электроснабжение в нужных количествах. Перерыв электроснабжения может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания. Потребители второй категории– потребители, нарушение электроснабжения которых может повлечь простой рабочих, механизмов, нарушение технологического процесса, нарушение нормальной жизни значительного числа городских и сельских жителей. Потребители второй категории могут иметь резервный источник электроснабжения, подключение которого осуществляется через некоторое время после отказа основного источника.При нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на вре- мя, необходимое для включения резервного питания силами дежурного пер-сонала. Потребители третьей категории – это неответственные потребители, которые не подходят под определения первой и второй категории. Например, вспомогательные цеха, небольшие поселки, небольшие односменные кустарные предприятия и т.д. Возможность использования резервного источника определяется из сопоставления материальных затрат на создание системы резервирования и ущерба от перерыва электроснабжения. Установление резерва целесообразно, если ущерб от перерыва электроснабжения превышает затраты на построение системы электроснабжения с резервированием. Приемники третьей категории резервным источником питания не обеспечиваются. Перерывы электроснабжения электроприемников третьей категории, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, не должны превышать одних суток. Cхемы электроснабжения (рис. 1.11–1.13) предназначены для приемников третьей категории. На рис.1.14 изображена подстанция с двумя питающими вводами, силовыми трансформаторами и секциями сборных шин. Такая конструкция подстанций отличается от предыдущих повышенной надежностью и может использоваться для электроснабжения потребителей первой и второй категорий.  Рис. 1.14 В нормальном режиме питание потребителей P1–P3, М1 первой секции производится от шины, получающей питание от W1, через Т1 и включенные Q1, Q3, а потребителей Р6–Р8, М2 второй секции – от W2 через Т2 и включенные Q2, Q4. При этом секционный выключатель QB обычно отключен (также для ограничения токов КЗ). При возникновении КЗ, например, в Т1 релейная защита отключает Q1 и Q3, потребители первой секции теряют питание. На выключателе QB обычно устанавливается устройство АВР. Оно срабатывает при отключении Q1, Q3 и исчезновении напряжения U2 на сборных шинах первой секции. В результате АВР обеспечивает электрическую связь между первой (обесточенной) и второй (под напряжением) секциями благодаря включению QB. Питание потребителей восстанавливается от исправного трансформатора Т2. Потребители Р4 и Р5 имеют АВР по напряжению U3 = 0,38 кВ (0,66 кВ), и поэтому, независимо от положения выключателя QB, они могут питаться как от первой системы шин, так и от второй. 2. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 2.1. Электрические аппараты Электрический аппарат– это электротехническое устройство, которое используется для включения и отключения электрических цепей, контроля, измерения, защиты установок, предназначенных для передачи, преобразования, распределения и потребления электрической энергии. Под электрическим аппаратом понимается широкий круг всевозможных устройств, применяемых в быту, промышленности и энергетике. Таким образом, учитывая многофункциональное назначение электрических аппаратов, объективно можно определить, что электрические аппараты – это средства для управления потоком электрической энергии. По номинальному напряжению электрические аппараты подразделяются на аппараты низкого напряжения(до 1000 В)и высокого напряжения (более 1000 В). В системах электроснабжения наибольшее распространение получили высоковольтные аппараты, которые по функциональному признаку можно разделить на следующие виды: – коммутационные аппараты (выключатели, выключатели нагрузки, разъединители, короткозамыкатели, отделители, предохранители); –измерительные аппараты (трансформаторы тока и напряжения, делители напряжения); –ограничивающие аппараты (реакторы, разрядники, нелинейные ограничители перенапряжений); –компенсирующие аппараты (управляемые и неуправляемые шунтирующие реакторы). Отдельную группу составляют контролирующие аппараты (реле, датчики), которые используются для контроля заданных электрических или неэлектрических параметров. У реле плавное изменение входной (контролируемой величины) вызывает при определенных значениях скачкообразное изменение выходной величины. Датчики преобразуютнепрерывно изменяющийся электрический или неэлектрический сигнал в изменение какой-либо электрической величины, являющейся выходной. Компенсирующие аппараты предназначены для компенсации избыточной зарядной мощности в режиме малых нагрузок, когда по линии электропередачи передается мощность меньше номинальной. Для достиженияэтой цели компенсирующие аппараты включаются между землей и токоведущими элементами. Значительно более обширный класс промышленных устройств охватывают электрические аппараты первых трех групп приведенной классификации. В связи с широким распространением в системах электроснабжения этих электрических аппаратов целесообразно охарактеризовать их подробнее. 