Электрические сети промышленных предприятий - Трансформаторные подстанции 6—10 кВ промышленных предприятий

3. ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ПОДСТАНЦИИ 6—10 кВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ И ИХ ОБСЛУЖИВАНИЕ

Трансформаторная подстанция 6—10 кВ состоит из трех разделенных перегородками помещений, каждое из которых имеет выход наружу:
распределительного устройства 6—10 кВ (РУ 6— 10 кВ);
камеры силовых трансформаторов 6—10; 0,4— 0,69 кВ;
распределительного устройства 0,4—0,69 кВ, По схеме устройства ТП могут быть без РУ 6—10 кВ. По условиям размещения ТП разделяют на подстанции наружной установки; пристроенные к стене здания цеха; встроенные в здание цеха; внутрицеховые; открытые; огражденные. По каждому виду ТП в ПУЭ (гл. 4.2) приведены основные требования к их устройству. По конструкции ТП разделяют на: отдельностоящие, в кирпичном или железобетонном здании, в котором устанавливают отдельно поставляемые и монтируемые на месте элементы оборудования и детали их крепления;
комплектные, полной заводской готовности для внутренней установки (КТП);
комплектные, полной заводской готовности для наружной установки (КТПН);
смешанные комплектные, в которых РУ 6—10 кВ полной заводской готовности (КРУН) размещают на открытом воздухе вместе с трансформаторами, а РУ 0,4—0,6 кВ, также комплектные, размещают в закрытом помещении;
блочные, полносборные (КТПБ), называемые также «объемными», для наружной установки. Строительная часть КТПБ состоит из отдельных металлических или железобетонных блоков, в которых на заводе-изготовителе блоков выполняется монтаж всего электрооборудования ТП. КТПБ поставляют на место установки блоками полной заводской готовности, где с помощью автокранов производят их сборку (рис. 4).
Технический прогресс в сооружении ТП 6—10 кВ, так же как и ТП 35/10 кВ и 110/10 кВ, характеризуется отходом от сооружения ТП с трудоемким монтажом оборудования, поставляемого на место установки россыпью, и переходом к применению комплектных и блочно-полносборных ТП полной заводской готовности.

Рис. 4. Монтаж блочной полносборной подстанции
Распределительные устройства 6—10кВ применяют в настоящее время преимущественно комплектные, полной заводской готовности следующих типов:
серии КРУ для внутренней установки, состоящие из отдельных камер с маломасляными выключателями, установленными на выкатных тележках (рис. 5). Верхними штепсельными разъединителями 1 выключатель подключается к сборным шинам 6—10 кВ и нижними — к шинам 6—10 кВ для подключения наконечников жил отходящих от РУ кабелей. Предусмотрена блокировка, исключающая возможность выкатки тележки при включенном выключателе.

Рис. 5. Выключатель ВМП-10к на выкатной тележке: 1 — штепсельные разъединители: 2 — ВМП-10к: 3 —опорные изоляторы: 4 —  тяги привода ВМП: 5 — маховик; 6 — корпус тележки
В последнее время находят широкое применение малогабаритные КРУ серии КМ-1, имеющие модификацию КМ-1ф, в которой токоведущие части защищены фарфоровыми трубками. Масса КМ-1 на 30 % меньше массы обычных типов КРУ, что имеет существенное значение для применения их в комплектных полносборных ТП;
камеры КСО 6—10 кВ (рис. 6) имеют стационарно установленные маломасляные выключатели, разъединители в металлическом каркасе с передними сетчатыми дверями. Камеры КСО имеют одностороннее обслуживание и устанавливают прислонно к стене в помещении РУ. Предусмотрена блокировка, допускающая открывание сетчатой двери выключателя только при отключенных верхнем (шинном) и нижнем (линейном) разъединителях;

Рис. 6. Камера серии КСО:
1 — сборные шины; 2 — шинный разъединитель; 8 — масляный выключатель; 4 — разъединитель ввода или отходящей линии; 5— привод
малогабаритные камеры КСОМ, в которых устанавливают выключатели нагрузки с предохранителями высокого напряжения или без них; применяются в ТП с трансформаторами мощностью не более 1000 кВ-А.
Более подробно о распределительных устройствах приведено в [6].
Центральные распределительные пункты. На крупных энергоемких предприятиях проектом электроснабжения предусматривается один или несколько центральных распределительных пунктов 6— 10 кВ, куда поступает энергия от головной понизительной подстанции предприятия или непосредственно от районной подстанции энергосистемы и распределяется по отходящим линиям 6—10 кВ к внутриплощадочным ТП. Центральный распределительный пункт представляет собой распределительное устройство, состоящее из камер КРУ для внутренней установки или камер КСО; ЦРП могут быть наружной установки, собранные из камер КРУН.
Иногда ЦРП совмещают с трансформаторами 6— 10 кВ и РУ 0,4 кВ. В этом случае ЦРП является одновременно и ТП для прилегающих к ЦРП электроприемников (рис. 7).

