Лекции для самоподготовки. Лекционный материал для самостоятельной подготовки заочного этапа по программе повышения квалификации Эксплуатация и ремонт электропривода, электрических сетей и электрооборудования объектов газораспределительных сетей
 Скачать 25.37 Mb.
|
|
Лекционный материал для самостоятельной подготовки заочного этапа по программе повышения квалификации «Эксплуатация и ремонт электропривода, электрических сетей и электрооборудования объектов газораспределительных сетей» Уфа 2014 Раздел 1. Электроснабжение объектов газораспределительных сетей Лектор доц. Калимгулов А.Р. 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СХЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 1.1. Основные термины и определения Электроснабжением называется обеспечение потребителей электроэнергией. Системой электроснабжения называется совокупность электроустановок, предназначенных для обеспечения потребителей электроэнергией [1]. Изображение системы электроснабжения с помощью условных графических обозначений называют схемой электроснабжения. Электроустановка – это совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования, предназначенных для производства, преобразования, передачи и распределения электрической энергии и преобразования ее в другие виды энергии. Электрическая сеть – это совокупность электроустановок для передачи и распределения электрической энергии. Электрическую сеть, обеспечивающую распределение электроэнергии между потребителями и электроприемниками. называют распределительной электрической сетью. Для электрических сетей разработан ряд номинальных напряжений: 0.38 кВ. 6 кВ, 10 кВ, 35 кВ, 110 кВ и т.д. Электрическая сеть одного напряжения содержит распределительные устройства и линии электропередач. Приемник электрической энергии (электроприемник) – это аппарат, агрегат и др., предназначенный для преобразования электрической энергии в другой вид энергии. Потребитель электрической энергии – это электроприемник или группа электроприемников, объединенных общим технологическим процессом и размещающихся на определенной территории. Нормальный режим потребителя электрической энергии – это режим, при котором обеспечиваются заданные значения параметров его работы. Послеаварийный режим – это режим, в котором находится потребитель электрической энергии в результате нарушения в системе его электроснабжения до установления нормального режима после ликвидации отказа. Самый характерный послеаварийный режим – это режим, наступающий после аварийного отключения одного из трансформаторов КТП и включения секционного автоматического выключателя. Или режим, наступающий после аварийного отключения одного из трансформаторов ГПП и включения секционного выключателя в ЗРУ-6(10) кВ. Независимый источник питания – источник, на котором сохраняется напряжение в послеаварийном режиме в регламентированных пределах при его исчезновении на другом источнике питания. К числу независимых источников питания относятся две секции или две системы шин одной или двух электростанций и подстанций при одновременном соблюдении следующих двух условий:
Схемы электроснабжения промышленных предприятий определяются мощностью потребителей, их расположением на территории предприятия, требуемой надежностью электроснабжения, а также расположением и напряжением источников питания. Систему электроснабжения промышленного предприятия принято делить на внешнее и внутреннее электроснабжение. Термины «внешнее» и «внутреннее» электроснабжение введены в ПУЭ (п. 1.2.11) [1]. К системе внешнего электроснабжения промышленного предприятия принято относить питающие линии электропередачи напряжением 35-220 кВ от источников питания к приемным подстанциям предприятия и сами приемные подстанции, называемые главными понижающими подстанциями (ГПП). Система внешнего электроснабжения содержит линии электропередачи (ЛЭП) напряжением 35, 110 или 220 кВ, открытое распределительное устройство 35-220 кВ силовые трансформаторы ГПП, питающие линии напряжением 6(10) кВ от районной подстанции (от ГПП) до технологического ЗРУ-6(10) кВ. К системе внутреннего электроснабжения относят воздушные и кабельные линии электрической распределительной сети предприятия вместе с распределительными пунктами и внутренними подстанциями. Система внутреннего электроснабжения содержит распределительные устройства 6(10) кВ, кабельные линии 6(10) кВ распределительной сети, вдольтрассовые воздушные линии, трансформаторы