Подстанции без выключателей на стороне ВН - Схемы электрических соединений

1. СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ПОНИЖАЮЩИХ ПОДСТАНЦИЙ БЕЗ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ НА СТОРОНЕ ВЫСШЕГО НАПРЯЖЕНИЯ

Подстанция — это установка, которая служит для  преобразования и распределения электрической энергии. Подстанция включает в себя: силовые трансформаторы; распределительные устройства, осуществляющие прием и распределение электроэнергии; устройства для получения оперативного тока; устройства управления и вспомогательные сооружения.
Одним из основных требований, предъявляемых к источникам электроснабжения потребителей, является обеспечение надежности. Правила устройства электроустановок (ПУЭ) разделяют электроприемники по условию надежности снабжения их электроэнергией на три категории:
1 я категория — приемники электрической энергии, для которых нарушение электроснабжения связано с появлением таких факторов, которые могут угрожать жизни людей, привести к значительному ущербу в народном хозяйстве, необратимому расстройству технологического процесса и т. п.
2-я категория — приемники электрической энергии, у которых перерыв в электроснабжении связан с массовым недовыпуском продукции, простоем рабочих и механизмов и т. п.
К 3-й категории относятся все остальные приемники электроэнергии.

С точки зрения питания приемники всех категорий предъявляют определенные требования к схемам электроснабжения.
Приемники 1-й категории должны получать питание от двух независимых источников электроэнергии; они допускают перерыв в электроснабжении только на время, необходимое для автоматического включения резервного источника.
Приемники 2-й категории допускают перерыв в электроснабжении, связанный с выполнением необходимых действий дежурным персоналом или выездной оперативной бригадой.
Приемники 3-й категории допускают перерыв в электроснабжении на время, которое необходимо для выполнения ремонтных работ или замены неисправного элемента схемы при условии, что этот перерыв будет продолжаться не более суток.
Схемы питания потребителей электрической энергией должны быть простыми и наглядными.
С точки зрения схемы электрических соединений стороны питания подстанции делятся на подстанции с выключателями и подстанций без выключателей. Последние часто называют упрощенными.
Подстанции без выключателей на стороне ВН по схеме их /питания могут быть разделены на: 1) блочные (тупиковые) подстанции, выполняемые с минимальным количеством оборудования и ступеней промежуточной трансформации, причем питание осуществляется по схеме линия — трансформатор; 2) ответвительные подстанции, присоединяемые к проходящим линиям при помощи ответвлений, с соответствующим оборудованием; 3) узловые подстанции, получающие питание по линиям, которые заводятся на подстанцию.
По выполнению подстанции делятся на комплектные и сооружаемые на месте. Комплектные подстанции изготовляются на специализированных заводах и /поставляются на место монтажа в собранном или полностью подготовленном к сборке виде. Сборные подстанции, сооружаемые на месте, строятся и монтируются непосредственно на площадке строительства с максимальным использованием элементов заводского изготовления.
Подстанции без выключателей на стороне ВН могут быть разделены также и по тем устройствам, которые предусматриваются для защиты и отключения поврежденных трансформаторов:

1. Установка на стороне ВН короткозамыкателя для создания искусственного короткого замыкания на линии 6 при повреждении трансформатора и отделителя для отключения трансформатора в бестоковую паузу устройства автоматического повторного включения (АПВ) на головном выключателе питающей линии.
2. Установка на стороне ВН трансформатора силовых предохранителей.
3. Установка на стороне ВН трансформатора предохранителей в виде открытых плавких вставок,
4. Передача отключающего импульса на головной выключатель (или выключатели) питающей линии при повреждении трансформатора.

Ниже рассматриваются подстанции без выключателей на стороне ВН, классифицированные по средствам защиты и способам отключения поврежденного трансформатора.