2.1.1. Коммутационные аппараты Выключатели предназначены для включения и отключения токоведущих элементовэлектроэнергетических систем в нормальных (отключение рабочего тока) и аварийных (отключение тока короткого замыкания) режимах и тем самым для предотвращения аварий в электроэнергетических системах. Выключатели характеризуются следующими электрическими параметрами: Uном– номинальным напряжением; Iном– номинальным током; Iоткл. ном– номинальным током отключения; Sоткл.ном– номинальной мощностью отключения;Iвкл. ном– номинальным током включения; iпр. скв– предельным сквозным током; Iт– током термической стойкости; tс. в– собственным временем отключения; tо. в– временем отключения. По конструктивным особенностям и способу гашения дуги различают следующие виды выключателей: – масляные (многообъемные и малообъемные) для распределительных устройств (РУ) напряжением до 220 кВ включительно; – воздушные для РУ напряжением 110 кВ и выше (до 1150 кВ); – вакуумные на напряжение до 35 кВ включительно; – элегазовые для герметичных распределительных устройствидля наружной установки; – электромагнитные на напряжение 6 и 10 кВ; – тиристорные и другие. Обозначение выключателей: В – выключатель; В (вторая) – воздушный или вакуумный; ОА – для АЭС; Б – баковый; У – усиленный по скорости восстановления напряжения; М – масляный или маломасляный; М (вторая) – маломасляный (ВММ); Н – наружной установки; Г – генераторный или с горшковым исполнением полюсов (МГГ); П – подвесное исполнение полюсов, с пружинным приводом (ВПМП,ВМПП) или вариант исполнения(ВВТП); Э – электромагнитный или вариант исполнения (ВВТЭ); Э (второе) – с электромагнитным приводом; С – сейсмостойкий; К – колонковый (ВК,ВКЭ) или для КРУ; Т – трехполюсный (ВВТЭ,ВВТП); первое число – номинальное напряжение, киловольт (кВ); второе число – номинальный ток, ампер (А); третье число – номинальный ток отключения, килоампер (кА). Условноеобозначение,например,выключателя ВМПЭ–10–630–20расшифровываетсяследующимобразом:выключательмаломасляныйсподвеснымисполнением полюсов; Э – вариант исполнения, Uном=10 кВ, Iном=630 А, Iоткл. ном=20 кА. Выключатели нагрузки предназначены для отключения токов до 800 А. Кроме того, выключатели нагрузки применяются на тупиковых подстанциях небольшой мощности, в кольцевых линиях, когда применение выключателей оказывается неэкономичным. Существенно меньшие токи, отключаемые выключателями нагрузки, определяют значительное упрощение их конструкции и снижение массогабаритных показателей по сравнению с выключателями. Обозначение выключателей нагрузки: В – выключатель; Н – нагрузки; Р – с ручным приводом; П – с пружинным приводом; п – со встроенным предохранителем; у – с усиленной контактной системой; К – устройство комплектное; АГ – конструктивное исполнение; в числителе – номинальное напряжение, киловольт (кВ); в знаменателе – номинальный ток, ампер (А); третье число – номинальное значение периодической составляющей сквозного тока короткого замыкания, килоампер (кА); з – с заземляющими ножами, п – заземляющие ножи расположены за предохранителем. Условное обозначение, например, выключателя ВНРп–10/400–10з расшифровывается следующим образом: выключатель нагрузки с ручным приводом со встроенным предохранителем, Uном=10 кВ, Iном=400 А, Iскв=10 кА, c заземляющими ножами. Разъединители применяются для коммутации обесточенных с помощью выключателей участков токоведущих систем, для переключения присоединений распределительных устройств с одной ветви на другую без перерыва тока и для коммутации очень малых токов ненагруженных силовых трансформаторов и коротких линий. По конструктивному исполнению различают разъединители: –внутренней установки (РВ); –наружной установки (РН); –однополюсные (РВО); –двухколонковые, поворотного типа (РНД); –с заземляющим ножом (РНДЗ). Обозначение разъединителей:Р – разъединитель (рубящего типа, если Р стоит не вначале); В – или внутренней установки, или вертикально-поворотный (серия РНВ); Н – наружной установки; Л – линейный; О – однополюсный; Д – двухколонковый; К – коробчатого профиля; Ф – фигурное исполнение; З – с заземляющими ножами; У – усиленный; П – с поступательным движением главных ножей (серия РВП) или подвесной (серия РП, РПД); Т – телескопический (серия РТЗ); цифры 1 и 2, стоящие после точки или после первого дефиса, обозначают число заземляющих ножей; числа перед дробной чертой и за дробной чертой– соответственно номинальное напряжение, киловольт (кВ), и номинальный ток, ампер (А). Условное обозначение, например, разъединителя РЛНД.1-10/400 рас-шифровывается следующим образом: разъединитель линейный для наружной установки, с одним заземляющим ножом и двумя опорными изоляторами, Uном=10 кВ, Iном=400 А.