В настоящее время на всех ступенях электроснабжения широко применяются упрощенные схемы подстанций, основанные на так называемом «блочном принципе».
Блочной схемой называется такая простейшая схема подстанций, на которой нет сборных шин первичного напряжения, а в некоторых случаях и вторичного напряжения, а схема коммутации осуществляется, как правило, без выключателей с применением простейших аппаратов или даже при помощи «глухих» присоединений. Блочные схемы коммутации подстанций широко применяются на всех ступенях системы электроснабжения промышленных предприятий. Существуют следующие схемы:
блок линия 35—220 кВ — трансформатор ГПП;
Рис. 18. Принципиальные схемы коммутации на первичном напряжении упрощенных подстанций 35—220 кВ (а—м); принципиальная схема работы короткозамыкателя с отделителем (и).
короткозамыкатель; 2 — трансформатор тока: 3 —реле, блокирующее отключение отделителя до момента прекращения тока короткого замыкания; 4 электромагнит для оперативного отключения отделителя; 5 - защелка, удерживающая отделитель но включенном положении; 6 — отделитель; 7 — отключающая пружина отделителя; 8 — электромагнит независимого источника тока; 9 электромагнит мгновенного действия; 10 — защелка, удерживающая короткозамыкатель в отключенном положении; 11 — включающая пружина короткозамыкателя.
V блок линия 35—220 кВ —трансформатор ГПП — токопровод 6—10 кВ;
V блок линия 6—10 кВ— трансформатор цеховой ТП; \ блок линия 6—10 кВ — трансформатор ТП — токопровод (магистраль) 0,38—0,66 кВ;
блок линия — трансформатор — двигатель.
Подстанции 35—220/6—10 кВ. Широкое применение нашли блочные схемы на подстанциях 35, 110 и 220 кВ. питаемых непосредственно от районных сетей энергосистемы или же от узловых подстанций промышленных предприятий.
Эти подстанции делаются без сборных шин на первичном напряжении 35, 110 или 220 кВ и без применения дорогих, громоздких и дефицитных масляных или воздушных выключателей. Существует несколько исполнений блочных подстанций 35 220 кВ. Принципы построения и действие таких подстанций подробно описаны в [Л. I].
На рис. 18 приведены различные варианты схем присоединения па стороне первичного напряжения трансформаторов на подстанциях глубоких вводов 35—220 кВ, выполняемых по упрощенным схемам с применением короткозамыкателей и отделителей или с глухим присоединением трансформаторов и подачей отключающего импульса.
Простейшей является схема с глухим присоединением понизительных трансформаторов 110—220 кВ, питаемых от энергосистемы или от узловой подстанции предприятия по радиальным линиям /. Такая схема (рис. 18,а) целесообразна на промышленных предприятиях с загрязненной и агрессивной средой, так как чем меньше аппаратов, тем меньше очагов загрязнения и коррозии.
Предусматривается лишь так называемый ремонтный разъем 2 подводимых проводов на случай ревизии или ремонта трансформаторов. При отсутствии интенсивного загрязнения окружающей среды вместо ремонтного разъема ставится разъединитель (рис. 18,6).
В схеме на рис. 18,о предусмотрена подача отключающего импульса 3 на выключатель, установленный на головном участке питающей линии. Отключающий импульс с подстанции на головной выключатель питающей линии может быть передан или по специальным кабелям, или с использованием высокочастотных каналов связи по проводам питающей линии. Первая схема применяется главным образом на коротких линиях от узловой подстанции предприятия или от энергосистемы. В первую очередь схема с передачей отключающего импульса применяется в тех случаях, когда на головном участке линии установлены воздушные выключатели, которые не выдерживают отключения «неудаленных» коротких замыканий (см. § 3).
Ввиду недостаточного качества короткозамыкателей (см. § 3) вместо них может быть применен отключающий импульс также и в схемах на рис. 18,г—е, и, к, т. е. при магистральном питании подстанций.