А ПОДСТАНЦИИ БЕЗ АППАРАТУРЫ НА СТОРОНЕ ВЫСШЕГО НАПРЯЖЕНИЯ

Подстанции такого типа являются наиболее простыми. На стороне высшего напряжения здесь не предусматривается установка коммутационной аппаратуры. Трансформатор присоединяется ;к линии по схеме блока трансформатор — линия. Для подключения устройств релейной защиты и автоматики используются трансформаторы тока, встроенные в вводы силового трансформатора.
Однако подстанция с такой схемой при всех ее преимуществах, заключающихся в простоте, наглядности и дешевизне, имеет недостаток, связанный с некоторыми неудобствами при проведении ремонтных работ на линии или трансформаторе. Чтобы избежать этого, между линией и трансформатором может быть предусмотрен разъединитель для создания видимого разрыва в цепи при ремонтных работах.
Подстанции рассматриваемого типа выполняются таким образом, что их отключение при повреждении трансформатора производится выключателем, который ставится в начале питающей линии. Этот выключатель иногда называют головным.
Отключение головного выключателя происходит в результате получения импульса на отключение, который может поступать от двух источников. В одном случае этот импульс поступает от релейной защиты линии, в зоне действия которой находится поврежденный трансформатор. Надо отмстить, что защита липни часто бывает недостаточно чувствительна к повреждениям в трансформаторе. При витковых замыканиях поврежденный трансформатор может быть отключен защитой со значительной выдержкой времени, а при срабатывании устройства АПВ будет снова включен, в результате чего повреждение будет еще более усугублено.

Рис. 1- Подстанции без коммутационной аппаратуры на стороне высшего напряжения.
а — с отключением головного выключателя защитой питающей линии: б — с передачей отключающего импульса на головной выключатель.
Поэтому более предпочтительным является другой способ отключения головного выключателя — с помощью импульса, поступающего от защиты трансформатора.
Отключающий импульс с подстанции на головной выключатель может передаваться: а) по специальным кабелям; б) с использованием высокочастотных каналов связи по проводам питающей линии.

Б. ПОДСТАНЦИИ С ПРЕДОХРАНИТЕЛЯМИ НА СТОРОНЕ ВЫСШЕГО НАПРЯЖЕНИЯ

Подстанции с предохранителями па стороне высшего напряжения также относятся к наиболее простым. Силовой трансформатор па таких подстанциях присоединяется к питающей линии через разъединитель и предохранитель.
Разъединитель, который устанавливается между предохранителем и линией, служит для обеспечения проведения ремонтных и профилактических работ па стороне высшего напряжения подстанции. При отключенном разъединителе, при наличии видимого разрыва в цепи, можно проводить замену плавких вставок и те работы на трансформаторе, которые должны производиться при снятом напряжении. Кроме того, разъединителем можно производить включение и отключение тока холостого хода трансформатора. Все сказанное выше относится как к одно-, так и к двухтрансформаторным подстанциям.
Плавкий предохранитель является аппаратом, служащим для защиты трансформатора от повреждений я перегрузок.
Плавкие предохранители применяются на стороне высшего напряжения подстанций в силу того, что они обладают рядом ценных свойств. К ним относятся: (простота устройства, относительно низкая стоимость по сравнению с другими высоковольтными аппаратами, а также быстрое отключение коротких замыканий.
Предохранитель характеризуется номинальным длительным током. Но поскольку в патроне предохранителя могут быть помещены плавкие вставки разного сечения, рассчитанные на разные номинальные длительные токи, отдельно вводят понятия номинального тока вставки и номинального тока предохранителя. Под номинальным током предохранителя понимают номинальный ток предназначенной для него вставки, имеющей наибольшее сечение.
Отключающую способность плавких предохранителей обычно характеризуют наибольшей мощностью отключения или наибольшим отключаемым током.
Зависимость полного времени отключения цепи от величины тока, протекающего через плавкую вставку, носит название защитной время-токовой характеристики плавкой вставки. Причем полное время отключения цепи складывается из времени, необходимого на нагрев вставки до температуры плавления, и времени, которое требуется для плавки и испарения вставки, а также гашения дуги.
Выбор предохранителей производится с учетом следующих требований:

1. Номинальное напряжение предохранителя и номинальный ток плавкой вставки должны соответствовать напряжению сети и току нагрузки с учетом броска тока намагничивания трансформатора и тока самозапуска электродвигателей. Причем надо иметь в виду, что поскольку номинальный ток плавкой вставки ограничен конструктивными особенностями предохранителя, то естественно ограничена и мощность трансформаторов, которые могут быть защищены предохранителями. Так, например, предохранитель типа ПСН-35 выпускается с предельным номинальным током плавкой вставки 100 а. В результате с учетом указанных выше возможных увеличений тока нагрузки предохранитель такого типа может защитить трансформатор мощностью не более 4 000 КВА.