Рис. 7. Принципиальная схема ЦРП 6-10 кВ, совмещенного с трансформаторной подстанцией 6—10/0.4 кВ:

Силовые трансформаторы первичным напряжением 6—10 кВ на промышленных предприятиях применяются преимущественно масляные типа ТМ и ТМЗ. Иногда по условиям пожарной безопасности применяют трансформаторы с заполнением негорючей жидкостью — совтолом, а также сухие трансформаторы с естественным охлаждением.
Трансформаторы ТМ имеют расширительный бак (рис. 8), установленный на крышке трансформатора, назначение которого — обеспечить постоянное заполнение маслом бака трансформатора. Все трансформаторы типа ТМ мощностью выше 63 кВ-А снабжаются баками-расширителями.

Рис. 8. Масляный трансформатор 1000 кВ-А 6—10/0,4—0,23 кВ: 1 — кран для слива масла; 2 — кран термосифонного фильтра: 3 — термосифонный фильтр; 4 — воздухоочиститель; 5 — маслоуказатель; 5 —выхлопная труба; 7 — расширительный бак; в —крышка; 9 —вывод НН; 10 — вывод ВН; 11 — нулевой вывод; 12 — привод переключателя регулировки напряжения; 13 — электротермометр; 14 — каток
Для измерения температуры масла в баке трансформатора, которая в верхних слоях не должна превышать 4-95° С, трансформаторы снабжают термометрами: ртутными — при мощности трансформатора до 630 кВ и электротермическими — для трансформаторов мощностью от 1000 кВ-А.
Современные трансформаторы имеют термосифонные фильтры (см. рис. 8), назначение которых — поддерживать изоляционные свойства масла. Термосифонный фильтр представляет собой цилиндрический бак, подсоединенный к баку трансформатора верхним и нижним патрубками и заполненный активным материалом — сорбентом, поглощающим продукты разложения масла. Нагретое масло по принципу термосифона поднимается кверху, проходит через охлаждающие радиаторы и параллельно через термосифонный фильтр, непрерывно очищаясь.
Все трансформаторы типа ТМ мощностью 1000 кВ-А и выше снабжены газовыми реле и воздухоочистителем (рис. 8). Газовое реле служит для подачи сигнала на отключение трансформатора при возникновении в нем внутренних повреждений, которые приводят к местным перегревам с разложением масла изоляции обмоток и в результате — к бурному образованию газов. Для выхода газов наружу во избежание повреждения бака имеется выхлопная труба с клапанной мембраной.
Воздухоочиститель предназначен для очистки и сушки воздуха, поступающего в расширитель. Он устанавливается на дыхательной трубке расширителя и представляет собой цилиндр, заполненный силикагелем, который при переувлажнении меняет голубую окраску на розовую.
Силовые трансформаторы имеют переключатель числа витков обмотки высшего напряжения (ВН) для регулировки выходного напряжения в пределах ±5 %. Трансформаторы с регулировкой напряжения изготавливают двух типов: ПБВ (без возбуждения) — для регулировки в отключенном состоянии трансформатора и РПН — для регулировки под нагрузкой. Переключатель ПБВ установлен под крышкой трансформатора с выводом рукоятки привода наружу. Регулировку осуществляют двумя ступенями по 2,5 % вверх и вниз от номинального напряжения трансформатора. Переключающее устройство РПН выполняют с приводом от вспомогательного двигателя, которым управляет автоматически действующее реле напряжения. Устройство РПН имеет четыре ступени переключения: по 2,5 % от номинального значения каждая ступень. Таким образом, РГ1Н осуществляет регулировку в пределах ±10 % номинального напряжения.
Трансформаторы с изолированной нейтралью снабжают пробивными предохранителями, присоединенными с одной стороны к сети защитного заземления, с другой — к выводам обмоток НН. При пробое изоляции между обмотками трансформатора ВН и НН происходит пробой промежутка между контактами предохранителя, в который заложена тонкая слюдяная пластинка с дырочными отверстиями. Таким образом, происходит контактное соединение обмотки НН с землей при пробое.
Силовые трансформаторы на напряжение ВН, равное 6—10 кВ трехфазного тока, изготовляют с тремя видами схем соединения обмоток: звезда, треугольник и зигзаг (рис. 9). Каждый трансформатор имеет определенную группу соединений ВН и НН, которой определяется угловое смещение (кратное 30) векторов линейных напряжений ВН и НН. Наиболее распространены следующие группы соединений (приводятся с их условными обозначениями):
У/У0=12: звезда — звезда с выведенной нулевой точкой; У/Д= 11: звезда — треугольник;
У0/Д=11: звезда с выведенным нулем — треугольник.

