РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ
ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ПОДСТАНЦИИ.
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА И ИХ АППАРАТУРА
ГЛАВА X
ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ПОДСТАНЦИИ
§ 10.1. Общие положения
Трансформаторной подстанцией называется электрическая установка, предназначенная для преобразования и распределения электроэнергии.
Оборудование подстанции состоит из одного или нескольких силовых трансформаторов, распределительных устройств первичного и вторичного напряжения и устройств управления, защиты и сигнализации.
В зависимости от положения в сети электросистемы понизительные подстанции подразделяются на районные и местного значения.
Районные подстанции питаются от районных сетей и предназначаются для электроснабжения крупных районов с промышленными, городскими и сельскохозяйственными потребителями. Такие подстанции имеют первичное напряжение 500, 220 и 110 кВ и вторичное напряжение 220, 110, 35, 10, 6 кВ.
Подстанции местного значения питаются от распределительных сетей высокого напряжения и предназначены для электроснабжения отдельных предприятий или районов города. Подстанции местного значения имеют первичное напряжение 220, 110, 35, 10, 6 кВ и вторичное напряжение 10, 6, 0,4/0,23 кВ.
Подстанции, питающие мелкие промышленные и коммунальные электроустановки, а также городские бытовые нагрузки, как правило, имеют первичное напряжение 10-6 кВ и вторичное 0,4/0,23 кВ.
В зависимости от конструктивного выполнения трансформаторные подстанции подразделяются на закрытые, электрооборудование которых устанавливается в зданиях, и открытые с электрооборудованием, устанавливаемым на открытом воздухе.
Рис. 10.1. Схема однотрансформаторной концевой подстанции
Те и другие типы подстанций можно выполнять с монтажом оборудования на месте установки или в виде комплектного устройства (КТП), которое изготовляют на заводе и доставляют на место установки полностью в собранном виде. В последнем случае остается только присоединить подстанцию к источнику питания и приемникам энергии.
В зависимости от расположения различают следующие подстанции: внутрицеховые, расположенные полностью в здании цеха; встроенные, т. с. вписанные в контур основного здания, но при этом выкатка трансформаторов и выключателей производится наружу из здания; пристроенные, т. с. примыкающие к основному зданию, с выкаткой трансформаторов и выключателей наружу здания и, наконец, отдельно стоящие.
По принципу обслуживания подстанции могут быть сетевые и абонентские. В первом случае подстанции обслуживает персонал энергосистемы, во втором случае — персонал потребителя.
§ 10.2. Схемы первичных соединений
Схемы первичных соединений подстанций определяются их назначением и характером присоединенных потребителей. Как уже отмечалось (гл. II), для электроснабжения потребителей III категории, а иногда и II категории на каждой подстанции устанавливается один трансформатор.
В электрических сетях небольших городов применяются
подстанции закрытого типа, оборудуемые трансформаторами мощностью 100—630 кВА с первичным напряжением 6 и 10 кВ и с вторичным напряжением 0,4/0,23 кВ, с воздушными или кабельными вводами.
В сельской или дачной местности такие подстанции обычно имеют трансформаторы мощностью до 100 кВА, устанавливаемые открыто на деревянных или бетонных конструкциях.
На рис. 10.1 представлена схема простейшей подстанции с воздушным вводом, расположенной в конце линии (тупиковой). Схема предусматривает присоединение трансформатора к питающей сети через разъединитель и предохранители.
Разъединитель предназначен только для отключения тока холостого хода трансформатора. Для отключения оборудования подстанции от сети высокого напряжения необходимо вначале полностью снять нагрузку отключением рубильника РП-1, а затем отключить высоковольтный разъединитель. Отключение разъединителем тока нагрузки может перекрыть шины электрической дугой и вывести подстанцию из строя. Предохранитель ПК служит для автоматического отключения подстанции при коротких замыканиях в трансформаторе или в его соединительных проводниках (шинах).
Плавкие вставки предохранителей ПК выбираются из расчета полуторного или двукратного номинального тока силового трансформатора во избежание их перегорания при включениях из-за бросков намагничивающего тока. Выбранные вставки предохранителей ПК служат для защиты трансформатора от токов коротких замыканий и не защищают его от перегрузок.
Предохранители ПН-2 защищают трансформатор и отходящие линии от токов перегрузки и коротких замыканий на стороне низкого напряжения. Поскольку вероятность замыкания на шинах щита низкого напряжения подстанции незначительна, предохранители на участке между трансформатором и этими шинами можно не устанавливать.
К трансформаторам тока ТΤ присоединяют амперметры и токовые катушки счетчиков активной и реактивной энергий. Предохранители ПН-2 и трансформаторы тока устанавливаются после рубильника. Это обеспечивает безопасность работы при замене плавких вставок, предохранителей, ремонтах, замене счетчиков И т. д.