Разъединитель РНДЗ-110/3200У1: разъединитель наружной установки двухколонковый с заземляющими ножами, напряжением 110 кВ и с номинальным током 3200 А, для умеренного климата, первая категория размещения. Отделители служат для отключения обесточенной цепи высокого напряжения за малое время (не более 0,1 с). Они похожи на разъединители, но снабжены быстродействующим приводом. Обозначение отделителя: О – отделитель; Д – двухколонковый; З – заземляющие ножи; цифры 1 и 2 после дефиса – число заземляющих ножей; Б – категория изоляции; в числителе – номинальное напряжение, киловольт (кВ), в знаменателе – номинальный ток, ампер (А). Условное обозначение, например, отделителя ОДЗ-1-110/1000 расшифровывается следующим образом: отделитель двухколонковый, с одним заземляющим ножом,Uном=110 кВ, Iном=1000 А. Короткозамыкательслужит для создания короткого замыкания в цепи высокого напряжения. По конструкции он сходен с заземляющим устройством разъединителя, но снабжен быстродействующим приводом. Обозначение короткозамыкателей: К или КЗ – короткозамыкатель; О – однополюсный;Р – рубящего типа;Н – наружной установки;М – модер-низированный; У или Б – усиленная изоляция; число после дефиса – номинальное напряжение, киловольт (кВ). Условное обозначение, например, короткозамыкателя КРН-35 расшифровывается следующим образом: короткозамыкатель рубящего типа, наружной установки, Uном=35 кВ. Предохранитель предназначен для отключения защищаемой цепи посредством расплавления и испарения специально предусмотренных для этого токоведущих элементов под действием тока, превышающего определенные значения, с последующим гашением возникшей электрической дуги. Плавкие предохранители высокого напряжения предназначены для защиты силовых трансформаторов, воздушных и кабельных линий, конденсаторов, электродвигателей и трансформаторов напряжения. Токоограничивающие предохранителис мелкозернистым наполнителем применяются на напряжение 3–35 кВ с номинальным током 2–1000 А и током отключения от 2,5 до 63 кА. Выхлопные предохранители переменного тока применяются на напряжение 6–220 кВ с номинальным током 2–200 А и током отключенияот 1,6 до20 кА. Обозначение предохранителей: П – предохранитель; К – кварцевый; В – вых-лопной; Т – для защиты силовых трансформаторов и линий; Н – для трансформаторов напряжения; цифры после букв обозначают конструктивные особенности предохранителей, после первого дефиса – номинальное напряжение (кВ) или наибольшее рабочее напряжение (для предохранителей климатического исполнения Т), номинальный ток предохранителя, номинальный ток отключения. Условное обозначение, например, предохранителя ПКТ101-24-2-12.5 расшифровывается следующим образом: предохранитель кварцевый для защиты силовых трансформаторов и линий с параметрамиUнаиб.раб=24 кВ, Iном=2А,Iоткл=12,5кА, Uном=20 кВ. 2.1.2. Измерительные трансформаторы тока и напряжения Измерительные трансформаторы тока (ТТ) и напряжения (ТН) используются для преобразования и передачи электрических сигналов из первичной (силовой) во вторичную (слаботочную) цепь. В результате цепи первичной коммутации (главного тока) изолируются от слаботочных цепей измерительных приборов, а измеряемые величины приобретают стандартные значения, удобные для измерения и безопасные для обслуживающего персонала. Так как слаботочная цепь используется для управления оборудованием силовой цепи, то выходные сигналы измерительных аппаратов подаются обычно на обмотки реле и измерительные приборы. Применяются ТТ и ТН при высоких напряжениях и больших токах, когда непосредственное включение в первичные цепи контрольно-измерительных приборов, реле и приборов автоматики невозможно технически или недопустимо по условиям безопасности обслуживающего персонала. Основное требование к измерительным трансформаторам – передача информации с минимально возможными искажениями. Наиболее распространенными являются электромагнитные ТТ и ТН, содержащие магнитопровод, первичную обмотку, включаемую непосредственно в цепь высокого напряжения последовательно ТТ либо параллельно ТН, и одну или несколько вторичных обмоток. Номинальный ток вторичных обмоток ТТ составляет обычно 5 А или 1 А, номинальное напряжение вторичных обмоток ТН обычно 100 В. 2.1.3.