Рис. 9. Схемы соединения обмоток трансформаторов:
а — звезда; б — треугольник; в — зигзаг
Расшифруем в качестве примера группу соединений Y/Д=11: обмотка ВН соединена в звезду, обмотка НН соединена в треугольник, угловое смещение векторов линейных напряжений составляет 11X30=330°.
Для трансформаторов мощностью до 250 кВ-А рекомендуют применять схему соединений звезда — зигзаг (рис. 9, в), которая дает более четкое срабатывание релейной защиты трансформаторов от перегрузки. По этой же причине для трансформаторов мощностью от 400 кВ • А. и выше применяют группу соединений звезда—треугольник.
Каждый трансформатор имеет определенное значение напряжения короткого замыкания ек (указывается в паспорте трансформатора), которое в процентах от номинального напряжения ВН представляет значение напряжения, требуемого для приложения к выводам обмотки ВН, чтобы в замкнутой накоротко обмотке НН протекал номинальный ток. В современных трансформаторах ек— =5-т-10%. Так, например, для трансформатора с номинальным ВН, равным 10 кВ, у которого <?к=6 %. для того чтобы в замкнутой накоротко обмотке НН протекал номинальный ток, надо к обмотке ВЙ приложить напряжение 600 В.
Силовые масляные трансформаторы комплектных подстанций 6—10 кВ имеют марку ТМЗ. Они не имеют расширительного бака. Сварной корпус трансформатора имеет повышенную прочность; под его крышку введен над маслом слой азота (азотная подушка), предохраняющий масло от проникновения в него влаги, и одновременно позволяющий маслу в зависимости от температуры изменять свой уровень.
При установке трансформаторов внутри зданий при наличии требований пожарной безопасности применяют трансформаторы с заполнением негорючей жидкостью — совтолом или сухие трансформаторы с естественным охлаждением. При этом расчет приточно-вытяжной вентиляции помещений, в которых установлены сухие трансформаторы, должен быть выполнен с учетом тепла от трансформаторов при их номинальной нагрузке.
Негорючая жидкость — совтол является сильно токсичной, в связи с чем при монтаже и эксплуатации таких трансформаторов требуются повышенная осторожность и строгое соблюдение заводской инструкции.
Особенностью сухих трансформаторов являются их повышенная стоимость и пониженная способность к перегрузкам. Так, например, в аварийном режиме перегрузка масляных трансформаторов по току допускается на 100 % в течение 10 мин, а для сухих трансформаторов — не более 60 % в течение 5 мин.
В ТП промышленных предприятий в нормальном режиме стремятся избегать параллельной работы трансформаторов. Объясняется это тем, что при коротких замыканиях (КЗ) в сетях 0,4—0,69 кВ в режиме параллельной работы трансформаторов значительно возрастает ударный ток КЗ по сравнению с режимом раздельной работы. Однако в аварийном режиме в ТП, имеющем РУ 6—10 кВ (рис. 7), при отключении одной из питающих линий 6—10 кВ срабатывает АВР на секционном выключателе и ТП переходит в режим питания от одной линии 6—10 кВ при параллельной работе трансформаторов. Надо иметь в виду, что для равномерного распределения нагрузки между параллельно включенными трансформаторами соответственно их мощности характеристики трансформаторов должны удовлетворять условиям: группы соединений должны быть одинаковыми и соотношение между мощностями трансформаторов должно быть не более 1 : 3;
трансформаторы должны иметь равные коэффициенты трансформации; различие допускается не более чем ±5%;
напряжения короткого замыкания ик не должны различаться более чем на ±10% от среднеарифметического значения ик трансформаторов, включаемых на параллельную работу.
В том случае, когда ТП не имеет РУ 6—10 кВ (см. рис. 2, е), в нормальном режиме трансформаторы работают раздельно. В аварийном режиме (отключается одна из питающих линий 6—10 кВ или выходит из строя один из трансформаторов) срабатывает АВР на секционном выключателе 0,4 кВ, и вся нагрузка падает на один из остающихся в работе трансформаторов.
Правилами технической эксплуатации [2] для аварийного режима установлены следующие допустимые перегрузки трансформаторов по току:

