Понижающие подстанции предназначены для преобразования энергии высшего напряжения в энергию низшего напряжения и ее распределения по потребителям. Электроустановки, предназначенные для приема и распределения электроэнергии без трансформации, называются распределительными пунктами. В практике промышленного и железнодорожного электроснабжения для ответственных потребителей 1-й категории чаще всего применяют понижающие подстанции с двумя трансформаторами и двумя и более питающими линиями (вводами). Из двух установленных трансформаторов один может быть резервным. При одной питающей линии нет необходимости в резерве трансформаторов, так как статистика показывает, что трансформаторы работают более надежно, чем линия.
Подстанции с первичным напряжением 10 кВ и вторичным напряжением 380/220 В широко применяют на железнодорожных узлах и на заводах для электроснабжения потребителей небольшой мощности. У них, как правило, система шин первичного и вторичного напряжений одинарная. На рис. 81 изображены четыре такие трансформаторные подстанции.
Подстанция П1 (рис. 81, а) имеет одинарную систему шин, секционированную разъединителем 5. Последний нормально включен.
Риc. 81. Схемы понижающих подстанций с первичным напряжением 10 (а) и 110 кВ (6)
Трансформаторы Тр1 и Тр2 подстанции П1 присоединены к шинам 10 кВ через разъединители 11 и предохранители 12, а к шинам 380/220 В — посредством автоматов максимального тока 13 и рубильников 14. Шины 380/220 В секционированы автоматом 15. Автоматы 13 защищают трансформаторы от перегрузок и КЗ на шипах 380/220 В, а предохранители 12 — от КЗ внутри трансформаторов. По линиям Л1—Л4 через рубильники 16, автоматы 17 и ТТ 18 питаются цеховые (или другие) сборки потребителей. Для повышения коэффициента мощности до установленной нормы (0,92—0,95) к секциям шин 10 кВ через разъединители 20 и предохранители 19 присоединены батареи статических конденсаторов мощностью Qc. Защиту шин 10 кВ от КЗ осуществляют предохранители 3. К секциям шин 10 кВ посредством разъединителей 6 присоединяют разрядники 9 с регистраторами срабатывания 10 и через предохранители 7 ТН 8 типа НТМИ-10, к вторичным обмоткам которого подключают счетчики денежного расчета, вольтметры и устройства контроля изоляции шин 10 кВ.
При КЗ на шинах 10 кВ в точке К1 срабатывают предохранители 3 ВНП вводов № 1 и №2. Эксплуатационный персонал отключает разъединитель 5, автоматы 13, ВНП вводов № 1 и№ 2, заменяет плавкие вставки у предохранителей 3, затем поочередно включает ВНП вводов № 1 и М 2, находя поврежденную секцию (плавкая вставка предохранителя 3 перегорает при включении на поврежденную секцию). При ремонте 1-й секции 10 кВ все потребители 380/220 В питаются от Тр2. После ремонта 1-й секции включают ее ВНП, чем проверяют исправное состояние 1-й секции (при исправном состоянии 1-й секции плавкая вставка предохранителя 2 не перегорает), затем включают разъединитель 5 и автомат 13 Тр1. Оба трансформатора в работе. При КЗ на шинах 380/220 В в точке К2 отключается сначала автомат 15, а затем 13. Такая последовательность необходима для того, чтобы сначала отделить неповрежденную секцию от поврежденной, а затем отключить поврежденную секцию от трансформатора. Избирательное отключение поврежденной секции достигается настройкой автоматов. После ремонта 1-й секции включают автомат 13, чем проверяют ее исправное состояние, затем включают автомат 15.
Возможен вариант раздельной работы трансформаторов Тр1 и Тр2. В этом случае нормально отключены разъединитель 5 и автомат 15. В случае повреждения какой-либо секции или одного из трансформаторов потребители 380/220 В питаются от одного трансформатора при включенном автомате 15.
Заземляющие ножи разъединителей 1, 24, 27, 29 и 31 включают (при отключенных разъединителях) при выполнении ремонтных работ на соответствующих воздушных или кабельных линиях. Остальные разъединители РУ-10 кВ не имеют заземляющих ножей. При выполнении ремонтных работ на шинах 10 кВ, выключателях нагрузки, трансформаторах Тр1, Тр2 и ТН их заземляют с помощью переносных заземлений, представляющих собой гибкие проводники сечением не менее 25 мм2, которые сначала присоединяют к земле, а затем к заземляемому элементу, предварительно проверив отсутствие напряжения.
Подстанции П2 и П3 имеют надежное электроснабжение, так как они получают двустороннее питание от разных секций подстанции П1 к 1-й секции через разъединитель 24, выключатель нагрузки 23, предохранитель 22 и ТТ 21 присоединена линия В, ко 2-й секции — линия А через разъединитель 27, выключатель нагрузки 26 с предохранителями 25 и ТТ. Подстанции П2 и 33 соединены воздушной или кабельной линией Б. При КЗ на линии А в точке КЗ сработают предохранители 25 и 28, а при КЗ на шинах подстанции /72 в точке К4 сработают предохранители 28 и 30. Аналогичное срабатывание предохранителей будет при КЗ на линиях Б и В и шинах подстанции П3. Защита трансформаторов и шин вторичного напряжения подстанций П2 и П3 осуществлена предохранителями.
