Наиболее простым видом главной схемы, появившимся раньше других, является схема с одной несекционированной системой шин (рис. 2-1, а); достоинства схемы заключаются в крайней простоте, наглядности в натуре и минимальных затратах на сооружение РУ. Однако такая схема не обеспечивает достаточной надежности электроснабжения. Повреждение шин, шинных разъединителей или любого выключателя вызывает полное погашение всех присоединений. Ремонт шин требует прекращения электроснабжения всех потребителей. Ревизия любого выключателя также сопряжена с погашением его присоединения на все время работ.
Уменьшить объем погашений при одной системе шин возможно ее секционированием (рис. 2-1, б). Однако существенного уменьшения объема погашений в такой схеме во время аварий можно добиться только при глубоком ее секционировании, когда число секций равно числу присоединений.
Рис. 2-1. Одиночная система шин: а — несекционированная; б — секционированная; в — кольцевая; г — с обходным разъединителем
Рис. 2-2. Схемы мостиков; а— простого; б—с двумя разъединителями в перемычке; в— с тремя выключателями; г— двойного
Это делает схему неэкономичной, причем необходимость в погашении присоединений при ремонте их выключателей остается.
Замена части выключателей секционными разъединителями для удешевления секционированной схемы значительно понижает ее надежность и может быть допущена только на небольших малоответственных установках в тех случаях, когда определяющими являются ремонтные условия.
Повышение надежности схемы с одной системой шин может быть достигнуто превращением ее в кольцевую путем соединения между собой концов шин (рис. 2-1, в). Однако преимущества кольцевой схемы, заключающиеся в двустороннем питании присоединений, реализуются только при ее глубоком секционировании. Ревизия выключателя присоединения здесь также приводит к погашению этого присоединения на время ремонта.
Добавление обходного разъединителя /, который позволяет проводить ревизии выключателя присоединения без перерыва питания потребителей, повышает ремонтопригодность кольцевой схемы (рис. 2-1, г).
Обходной разъединитель может быть установлен на перемычке между соседними линиями (рис. 2-2, а), Получающаяся при этом схема мостика имеет заметно большую гибкость и ремонтопригодность, так как в ней возможна ревизия любого линейного выключателя без погашения присоединения, Чтобы ревизия разъединителя перемычки не требовала отключения обеих линий, достаточно последовательно с ним установить второй обходной разъединитель (рис. 2-2, б). Однако наилучшие результаты получаются при сочетании схемы мостика с секционированием сборных шин между присоединениями. Получающаяся при этом схема мостика с тремя выключателями (рис. 2-2, в) очень удобна для питания двухтрансформаторной подстанции транзитной линией, а также для вливания мощности небольшой двухагрегатной электростанции с блочной схемой.
Рис, 2-3. Схемы многоугольников: а — простого; б — связанных; в — с диагональной связью; г — со спаренными присоединениями
Схема двойного мостика (рис. 2-2, г) позволяет иметь лишнее присоединение на повышенном напряжении. Схемы рис. 2-2, в и г применяют при первой очереди строительства электростанции или при небольшом числе присоединений. Эти схемы достаточно экономичны, так как число выключателей в них на единицу меньше числа присоединений.
Стремление повысить экономичность кольцевой схемы и сохранить при этом их технические преимущества привело к созданию схем типа многоугольника. Как видно из рис. 2-3, а, схема многоугольника отличается от кольцевой отсутствием выключателей присоединений. В этой схеме выключатели устанавливаются в рассечке шин, замкнутых в кольцо. Присоединения подключаются к шинам между выключателями через разъединители. Таким образом, каждое присоединение оказывается подключенным к схеме сразу через два выключателя, которые при коммутациях присоединения должны включаться или отключаться оба. После отключения присоединения кольцо -окажется разомкнутым, и его можно вновь замкнуть только после отключения разъединителя присоединения. Число выключателей в многоугольнике равно числу присоединений, т. е. такое же, как и в несекционированном кольце, однако благодаря размещению выключателей в углах многоугольника схема обладает всеми преимуществами глубокосекционированной схемы. Другим преимуществом схемы многоугольника является небольшой объем погашений даже при самом тяжелом повреждении одного из выключателей (теряется не больше двух присоединений). Вывод в ревизию любого выключателя требует минимума операций и может быть произведен без нарушения работы присоединения.
К недостаткам схемы многоугольника относятся сложность релейной защиты присоединений и выбора трансформаторов тока, при котором следует предусмотреть возможность ремонта любого из трех выключателей общей цепочки.
Другим недостатком схемы является необходимость более частой ревизии выключателей, так как любое отключение короткого замыкания производится в ней сразу двумя выключателями.