Допускается перегрузка масляных трансформаторов по току на 40 % продолжительностью не более 6 ч в сутки в течение 5 сут подряд, если в нормальном режиме нагрузка трансформатора не превышала 93 % номинального тока.
Распределительные устройства НН 0,4— 0,69 кВ. В ТП промпредприятий в настоящее время применяют РУ НН преимущественно полной заводской готовности, укомплектованные из типовых панелей серии Щ0 70 (кроме КТП) и образующие распределительный щит (РЩ).
Типовые панели ЩО 70 имеют 125 вариантов набора схем и аппаратов и выбираются по каталогу завода-изготовителя [4] применительно к проекту электрических сетей предприятия.
Панели ЩО 70 комплектуют: для отходящих линий — автоматическими выключателями серий А 3100, А 3700, АЕ 2056; вводные и секционные панели — автоматическими выключателями серии АВМ и APU. Панели ЩО 70 комплектуют также рубильниками и предохранителями. В комплект панелей входят вольтметры, амперметры и трансформаторы тока до 1 кВ. Ошиновка панелей рассчитана на электродинамическую прочность при ударном токе 50 кА.
Панели ЩО 70 устанавливают прислонно к стене помещения и имеют одностороннее обслуживание.
Комплектные трансформаторные подстанции. Заводы отечественной электропромышленности изготавливают КТП внутренней установки различной модификации с трансформаторами мощностью от 400 до 2500 кВ-А как масляными (ТМЗ), так и сухими (ТС). Общий вид КТП показан на рис. 10. Подстанция состоит из вводного шкафа 6—10 кВ 1, трансформатора 2, вводной панели 0,4 кВ 3, двух-трех линейных панелей отходящих линий 4. Для двухтрансформаторной подстанции поставляется шкаф секционного выключателя 5.
Комплектные трансформаторные подстанции поставляются для подключения четырехпроводной сети с глухо- заземленной нейтралью трансформатора. Хмельницкий завод КТП производит КТП с трансформаторами единичной мощностью 630 и 1000 кВ-А с изолированной нейтралью, снабженные устройством для контроля изоляции в каждой фазе. Кроме того, КТП этого завода имеют устройства местного подогрева в отдельных узлах, что л опускает их работу в помещениях без отопления при температуре до —40 ° С, а также устройства предупредительной и аварийной сигнализации о неисправностях в отдельных узлах, с выводом сигналов на диспетчерский Пункт или к дежурному электрику.

Рис. 10. Комплектная трансформаторная подстанция 6—10/0,4— 0,23 кВ:
I — шкафы вводов 6—10 кВ с выключателями нагрузки; 2 — трансформаторы; 3 — шкафы вводов 0.4 кВ; 4 — шкафы отходящих линий 0,4 кВ; 5 — шкаф секционного выключателя 0.4 кВ
Панели РЩ 0,4 кВ в КТП комплектуют автоматическими выключателями на выкатных тележках. В КТП Хмельницкого завода панели РЩ 0,4 кВ кроме выключателей комплектуют также блочными рубильниками-предохранителями типа БПВ.
Отечественная электропромышленность выпускает КТП для наружной установки (КТПН) с трансформаторами единичной мощностью от 40 до 400 кВ-А.
Монтаж КТП выполняют в два этапа:
по ходу строительных работ закладывают крепежные детали, отрезки стальных труб для ввода кабелей;
после завершения строительно-отделочных работ производят распаковку блоков КТП, внешний осмотр оборудования и устанавливают его на свои места; выполняют крепление и соединение шкафов и панелей; прокладывают и подключают кабели, затем выполняют проверку исправности работы всех аппаратов. Для выкатки выключателей завод-изготовитель поставляет в комплекте КТП специальное приспособление. Завершают монтажные работы сдаточными испытаниями в объеме, установленном ПУЭ (гл. 1.8).