комплектных трансформаторных подстанций (КТП) 6(10)/0,4 кВ, распределительную сеть напряжением 0,4 кВ. Распределительным устройством (РУ) называется электроустановка, служащая для приема и распределения электроэнергии и содержащая коммутационные аппараты, сборные и соединительные шины, вспомогательные устройства (компрессорные, аккумуляторные и др.), а также устройства защиты, автоматики и измерительные приборы [1.2] . Открытым распределительным устройством (ОРУ) называется РУ, все или основное оборудование которого расположено на открытом воздухе. Закрытым распределительным устройством (ЗРУ) называется РУ, оборудование которого расположено в здании. Комплектным распределительным устройством называется РУ, состоящее из полностью или частично закрытых шкафов или блоков со встроенными в них аппаратами, устройствами защиты и автоматики, поставляемое в собранном или полностью подготовленном для сборки виде. Комплектное распределительное устройство, предназначенное для внутренней установки, сокращенно обозначается КРУ. Комплектное распределительное устройство, предназначенное для наружной установки, сокращенно обозначается КРУН. Подстанцией называется электроустановка, служащая для преобразования и распределения электроэнергии и состоящая из трансформаторов или других преобразователей энергии, распределительных устройств, устройств управления и вспомогательных сооружений. В зависимости от преобладания той или иной функции подстанций они называются трансформаторными или преобразовательными (ПУЭ, 4.2.4) [1]. Главная понижающая подстанция (ГПП) – подстанция, сооружаемая вблизи предприятия и предназначенная для приема электроэнергии из сети энергосистемы и понижения напряжения до уровня распределительной сети предприятия. Если ГПП сооружается вблизи одного компактного потребителя, то ее называют подстанцией глубокого ввода (ПГВ). Комплектной трансформаторной подстанцией (КТП) называется подстанция, состоящая из трансформаторов и блоков (КРУ или КРУН и других элементов), поставляемых в собранном или полностью подготовленном для сборки виде. Комплектные трансформаторные подстанции или части их, устанавливаемые в закрытом помещении, относятся к внутренним установкам, устанавливаемые на открытом воздухе, — к наружным установкам (ПУЭ, 4.2.8) [1]. 1.2. Основные требования к системам электроснабжения промышленных предприятий Требования, предъявляемые к системе электроснабжения промышленных предприятий, в том числе и объектов магистральных нефтепроводов, многообразны и зависят от характера производства, от потребляемой мощности, от территориального расположения нагрузок, от агрессивности окружающей (внешней) среды, от возможного ущерба при аварийных перерывах электроснабжения и других факторов. В общем случае к системе электроснабжения предъявляются следующие основные требования [3]. 1. Обеспечение требуемой бесперебойности и надежности электроснабжения. 2. Обеспечение качества электрической энергии в соответствии с нормативными документами, как в нормальном режиме, так и в послеаварийном. 3. Экономичность. 1.4. Типовые решения внешнего электроснабжения при напряжениях 35 и 110 кВ Типовые решения внешнего электроснабжения при напряжениях 35 и 110 кВ основаны на типовых схемах понизительных подстанций. Понизительные подстанции выполняются, как правило, тупикового типа и рассчитаны в основном на питание только объектов МН. Принципиальные схемы подстанций могут быть различными. Разработаны типовые проекты подстанций 35-110-220/6(10) кВ промышленных предприятий, которые были введены в 1997 г [7, 8] Типовые схемы понижающих подстанций обычно двухтрансформаторные. Наибольшее распространение получили блочные и мостиковые схемы. Различаются они по виду перемычки между вводами трансформаторов на стороне высшего напряжения: в блочных схемах перемычка неавтоматическая (без выключателя в перемычке), в мостиковых схемах – автоматическая (с выключателем в перемычке). Блочные схемы имеют номер «4» и в зависимости от способа присоединения трансформаторов к сети высшего напряжения обозначаются «4» или «4Н». При этом в зависимости от величины высшего напряжения блочные подстанции могут быть типов «35-4» или «110-4», «35-4Н» или «110-4Н». Мостиковые схемы имеют номер «5» и в зависимости от способа присоединения трансформаторов к сети высшего напряжения и способа включения автоматической перемычки обозначаются «5», «5Н» или «5АН». При этом в зависимости от величины