Наконец, к серьезным затруднениям может привести короткое замыкание в период ревизии одного из выключателей, когда распад схемы на не связанные между собой части с большой вероятностью вызовет небаланс мощности (в части схемы будет недостаток или даже полное отсутствие источников питания, в то же время в другой части мощность не может быть использована).
Чтобы смягчить эти недостатки, ограничивают число присоединений, а следовательно, и число сторон многоугольника шестью; при большем числе присоединений их делят между двумя или даже, тремя связанными между собой многоугольниками (рис. 2-3, б). В некоторых случаях допускают число сторон многоугольника, больше шести, но осуществляют при этом диагональные связи (рис. 2-3, в).
Если возможно обеспечение резерва питания присоединений по сети, схема многоугольника может быть выполнена еще более экономичной путем спаривания присоединений (рис. 2-3, г). При этом число выключателей уменьшается вдвое, например в схеме квадрата возможно подключение восьми присоединений. При коротком замыкании на одном из присоединений временно отключаются оба, но питание неповрежденного может быть быстро восстановлено. При коротком замыкании на участке шин линейные присоединения должны получить резервное питание от сети. Разумеется, в этом случае генераторное присоединение будет отключено на все время восстановления поврежденных шин, что будет иметь место и в схемах с неспаренными присоединениями.
Спаренная схема может быть значительно улучшена при добавлении разъединителя (1 на рис. 2-3, г) между спариваемыми присоединениями. В этом случае любое из двух присоединений может отключаться и подключаться без временного отключения другого присоединения. Достаточно в случае отключения присоединения первым отключить разъединитель 1, а при подключении — включить этот разъединитель последним.
Рис. 2-4. Схемы треугольника (а) и квадрата (б)
Примерами простейших схем многоугольников служат схемы треугольника (рис. 2-4, а) и квадрата (рис. 2-4, б), которые могут с успехом применяться при малом числе присоединений.
Усовершенствованием схемы с одной системой шин является добавление к рабочей системе специальной обходной системы шин (рис. 2-5). Каждое присоединение при этом может быть подключено к обходной системе шин через свой обходной разъединитель, а сама обходная система связывается с рабочей при помощи обходного выключателя. Вывод в ремонт выключателя присоединения несложен и производится следующим образом: 1) включается обходной выключатель; 2) включается обходной разъединитель присоединения, выключатель которого должен ревизоваться; 3) отключается выключатель присоединения, и разбирается его схема. После наложения заземлений выключатель готов к ремонту.
Рис. 2-6. Двойная система шин
Схема с одной рабочей и одной обходной системами шин обладает достоинствами: ревизия любого выключателя может выполняться без перерыва работы присоединения; отсутствуют разъединители шинной развилки (исключаются ошибки персонала).
Рис. 2-5. Одиночная система шин с обходной шиной
Рис. 2-7. Схема с двумя основными и одной обходной системами шин
Рис. 2-8. Схема с двумя выключателями на цепь
Схема имеет следующие недостатки: необходима установка обходного и секционного выключателей; ревизия основной рабочей системы шин невозможна без погашения присоединений; короткое замыкание на рабочей системе шин приводит к погашению всех присоединений одной секции; повреждение секционного выключателя приводит к погашению всех присоединений обеих секций.
Естественным развитием схемы с одной системой шин является схема с двумя рабочими системами шин (рис. 2-6). Междушинный выключатель позволяет осуществлять произвольное разделение присоединений между системами шин, при этом создаются различные варианты эксплуатационных схем сети в зависимости от требований системы и условий работы электростанции. Секционные выключатели уменьшают объем погашений при коротких замыканиях на шинах.
Преимущества схемы с двумя рабочими системами шин заключаются, во-первых, в быстром восстановлении питания присоединений при коротком замыкании на одной из секций путем переключения их на неповрежденную систему шин и, во во-вторых, в облегчении ремонта шин и шинных разъединителей.
Ремонт выключателя присоединения возможен здесь только при установке съемных обходных перемычек и переводе действия релейной защиты присоединения на междушинный выключатель, который в этой схеме заменяет ревизуемый выключатель. Так как установка перемычек вместо выключателя производится при снятом с присоединения напряжении, подготовка выключателя к ремонту неизбежно вызывает перерыв в работе этого присоединения.
Этот недостаток может быть устранен добавлением к двум рабочим системам обходных шин (рис. 2-7). Получающаяся при этом схема с двумя основными и одной обходной системами шин с одним выключателем на цепь, обладая всеми достоинствами простой схемы с двумя системами, имеет более высокую ремонтопригодность.