Токоограничивающие аппараты Токоограничивающие аппараты используются для ограничения токов короткого замыкания (реакторы) и перенапряжений (разрядники). Режимы короткого замыкания (значительное возрастание тока) и перенапряжения являются аварийными, поэтому указанные аппараты редко подвергаются наибольшим нагрузкам. Токоограничивающие реакторы представляют собой катушку индуктивности без сердечника, включаемую последовательно в токоведущую цепь. Реактор выбирается из условия ограничения тока КЗ в цепях 6–10 кВ до уровня, при котором обеспечивается динамическая и термическая стойкость коммутационных аппаратов (когда их параметры недостаточны для работы без реакторов), а также термическая стойкость защищаемых кабелей. При малых токах (вплоть до номинального) падение напряжения на реакторе обычно не превышает 3–10 % номинального напряжения. При КЗ на линии, защищаемой реактором, напряжение на соседней линии не должно быть меньше, чем на 25 %,по сравнению с доаварийным режимом. Разрядники служат для ограничения атмосферных и внутренних перенапряжений. Основным элементом разрядников является искровой промежуток, отделяющий токоведущий элемент установки от заземляющего контура. При перенапряжении происходит пробой искрового промежутка и срез волны перенапряжения. В функцию разрядника входит также гашение дуги сопровождающего тока, протекающего через искровой промежуток вслед за импульсным пробоем. В схеме защиты от перенапряжений применяют два вида разрядников: вентильные и трубчатые. Вентильные разрядникипредназначены для защиты от перенапряжений изоляции трансформаторов и аппаратуры напряжением выше 1 кВ подстанций. Трубчатые разрядникипредназначены для защиты линейной изоляции и являются вспомогательными в схемах защиты подстанций. 2.2. Силовые трансформаторы Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, имеющее две (или более) индуктивно связанные обмотки, предназначенные для преобразования одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную) систему переменного тока. Автотрансформатором называется трансформатор, в котором между обмотками высокого и среднего напряжений помимо индуктивной (магнитной) связи существует электрическая связь, а в обмотке низкого напряжения существует только индуктивная связь. По сравнению с трансформаторами автотрансформатор имеет следующие преимущества:более высокий КПД, меньшие размеры, расход активных материалов и более низкую стоимость. К недостаткам можно отнести необходимость одинаковой системы заземления нейтрали на высоком и среднем напряжении. Вторичные системы переменного тока в общем случае могут отличаться от первичной значениями напряжения и тока, числом фаз, частотой и т. д. В электротехнике наибольшее применение получили силовые трансформаторы, которые преобразовывают переменный ток с одной ступени напряжения на другую. При этом число фаз и частота остаются неизменными. В зависимости от назначения силовые трансформаторы подразделяются на силовые трансформаторы общего назначения и трансформаторы специального назначения. Первая группа силовых трансформаторов широко применяется в системах электроснабжения при передаче и распределении электроэнергии. Силовые трансформаторы (автотрансформаторы) характеризуются номинальной мощностью, номинальным напряжением, числом фаз, числом обмоток, схемой соединения обмоток и способом охлаждения. Всетрансформаторы выпускаются согласно стандартной шкале напряжений и стандартной шкале мощностей. По числу фаз трансформаторы разделяются на однофазные и трехфазные. По числу обмоток трансформаторы разделяются на двухобмоточные и трех-обмоточные. Кроме того, обмотка низшего напряжения может состоять из двух параллельных ветвей, изолированных друг от друга. Такие трансформаторы называются трансформаторами с расщепленной обмоткой и предназначены для ограничения токов КЗ. Обмотки высшего, среднего и низшего напряжения трехобмоточных трансформаторов принято обозначать соответственно ВН,СН,НН. Схема соединения обмоток трансформаторов может иметь несколько вариантов. Для однофазных двухобмоточных трансформаторов схема соединения обмоток обозначается 1/1 и имеет группу соединения 0 (группа соединения – это угол рассогласования между векторами линейных ЭДС первичной и вторичной обмоток). Обмотки трехфазных трансформаторов соединяются по схемам:звезды (Y), звезды с выведенной нулевой точкой (Yо ), треугольника () – и имеют группу соединения либо 0, либо 11. По способу охлаждения трансформаторы делятся на сухие и масляные. В сухих трансформаторах основной изоляцией является твердый диэлектрик, а охлаждающей средой воздух. В масляных трансформаторах основной изолирующей и теплоотводящей средой является трансформаторное масло. Обозначение трансформаторов: 1. Вид трансформатора: А – автотрансформатор; без обозначения – трансформатор. 