высшего напряжения блочные подстанции могут быть типов «35-5», «35-5А», «35-5АН» или «110-5», «110-5А», «110-5АН». При мощности трансформаторов до 16 МВА применяются, в основном, подстанции 35-110/6(10) кВ с двухобмоточными трансформаторами. Одним из первых проектных решений для таких подстанций были подстанции типа 35-4 и 110-4, выполненные по упрощенной блочной схеме без выключателей на стороне высшего напряжения с неавтоматической (ремонтной) перемычкой на стороне высшего напряжения. Подстанции типа «35(110)-4» содержат два блока с отделителями (ОД) и короткозамыкателями (КЗ) и неавтоматическую ремонтную перемычку c разъединителями QS со стороны питающих линий Л1 и Л2 (рисунок 1.1). На подстанции энергосистемы ЭС в «голове» питающих линий установлены выключатели Q1 и Q2.  Рисунок 1.1. Схема главных соединений подстанции типа «110-4» Отключение КЗ в трансформаторах подстанций типа 35-4 и 110-4 производится выключателями Q1 и Q2 в голове питающих линий. Релейная защита питающих линий на подстанции энергосистемы вследствие не достаточной чувствительности может не срабатывать при коротких замыканиях внутри трансформаторов Т1 и Т2. Поэтому при коротких замыканиях в трансформаторах срабатывает релейная защита трансформаторов и действует на включение короткозамыкателей КЗ. При включении короткозамыкателя ток короткого замыкания резко возрастает и срабатывает релейная защита в голове линии и действует на отключение выключателей Q1 или Q2. После отключения выключателя Q1 или Q2 ток в короткозамыкателе КЗ прекращается и в возникшую безтоковую паузу устройства автоматики производят отключение отделителя ОД. Выключатели Q1 и Q2 включаются снова устройствами автоматического повторного включения (АПВ). Если отключение отделителя в безтоковую паузу произошло успешно, питание других потребителей по линиям Л1 и Л2 восстанавливается. Схемы подстанций без выключателей на стороне высшего напряжения применяются при мощности трансформаторов до 25 МВА для тупиковых или ответвительных подстанций в тех случаях, когда либо нет возможности укомплектовать схему выключателями, либо когда требуется завершить сооружение подстанции в кратчайшие сроки. Простота конструкции и относительная дешевизна КЗ и ОД по сравнению с выключателями позволила в 60-е - 80-е годы прошлого столетия обеспечить строительство большого числа подстанций в короткие сроки. В настоящее время, начиная с 1997 года, такие подстанции не рекомендуется применять в следующих случаях [4]: 1) в зонах холодного климата по ГОСТ 15150-69 и в особо гололедных районах; 2) на подстанциях транспорта и добычи нефти и газа. 3) когда действие короткозамыкателей приводит к выпадению из синхронизма синхронных двигателей (СД) у потребителя или нарушению технологических процессов. Такие подстанции имеют ряд недостатков. Искусственно создаваемое короткое замыкание резко увеличивает общую продолжительность наиболее тяжелых условий работы коммутационных аппаратов на питающих линиях и смежных линиях на подстанциях. Такие подстанции имеют низкую надежность из-за повышенной вероятности отказа отделителей и короткозамыкателей в условиях неблагоприятного влияния окружающей среды (снег, примерзание контактов и т.п.). Подпитка места короткого замыкания от СД в таких схемах может привести к отказу автоматики отделителя из-за отсутствия безтоковой паузы. Это возможно, например, при коротком замыкании в обмотке трансформатора в случае отказа или при задержке срабатывания защиты от потери питания (ЗПП) на вводе технологического ЗРУ-6(10) кВ. В этом случае вводной выключатель технологического ЗРУ – 6(10) кВ не отключается до срабатывания ЗПП. При этом синхронные электродвигатели остаются подключенными к сети и подпитывают точку короткого замыкания. После отключения линии с аварийным трансформатором выключателем в голове линии электрическая дуга в месте короткого замыкания внутри трансформатора может погаснуть, однако в цепи короткозамыкателя будет протекать ток подпитки от СД и безтоковая фаза не наступает. При этом отделитель не отключается схемой автоматики и при включении выключателя в голове линии 35(110) кВ происходит включение выключателя Q1(Q2) на короткое замыкание. В результате имеет место неуспешное АПВ и линия 35(110) кВ повторно отключается защитой, но уже без АПВ. При этом предприятие будет получать питание только по одному вводу, на длительное время теряя второй независимый источник питания. Более надежны подстанции с выключателями на стороне высокого напряжения. На рисунке 1.2 приведена блочная схема типа «4Н». Такая схема содержит два блока линия-трансформатор с выключателями Q1 и Q2 и неавтоматическую перемычку с разъединителями QS со стороны линий. Применяются такие схемы для тупиковых и ответвительных ПС 35(110) кВ вместо схемы №4, в случаях, когда использование схемы №4 не рекомендуется.  