При значительной длине питающих линий в блочной схеме предусматривается короткозамыкатель (рис. 18,6, в), и тогда отпадает необходимость в передаче отключающего импульса, так как защитное реле трансформатора воздействует на включение короткозамыкателя и тогда на созданное им искусственное короткое замыкание реагирует защита головного выключателя на питающей линии и отключает весь блок линия — трансформатор.
Для резервирования схемы импульса в отдельных случаях устанавливается также и короткозамыкатель, в частности при передаче телеимпульса по высокочастотным каналам. Можно не применять короткозамыкателей и не передавать отключающего импульса, если защита на головном участке питающей линии оказывается достаточно чувствительной при повреждении внутри трансформатора. Но, к сожалению, это бывает редко, так как при витковом замыкании поврежденный трансформатор отключается защитой головного участка со значительной выдержкой времени. А затем после срабатывания АПВ трансформатор снова включается, в результате чего внутреннее повреждение усугубляется.
Схемы на рис. 18,6 и в применяются на тупиковых подстанциях, питаемых радиальными линиями. 78
На рис. 18,в пунктиром показана перемычка, которая позволяет любой трансформатор питать от любой линии. В перемычке предусмотрены два разъединителя, чтобы их можно было поочередно ремонтировать без полного обесточения подстанции.
На подстанциях 110—220 кВ короткозамыкатели присоединяются только к одной фазе, так как сети 110— 220 кВ имеют глухо заземленную нейтраль и для срабатывания защиты на головном участке достаточно однополюсного короткого замыкания.
На подстанциях 35 кВ короткозамыкатели нужно ставить не менее чем на двух фазах, так как нейтраль в сетях 35 кВ изолирована.
На рис. 18,г—е показаны схемы двухтрансформаторных подстанций 35—220 /се, на которых трансформаторы подключены к ответвлениям от проходящей двухцепной линии глубокого ввода 35—220 кВ. К этой линии может быть присоединено до трех — четырех подстанций (в зависимости от мощности) с числом трансформаторов до 6—8. Все эти трансформаторы отключаются выключателем головного участка линии (при аварии с любым из них) от действия короткозамыкателя. Чтобы быстро и автоматически восстановить питание здоровых трансформаторов, в схемах предусмотрены отделители, которые отключают («отделяют») поврежденный трансформатор в то время, когда в линии нет тока. Затем при помощи АПВ включается выключатель, установленный на головном участке линии, и питание неповрежденных трансформаторов автоматически восстанавливается (подробнее см. [Л. 1 и 2]). В схемах на рис. 18,5 и е предусмотрены перемычки для оперативных переключений линий и трансформаторов при ревизиях, ремонтах или после аварий. Перемычки применяются не часто и лишь в случае действительной необходимости, главным образом там, где число подстанций, присоединяемых к одной линии, значительно. В загрязненных зонах перемычки применять не следует. Перемычка на рис. 18,5 позволяет присоединять оба трансформатора к любой линии, что может быть сделано дистанционно при помощи привода ШППО или же автоматически.
На рис. 18,л1 показана схема двухтрансформаторной подстанции с выключателями на первичном напряжении и с перемычкой между питающими линиями для обеспечения возможности эксплуатационных переключений. Такая схема называется схемой «мостика». Приведенный на рис. 18,м вариант с устройством перемычки между линейными выключателями и трансформаторами применяется при ровном графике нагрузки трансформаторов, когда нет необходимости в их частых режимных переключениях. Такая схема наиболее подходит для большинства крупных промышленных предприятий.
Применение выключателей (впредь до выпуска надежных отделителей) на «отпаечных» подстанциях можно допустить при наличии на них крупных синхронных двигателей по условиям их самозапуска и с целью исключения подпитки от них при коротком замыкании на первичном напряжении [Л. 2], а также в сильно загрязненных зонах и в районах Крайнего Севера.