2. Число фаз: О – однофазный; Т – трехфазный. 3. При наличии расщепленной обмотки низшего напряжения: Р – с расщепленной обмоткой. 4. Вид охлаждения: С – естественное воздушное; М – естественное масляное;Д – масляное с дутьем и с естественной циркуляцией масла; ДЦ – масляное с дутьем и с принудительной циркуляцией масла; МВ – масляно-водное с естественной циркуляцией масла; Ц– масляно-водяное с принудительной циркуляцией масла. 5. Число обмоток: Т – трехобмоточный; без обозначения – двухобмоточный. 6. Вид переключения ответвлений: Н – при выполнении одной из обмоток с устройством регулирования под напряжением (РПН); без обозначения – переключение без возбуждения (ПБВ). 7. Особенность исполнения: Г – грозоупорное; З – защищенное; У – усовершенствованное; Л – с литой изоляцией. 8. Область применения: Ж – для электрификации железных дорог; С–для собственных нужд электростанций; без обозначения – общепромышленного назначения. 9. Номинальная мощность, киловольт-ампер (кВ·А). 10. Класс напряжения, киловольт (кВ): обмотки ВН – для двухобмоточных трансформаторов; обмотки ВН и СН – для трехобмоточных трансфор-маторов. 11. Климатическое исполнение согласно стандарту. Обозначение автотрансформатора АТДЦТН-250000/220/110-У1 [4], приведенное в качестве примера, расшифровывается следующим образом: автотрансформатор трехфазный, с дутьем, с принудительной циркуляцией масла и воздуха, трехобмоточный, с устройством РПН, мощность – 250 000 кВА,напряжение обмотки: ВН – 220 кВ; СН – 110 кВ, для умеренного климата, первая категория размещения. ТРДНС-25000/35 – трехфазный, с расщеплен- ной обмоткой, с дутьем и с естественной циркуляцией масла, двухобмоточ- ный, с устройством РПН, для собственных нужд электростанций,мощность 25 000 кВА,напряжение обмотки:ВН – 35 кВ. 2.3. Кабельные линии электропередачи Для передачи электрической энергии используют воздушные или кабельные линии. Основным элементом воздушных линий являются провода, которые в большинстве случаев выполняются многопроволочными алюминиевыми, стальными и сталеалюминиевыми. Провода подвешивают (закрепляют) на фар-форовых или стеклянных изоляторах (для предотвращения короткого замыкания или пробоя между проводами), которые, в свою очередь, укрепляются на металлических, железобетонных (линии с напряжением свыше тысячи вольт) или деревянных (линии с напряжением до тысячи вольт) опорах. Воздушные линии относительно дешевы и прокладываются вдали от зданий и сооружений. В больших городах на территории промышленных предприятий преимущественно используют кабельные линии, так как они значительно безопасней воздушных и менее подвержены возможности повреждения. Кабельные линии дороже воздушных, но их применяют там, где по ряду обстоятельств воздушные линии использовать затруднительно (внутри зданий, на улицах городов, на территории промышленных предприятий и т.д.). Кабельной линией называется линия для передачи энергии или отдельных ее импульсов, состоящая из одного или нескольких параллельных кабелей. Кабелем называется многопроволочный провод или несколько скрученных вместе взаимоизолированных проводов (жил), помещенных в общую герметическую оболочку. Поверх оболочки могут быть наложены защитные покровы. Основные конструктивные элементы кабеля: 1) токопроводящие жилы; 2) изоляция; 3) защитные оболочки; 4) броня и защитные покровы. Токопроводящие жилыпредназначены для направления потоков электрической энергии в кабеле. Для большей гибкости при необходимости жилы изготавливаются не из одного проводника, а из нескольких, скрученных вместе. Материалом токоведущих жил является медь или алюминий. По числу жил различают кабели одно-, двух-, трех- и четырехжильные. Изоляция отделяет токопроводящие жилы друг от друга и от наружной металлической оболочки (если она имеется). В качестве изолирующего материала применяются: бумага, пропитанная компаундом; резина; пластмасса.Поверх изоляции кабель опрессовывается бесшовной оболочкой из алюминия или свинца, чтобы в изоляцию не попала влага. Для защиты от механических повреждений кабель покрывают броней из стальной ленты. |