Рисунок 1.2 - Схема подстанции типа «110 – 4Н» Схемы типа «35-4» и особенно «110-4» получили широкое распространение. По сравнению с мостиковыми схемами типов «35(110)-5А» и «35(110)-5АН» блочные схемы проще и дешевле. Недостаток схем №4 по сравнению с мостиковыми – сложнее процедура оперативных переключений при выводе в ремонт одного из трансформаторов (при сохранении в работе обеих линий) или вывод в ремонт одной из линии 35(110) кВ (при сохранении в работе обоих трансформаторов). Простейшая мостиковая схема подстанции приведена на рисунке 1.3.  Рисунок 1.3 - Схема ПС 110-5 - мостик с выключателем в перемычке и отделителями в цепях трансформаторов Это схема типа «110-5» – мостиковая схема с выключателем Q1,2 в перемычке и отделителями ОД в цепях трансформаторов. Находит применение в сетях промышленных предприятий при мощности трансформаторов до 25 МВА включительно. Имеет такие же ограничения по области применения, что и схемы типа «35(110) - 4». Более совершенными, надежными и маневренными являются мостиковые схемы с автоматической перемычкой. На рисунке 1.4. приведена схема 5Н («типа 110-5Н») – мостик с выключателями Q1, Q2 и неавтоматической перемычкой QS со стороны трансформаторов и автоматической перемычкой Q1,2 в цепи линий. Такая схема при отключении одного из трансформаторов позволяет оставить в работе обе линии (АВР линии).  Рисунок 1.4 - Схема подстанции типа «110 – 5Н» с выключателем со стороны трансформаторов На рисунке 1.5. приведена схема 5АН (типа «110-5АН») – Мостик с выключателями в цепях линий и автоматической перемычкой со стороны трансформаторов. При отключении одной из ВЛ такая схема позволяет оставить в работе оба трансформатора в автоматическом режиме (АВР трансформатора).  Рисунок 1.5 - Схема подстанции типа «110 – 5АН» с выключателем со стороны линий Мостиковые схемы применяются при мощности трансформаторов до 63 МВА включительно. При напряжении 110 кВ кроме автоматической перемычки согласно РТМ [7] должна, как правило, предусматривается ремонтная неавтоматическая перемычка Мостиковые схемы 5А и 5АН применяются вместо схемы 5 в оговоренных выше случаях. При необходимости секционирования сети (питающих линий 35(110) кВ) на данной подстанции предпочтительнее применить схему 5АН. Наличие двух перемычек автоматической А (с выключателем Q1,2) и неавтоматической Н (с разъединителями QS) в схемах 5Н и 5АН повышает гибкость схем и повышает безопасность оперативных переключений при выводе в ремонт трансформаторов и линий 35(110) кВ. Кроме того наличие автоматической перемычки позволяет организовать быстродействующее устройства АВР на стороне 110 кВ. 1.5. Ограничение токов короткого замыкания в сети 6(10) кВ Мощности трансформаторов ГПП могут быть до 63 МВА. При таких больших мощностях трансформаторов возникает проблема ограничения токов короткого замыкания (КЗ). Для ограничения токов применяются: токоограничивающие реакторы, трансформаторы с расщепленными обмотками и сдвоенные ректоры с секционированием шин технологического ЗРУ на четыре секции шин. Ограничение токов КЗ применяется либо для снижения токов КЗ до номинального тока отключения коммутационных аппаратов, либо для снижения токов КЗ до допустимого значения по условиям термической стойкости кабельных линий При коротких замыканиях в сети 6(10) кВ ток КЗ определяется суммой двух составляющих: тока КЗ от питающей энергосистемы и тока подпитки от высоковольтных электродвигателей, которые при КЗ, вращаясь по инерции, переходят в генераторный режим и посылают ток в точку КЗ. Приближенно ток, посылаемый электродвигателями в точку КЗ, может быть принят равным его пусковому току. Ток КЗ от питающей энергосистемы зависит от мощности (эквивалентного сопротивления) системы, длины воздушных линий 35(110) кВ и мощности понизительного трансформаторов 35(110)/6(10) кВ. При мощности трансформаторов 25 МВА и более ток КЗ от системы может превышать допустимые для выключателей и кабельных линий значения. Рассмотрим типовые решения в схемах электроснабжения для ограничения токов КЗ. |