Не рекомендуется присоединять к одной магистрали 110—220 кВ более четырех подстанций при мощности трансформаторов до 16 МВА и более двух-трех подстанций с трансформаторами большей мощности.
Если питание предприятия происходит по двум параллельно идущим двухцепным линиям, то рекомендуется разные секции шин подстанций 110—220 /аз, а также разные трансформаторы бесшинных двухтрансформаторных подстанций 110—220 кВ питать от разных цепей двухцепных линий. Это повышает бесперебойность электроснабжения предприятия.
В схемах ответвительных подстанций (рис. 18) короткозамыкатели у разных трансформаторов рекомендуется ставить на разных фазах. Это позволит быстрее выявить повредившийся трансформатор.
При применении упрощенных схем 35—220 кВ следует иметь и виду, что короткозамыкатели нельзя ставить в зоне действия дифференциальной защиты трансформатора, потому что тогда каждое включение короткозамыкателя или от действия газовой защиты, или по другой причине вызывает срабатывание дифференциальной защиты. Это дезориентирует обслуживающий персонал, так как он не сразу может выяснить причину отключения трансформатора и тем самым затягивает ликвидацию аварии.
Разрядники также нужно ставить вне зоны дифференциальной защиты, так как их работа может вызвать ложное действие этой защиты и неправильное отключение трансформатора.
На рис. 18,и показана принципиальная схема работы короткозамыкателя с отделителем. При работе дифференциальной защиты трансформатора подается импульс на электромагниты 9, а при действии газовой защиты— на электромагнит 8 привода короткозамыкателя. Благодаря этому освобождается защелка 10, удерживающая короткозамыкатель в отключенном положении, он включается под действием пружины 11 ч закорачивает фазу на землю.
В момент прохождения тока короткого замыкания сердечник блокирующего реле 3, обмотка которого питается от трансформатора тока 2, подтягивается и заводит пружину 7. После прекращения тока сердечник освобождается и под действием пружины 7 и собственного веса отключает привод отделителя 6.
Привод отделителя имеет отключающий электромагнит 4 независимого источника тока для оперативного отключения отделителя без включения короткозамыкателя.
При подаче командного импульса этот электромагнит воздействует на валик реле привода и освобождает его защелку 5, при этом отделитель отключается под действием своей пружины.
Короткозамыкатель может быть включен вручную через валик реле привода и сердечник отключающего электромагнита.
На рис. 19 дана в качестве примера упрощенная схема подстанции на напряжение 110/6—10 кВ с двумя трансформаторами мощностью по 25—40 МВА с применением отделителей (ОД) и короткозамыкателей (КЗ). Эта подстанция утверждена Госстроем в качестве типовой.
Подстанции 6—10/0,4 кВ. В сетях 6—10 кВ также очень широко применяются схемы без сборных шин первичного напряжения, главным образом для цеховых подстанций и не только при радиальном (блочном) питании, но и при магистральном питании, когда трансформаторы цеховых подстанций присоединяются при помощи ответвлений (отпаек) от проходящей линии.
При радиальном питании таких подстанций от РП по схеме блока линия — цеховой трансформатор обычно применяется глухое присоединение трансформаторов на стороне высшего напряжения (рис. 20,а). Коммутационный аппарат (обычно это разъединитель или выключатель нагрузки) нужно ставить:
если источник питания находится в ведении другой эксплуатирующей организации;
если подстанция значительно (3—5 км) удалена от (питающего пункта, например подстанция -на береговой насосной;
если подстанция питается по воздушной линии; если отключающий аппарат необходим по условиям защиты, например для воздействия на выключатель
нагрузки газовой защиты или защиты от однофазных затыканий на землю на стороне низшего напряжения трансформатора при отсутствии там автоматов.
Рис. 19. Пример упрощенной схемы подстанции 110 кВ.
Рис. 20. Схемы цеховых подстанций без сборных шин 6—10 кВ. а — при радиальном питании, б — при магистральном питании.