Если подстанция данного типа является сетевой и питает жилые и общественные здания, то на таких подстанциях трансформаторы тока и измерительные приборы не устанавливаются.
Защита трансформатора тупиковой подстанции от атмосферных перенапряжений осуществляется трубчатыми разрядниками типа РТ, устанавливаемыми на ближайшей к подстанции опоре воздушной линии. Если подстанция служит как транзитная, т. е. для пропуска энергии через шины высшего напряжения к другим подстанциям, то внутри подстанции (на шинах высокого напряжения) устанавливаются вилитовые разрядники типа РВП.
При присоединении подстанции к кабельной линии установка разрядников не требуется. Подстанция, смонтированная по данной схеме, может иметь и более мощный силовой трансформатор (до 630 кВА), однако в таких случаях со стороны низкого напряжения обычно устанавливаются не предохранители, а автомат.
Рис. 10.2. Схема первичных соединений однотрансформаторных подстанций:
а — с масляным выключателем и максимальной защитой со стороны высшего напряжения; б — с выключателем нагрузки
Недостатком схемы, изображенной на рис. 10.1, является недостаточная чувствительность защиты от перегрузок выполняемой предохранителями. Однако у нее есть и большие преимущества: дешевизна и простота, допустимость выбора аппарату ры и токоведущих частей без проверки на действие токов короткого замыкания. На рис. 10.2, а представлена схема аналогичной однотрансформаторной подстанции, но с присоединением к сети высокого напряжения через выключатель. Такая схема позволя ет при помощи одного электромагнитного реле РЭ осуществить надежную защиту трансформатора от токов коротких замыканий и перегрузки. Однако для этой схемы нужна дефицитная аппара тура, поэтому в городских сетях и на коммунальных предприятиях она применяется редко.
Сравнительно большое распространение в городских сетях напряжением 6—10 кВ имеет схема с выключателем нагрузки и высоковольтными предохранителями.
Выключатели нагрузки устанавливаются за предохранителями по направлению потока энергии. Это делается с целью срабатывания защиты при повреждениях в самом выключателе нагрузки в процессе эксплуатационных отключений.
Схема однотрансформаторной подстанции с выключателем нагрузки приведена на рис. 10.2, б.
Предохранители ПК защищают подстанцию только от токов коротких замыканий. Иногда по условиям работы подстанции имеется необходимость в защите трансформатора от возможных перегрузок. Для этого выключатель нагрузки снабжается автоматическим приводом (ПРА-12), а в цепи питания силового трансформатора устанавливаются трансформаторы тока, к которым подключается реле максимального тока.
Через замыкающиеся контакты максимального реле присоединяется к источнику тока (чаще всего к шинам низшего напряжения силового трансформатора) отключающая катушка привода выключателя нагрузки. Таким образом, при помощи предохранителей и выключателя нагрузки достигается защита трансформатора от токов коротких замыканий и перегрузки.
Трансформаторы мощностью 6300 кВА и больше, а для внутрицеховых подстанций мощностью 630 кВА и выше, помимо защиты от токов перегрузки и внешних коротких замыканий, должны иметь дополнительную защиту от внутренних повреждений (витковые замыкания, местные перегревы активной стали, понижение уровня масла), осуществляемую при помощи газового реле.
Для питания цеховых электроприемников промышленных предприятий применяется подстанция, смонтированная по схеме блока «трансформатор — магистраль», представленной на рис. 10.3.
На такой подстанции нет распределительного щита низкого напряжения, так как цеховые электроприемники или силовые распределительные пункты присоединяются к токопроводу, отходящему непосредственно от трансформатора. При магистральной схеме питания выключатель нагрузки ВН, высоковольтные предохранители П-1, трансформаторы тока ТТ и разъединитель Р-1 устанавливаются на распределительном пункте или на главной понизительной подстанции предприятия, а разъединитель Р-2, силовой трансформатор ТМ и автомат А (или рубильник) — на цеховой подстанции.
Рис. 10.4. Схема транзитной трансформаторной подстанции
Как уже говорилось, в городских сетях и на промышленных предприятиях часто сооружаются двухтрансформаторные подстанции. Схема транзитной ТП с двумя трансформаторами показана на рис. 10.4.
Рис. 10.5. Схема АВР, осуществляемая секционным выключателем
Характерной особенностью подстанции является наличие секционного рубильника PC со стороны низкого напряжения, который позволяет подключить любую из секций шин низкого напряжения при выходе из строя или при ремонте одного из трансформаторов. Мощность трансформаторов для таких подстанции выбирается с учетом допустимой их перегрузки. Выключатели нагрузки на отходящих линиях 6—10 кВ позволяют без затруднений производить переключения в сети высокого напряжения.