Для предохранителей ПСН-110, выпускаемых на ток до 50 а, максимальная мощность защищаемого трансформатора составит 6 300 КВА.

1. Предохранитель должен надежно срабатывать и отключать ток короткого замыкания при повреждениях на выводах высшего напряжения трансформатора, а также на участке между предохранителем и трансформатором. Такого рода повреждения — наиболее тяжёлый для предохранителя вид короткого замыкания.
2. Время перегорания плавкой вставки предохранителя на стороне высшего напряжения трансформатора обязательно должно быть согласовано со временем действия защит выключателей на питающей линии, а также со временем действия защит или предохранителей отходящих линий на стороне низшего напряжения трансформатора. При повреждении на отходящих линиях 6—10 кВ время перегорания плавкой вставки предохранителя BI1 должно быть больше времени отключения повреждения защитами или предохранителями отходящих линий 6— 10 кВ.
3. При выборе предохранителя надо иметь в виду, что трансформатор не должен подвергаться недопустимому перегреву от воздействия токов перегрузки или короткого замыкания. Время протекания токов перегрузки или короткого замыкания должно быть согласовано с требованиями § 700 Правил технической эксплуатации (ПТЭ).
4. Предохранитель должен быть чувствителен к повреждениям за трансформатором не только в нормальном режиме или во время максимальных нагрузок, но И во время минимальных нагрузок, когда токи короткого замыкания могут оказаться небольшими.

Необходимо отметить, что выбранный на основании этих требований предохранитель не всегда защищает силовой трансформатор от токов перегрузки, что является существенным недостатком предохранителей.
Из других недостатков надо учитывать следующие:
большой (до ±10%) разброс во временах отключения цепи предохранителем при расчетном токе;
возможность возникновения неполнофазных режимов при перегорании одной из вставок в трехфазной системе, что может быть вызвано старением вставки или несимметричной перегрузкой трансформатора;
длительный перерыв электроснабжения потребителей, особенно на подстанциях без обслуживающего персонала, связанный с необходимостью замены перегоревшей плавкой вставки.
Одной из разновидностей подстанций с предохранителями являются подстанции с открытыми плавкими вставками, предложенными Челябэнерго.

Рис. 2. Подстанции с предохранителями на стороне высшего напряжения
а — однотрансформаторная; б — двухтрансформаторная; в — двухтрансформаторная с перемычкой; Р — разъединитель; П — предохранитель.
Открытые плавкие вставки, так же как и плавкие предохранители, обеспечивают достаточно надежную защиту трансформаторов. Кроме того, они отличаются дешевизной и являются настолько простыми в конструктивном отношении, что могут быть изготовлены местными силами.
Перегорание вставок вызывает возникновение однофазного короткого замыкания в сетях с заземленной нейтралью и двухфазного — в сетях с малым током замыкания на землю.
Протекание тока короткого замыкания приводит к срабатыванию защит на питающих линиях и отключению головных выключателей. При наличии на питающих линиях устройств АПВ за время бестоковой паузы возникшая дуга погаснет и после АПВ поврежденный трансформатор окажется отделенным от линии. В таком виде плавкая вставка заменяет собой короткозамыкатель и отделитель.
Подстанции с плавкими предохранителями и открытыми плавкими вставками могут быть не только тупиковыми, но и ответвительными, поскольку перегорание плавкой вставки и следующее вслед за этим гашение дуги отделяет поврежденный трансформатор от неповрежденной линии при сохранении последней в работе.
Подстанции с предохранителями на стороне высшего напряжения, как это показано на рис. 2, могут быть одно- и двухтрансформаторными. В двухтрансформаторных подстанциях иногда предусматривается перемычка из двух разъединителей на стороне высшего напряжения. Эта перемычка используется при отключении одной из питающих линий для подключения оставшегося без питания трансформатора к работающей линии. Два разъединителя ставятся в перемычке для того, чтобы можно было поочередно ремонтировать разъединители перемычки, отключая при этом только половину подстанции.