Если же на стороне низшего напряжения применена схема блока трансформатор — магистраль и на магистрали не предусмотрен автомат, то перед трансформатором на стороне высшего напряжения предусматривается выключатель нагрузки для быстрого отключения блока, Когда питание цеховых подстанций происходит от магистрали, то на вводе к трансформатору в большинстве случаен устанавливаются выключатели нагрузки или разъединители. Если же необходимо обеспечить селективное отключение трансформатора при его повреждении или ненормальном режиме работы или же защита на головном выключателе не чувствительна при повреждении трансформатора, то последовательно с выключателем нагрузки или разъединителем устанавливается предохранитель типа ПК (рис. 20,6), который отключает поврежденный трансформатор без нарушения работы остальных.
Глухое присоединение трансформаторов при магистральном питании применяется сравнительно редко, так как повреждение в нем при такой схеме приведет к отключению всей магистрали выключателем на головном се участке и при этом потеряют питание все другие при соединенные к ней трансформаторы. Глухое присоединение допустимо и иногда применяется на двухтрансформаторных подстанциях в тех случаях, когда при отключении одной магистрали обеспечивается питание другой параллельной магистрали, питающей вторые трансформаторы на подстанциях. Тогда мощность каждого трансформатора рассчитывается на питание всех ответственных потребителей данной подстанции на время, потребное для отключения аварийного трансформатора и восстановления питания остальных трансформаторов по первой магистрали.
Присоединение самой магистрали выполняется по- разному, начиная от глухого присоединения на входе и выходе и кончая установкой выключателей (очень редко). Это зависит от типа и выполнения магистрали, назначения и мощности подстанции, степени резервирования в питании и трансформаторах и других факторов и решается при проектировании общей схемы электроснабжения {Л. 1].
Схемы коммутации подстанции и РП выполняются таким образом, чтобы питание электроприемников каждого технологического потока (например, одной аглоленты) производилось от отдельных трансформаторов, сборок, линий, для возможности отключения их одновременно с технологическими механизмами без нарушения работы соседних технологических потоков. Электропрпиемники же тех механизмов, которые связаны с работой двух и более технологических потоков, присоединяются к отдельным сборкам, допускающим возможность переключения их питании от разных трансформаторов соответствующих технологических потоков.
Схемы коммутации РП и подстанций выполняются таким образом, чтобы электроприемники каждого технологического потока по возможности питались от одной секции шин РУ (например, на агломерационных и обогатительных фабриках и в других производствах). Это повышает бесперебойность работы.
Установка заземляющих ножей.
Установка стационарных заземляющих ножей (ЗН) у разъединителей для заземления элементов распредустройства при их ревизии и ремонте выполняется следующим образом: выключатель при ревизии должен быть заземлен с двух сторон, поэтому у расположенных по обе его стороны разъединителей устанавливаются заземляющие ножи со стороны, обращенной к выключателю;
для ревизии линии устанавливаются заземляющие ножи у линейного разъединителя со стороны линии;
для ревизии сборных шин устанавливаются заземляющие ножи на разъединителях трансформаторов напряжения со стороны сборных шин; с противоположной стороны этих разъединителей также устанавливаются заземляющие ножи для ревизии трансформатора напряжения.
Следовательно, часть разъединителей в распредустройстве снабжается заземляющими ножами с двух сторон (это линейные разъединители и шинные разъединители в -цепях трансформатора напряжения), а часть разъединителей — с одной стороны (это шинные разъединители на стороне, обращенной к выключателю).
Рис. 21. Установка стационарных заземляющих ножек (311). а — на линиях; б — на присоединении трансформатора напряжения (верхний ЗН для заземления сборных шин); и на секционном выключателе; г — при схеме мостика; б— на присоединении двухобмогочного трансформатора к сборным шинам; е — на присоединении трансформатора к линии без выключателя на первичном напряжении; ж - на присоединении электродвигателя.
На рис. 21 приведены схемы установки заземляющих ножей и наиболее часто встречающихся элементов подстанций на промышленных предприятиях.