На подстанциях, к которым присоединяются ответственные потребители I и II категорий, применяется система автоматического включения резерва АВР. Так, на распределительной подстанции (рис. 10.5) с секционированной системой шин высокого напряжения выполняется схема АВР, при которой отключение любой из питающих линий повлечет за собой автоматическое включение секционного выключателя и питание потребителей восстановится.
В качестве секционного выключателя обычно применяется масляный выключатель с грузовым или пружинно-грузовым при водом.
Рис. 10.6. Принципиальная схема АВР, осуществляемая выключателем резервного питания:
КО — катушка отключения; КВ — катушка включения масляною выключателя; Н — реле напряжения; В — реле времени; У — реле сигнальное; НОМ — трансформатор напряжения однофазный
Для этой же цели применяют и выключатели нагрузки типа ВН-16 с переставленной отключающей пружиной для работы на включение. Схемы подстанций с АВР, выполненным при помощи выключателя нагрузки, могут применяться в сетях 6 и 10 кВ при мощности короткого замыкания до 100 Мва. Недостатком схемы является необходимость перестановки пружины в заводской конструкции выключателя нагрузки.
На рис. 10.6 приведена развернутая схема АВР с использованием масляных выключателей, применяемая в сетях Мосэнерго. Здесь АВР осуществляется при помощи масляного выключателя, устанавливаемого на вводе высокого напряжения. Положение контактов электрических аппаратов в схеме соответствует нормальной схеме питания. При отключении основного питания реле напряжения Н (ЭН-528/160) потеряет питание и замкнет свой контакт. При этом включится реле времени В (ЭВ-224), которое с некоторой выдержкой времени замкнет цепь катушки отключения КО масляного выключателя основного питания. После отключения этого выключателя замыкаются его блок-контакты и подается питание на катушку включения грузового или пружинно-грузового привода масляного выключателя резервного питания.
Выдержка времени предусмотрена в схеме для того, чтобы избежать ложных включений резерва при случайных кратковременных понижениях напряжения в цепи основного питания. Указательное реле У (ЭС-21) служит для сигнализации положения выключателя основного питания. Восстановление нормальной схемы осуществляется вручную.
В некоторых схемах электроснабжения городов применяется двух- или многолучевая система сетей высокого напряжения с установкой на подстанциях АВР со стороны низшего напряжения, которая обходится значительно дешевле и не требует установки выключателей. Кроме того, при такой схеме резервируются не только линии высокого напряжения, но и трансформаторы.
Принципиальная схема АВР на низком напряжении, осуществляемая контакторными станциями типа ПЭЛ-8701-53А, представлена на рис. 10.7. В цепи основного питания устанавливается контактор с защелкой 1 К, в цепи резервного питания — контактор без защелки 2К. В общих чертах работа схемы сводится к следующему. В нормальном режиме, т. е. при наличии напряжения на линии основного питания, включается соответственно реле РП и линейный контактор 1К.
Одновременно с включением главных контактов происходит срабатывание механизма электромеханической защелки, которая удерживает контактор во включенном состоянии при отключенной катушке (при большом числе подстанций в городской сети отключение катушек контакторов основного питания обеспечивает довольно значительную экономию энергии).
При наличии напряжения в цепи основного питания контактор резервного питания 2К включиться не может (в цепи катушки находится открытый блок-контакт 9—11 контактора 1К). При исчезновении напряжения срабатывает реле РП, его верхние контакты 6—1 и 2—4 размыкаются, а нижние Л21—13 и Л22—4 замыкаются и подают напряжение от резервного луча на включающую катушку 4—3 контактора 1К, которая вызывает движение основных контактов и облегчает процесс расцепления при помощи защелки. Одновременно резервное питание попадает и на катушку защелки 4— 7, после чего происходит размыкание блок-контактов 13—3 защелки и включающая катушка контактора 1К, обесточивается, окончательно отключая контактор от сети.
Рис. 10.7. Принципиальная схема контакторной станции ПЭЛ-8701, принимаемой для АВР со стороны низшего напряжения
Далее замыкаются блок-контакты 9—11, подключается к сети катушка контактора — 8—11 и питание потребителей восстанавливается от второго луча. При появлении напряжения в основной цепи нормальный режим автоматически восстанавливается. Во избежание одновременного включения обоих контакторов контакторная станция имеет механическую блокировку МБ.
Контакторные станции типа ПЭЛ работают весьма надежно, однако требуют тщательной регулировки и настройки аппаратуры для обеспечения необходимой последовательности работы. АВР на стороне низкого напряжения (380/220 в) используется на подстанциях с двумя трансформаторами мощностью до 400 кВА. Для трансформаторов большей мощности вместо контакторных станций для АВР могут быть использованы универсальные автоматические выключатели типа АВ, так как контакторы переменного тока выпускаются с номинальным током до 600 а.