Рис. 2-9. Схема с фиксированными присоединениями: трансформатор — шины (а); линия — шины (б)
За последние 20 лет она получила широкое распространение в нашей стране на мощных блочных станциях благодаря тому, что дает возможность ревизии любой системы шин и любого выключателя без перерыва работы присоединений, а также позволяет группировать эти присоединения произвольным образом.
Однако в современных условиях при повышении напряжений до 750—1150 кВ и возрастании единичных мощностей блоков до 1,2 ГВт, а отдельных станций до 4—6 ГВт эта система становится недостаточно надежной и экономичной. Большая потеря мощности (2—3 ГВт) при отказе любого вспомогательного выключателя 750 кВ и значительная стоимость установки этих выключателей (6—8 млн. руб.) ограничивают область применения схем с обходными шинами напряжениями 110—220 кВ [22].
Схема с двумя выключателями на цепь (двойная схема) представляет собой разновидность схемы с двумя системами шин (рис. 2-8). Повышение надежности и ремонтопригодность в ней достигается установкой последовательно с каждым разъединителем развилки выключателей.
Достоинства такой схемы состоят в легкости ремонтов любой системы шин и в возможности вывода выключателей в ремонт без операций разъединителями под током. Повреждение шин не приводит здесь к погашению присоединений.
Однако если короткое замыкание на шинах возникнет во время ревизии одной из систем шин, оно будет сопровождаться полным погашением всех присоединений.
К недостаткам двойной схемы надо отнести также необходимость в более частых ревизиях выключателей, поскольку повреждения на линиях отключаются сразу двумя выключателями. Но главным недостатком схемы является чрезмерная стоимость ее из-за большого числа выключателей и трансформаторов тока. Поэтому в настоящее время ее применение не рекомендуется.
Вариантом двойной схемы является схема с фиксированными присоединениями трансформатор—шины (рис. 2-9, а) или линия — шины (рис. 2-9, б). Вывод в ревизию любого выключателя здесь возможен без нарушения работы присоединений с минимумом переключений в схеме. Однако схема обладает и крупными недостатками: повреждение шин означает потерю блока или линии; повреждение линии отключается всеми выключателями
Рис. 2-10, Полуторная схема (а) и схема 4/3 (б)
(чаще ревизии выключателей); при числе присоединений, большем пяти, схема требует установки большого числа выключателей; ревизия шин требует погашения блока или отключения линии; повреждение системы шин во время ревизии другой системы приводит к полному погашению всей установки.
С учетом всех этих недостатков применение схем с фиксированными присоединениями допускается только при малом числе присоединений в отдельных редких случаях.
Для мощных блочных электростанций все более широкое применение получают полуторные схемы и схемы 4/3, а также схемы «чистых» блоков генератор—трансформатор—линия (Г—Т—Л).
Полуторная схема (рис. 2-10, а) имеет следующие преимущества: ревизия любого выключателя или системы шин производится без нарушения работы присоединений и с минимальным числом операций при выводе этих элементов в ремонт; разъединители используются только при ремонте (обеспечение видимого разрыва до элементов РУ, находящихся под напряжением); обе системы шин могут быть отключены одновременно без нарушения работы присоединений. Как видно, полуторная схема сочетает надежность схемы со сборными шинами с маневренностью схемы многоугольника.
К недостаткам полуторной схемы относят большое число выключателей и трансформаторов тока, усложнение релейной защиты присоединений и выбор выключателей и всего остального оборудования на удвоенные номинальные токи.
Повышенное число выключателей в полуторной схеме частично компенсируется отсутствием междушинных выключателей.
Схема 4/3 (рис. 2-10, б) сходна с полуторной, но более экономична, так как в ней приходится не на 1/2 выключателя на цепь больше, чем в схеме с двойной системой шин, а только на 1/3.
Схемы «чистого» блока Г—Т—Л применяются лишь при напряжениях 110—220 кВ и относительно малой длине блочных линий, так как в этих схемах плохо используются возможности блочных линий: их пропускная способность при напряжениях 330—750 кВ значительно превышает мощность блочных генераторов, а при остановке генератора в ремонт линия блока не может быть использована для уменьшения потерь в сети (рис. 2-11).
Рис. 2-11. «Чистые» блоки Г—Т—Л
Значительно лучше предложенная Л. И. Двоскиным схема Г—Т—Л с уравнительным многоугольником и обходной системой шин, в которой число выключателей больше числа присоединений только на единицу, а обходные шины и уравнительный многоугольник позволяют маневрировать линиями в нормальном режиме, при авариях и ремонтах, не допуская небалансов мощности и перерывов в работе присоединений [22]. Следует лишь отметить усложнение релейной защиты блочного трансформатора, присоединяемого к схеме тремя выключателями,