Подстанция П4 имеет глубокий ввод от ЛЭП-110 кВ, сущность которого заключается в том, что трансформатор потребителя понижает напряжение 110 кВ до рабочего напряжения 380/220 В без промежуточной трансформации 110/35 или 110/10 кВ. Этим достигают уменьшения потерь энергии по сравнению с многоступенчатыми трансформациями и обеспечивают большую надежность электроснабжения. Подстанции данного типа присоединяют к ЛЭП по упрощенным схемам (рис. 81, б).
Трансформатор Тр6 присоединен к одноцепной ЛЭП-110 кВ через разъединитель 1 и быстродействующий отделитель 2. К ТТ 6 присоединяют релейную защиту, воздействующую на короткозамыкатель 4 в случае повреждения трансформатора Тр6. Разрядник 5 типа РВС-110 защищает оборудование от перенапряжений. В цепь короткозамыкателя включен ТТ 3, обеспечивающий взаимодействие отделителя с коротко замыкателем. Обмотка низшего напряжения трансформатора Тр6 присоединена к шинам 380/220 В через автомат 7 и рубильник 8. Питание потребителей по линиям Л1—ЛЗ осуществлено посредством рубильников 10 и автоматов 11. Для подключения амперметров и счетчиков предусмотрены ТТ 12. Для компенсации реактивной мощности установлена батарея статических конденсаторов, подключаемая к шинам рубильником 9.
Подстанция с первичным напряжением 35 кВ (рис. 82) имеет одинарную систему сборных шин, секционированную выключателем 6. К каждой секции шин присоединено по одному понижающему трансформатору Тр1 и Тр2 через разъединители 7 и выключатели 8. Вторичные обмотки трансформаторов присоединены через выключатели 11 и разъединители 12 к соответствующим секциям шин 10 кВ.
В зависимости от места расположения разъединителей в схеме их называют линейными, шинными, секционными, обходными.
Линейные разъединители 1, 1, 32, 32’, 18 соединяют электроустановку с линией. Их ставят для того, чтобы при выведении любого из линейных выключателей 2, 2', 31, 31', 16 в ремонт была исключена возможность подачи напряжения на выключатель со стороны линии, а также для создания видимого разрыва цепи и исключения подачи напряжения в линию, выведенную в ремонт. Линейные разъединители имеют два комплекта заземляющих ножей. Комплект заземляющих ножей, обращенных в сторону выключателя, включают при выполнении ремонтных работ на выключателе; комплект заземляющих ножей, обращенных в сторону линии, включают при работе на линии. Заземление выключателей и линий необходимо для обеспечения безопасности ремонтного персонала при производстве работ в случае ошибочной подачи напряжения на выключатель или линию. Заземление и закорачивание воздушной линии также предохраняет работающих на ней людей от действия грозовых разрядов, а на отключенной кабельной линии обеспечивает снятие больших емкостных зарядов, опасных для жизни людей. Шинные разъединители соединяют линии, трансформаторы и другое оборудование со сборными шинами электроустановки. Секционные разъединители делят сборные шины на две независимые секции. Обходными разъединителями называют такие, с помощью которых могут быть созданы параллельные цепи в обход основных. На рис. 82 обходных разъединителей нет.
Для подключения релейной защиты и измерительных приборов (счетчиков, амперметров и т. п.) с первичной и вторичной стороны силового трансформатора устанавливают ТТ 9 и 10. Питающие линии потребителей Л3 и Л4 присоединены к секциям шин 10 кВ через шинный 15 и линейный 18 разъединители и выключатель 16. ТТ 17 предназначены для подключения измерительных приборов и релейной защиты линий. К секциям шин 35 кВ подстанции через разъединитель 29 подключены разрядники 28 типа РВС-35 и ТН 27 типа 3HOM-35. Разъединители РНДЗ распределительных устройств 35 кВ установлены с одним и двумя заземляющими ножами (в зависимости от положения их в схеме).
Рис. 82. Схема понижающей подстанции с первичным напряжением 35 кВ
К секциям шин 10 кВ, кроме линий Л3 и Л4, присоединены через разъединители 26 разрядники 25 типа РВП-10, ТН 23 типа НТМИ-10 с предохранителями 24 типа ПКТ-10. Для питания освещения и отопления подстанции, а также проведения ремонтных работ предусмотрена установка двух трансформаторов собственных нужд 19 мощностью 63—100 кВ-А, присоединенных к секциям шин через разъединители 22, выключатели 21 и ТТ 20. Последние предназначены для питания релейной защиты. Все разъединители имеют соответствующее число заземляющих ножей. Вариант питающей линии с использованием выключателей со штепсельными разъемами обозначен 15', 16', 17' и 18'. Здесь отсутствуют шинные и линейные разъединители, их заменяют штепсельные разъемы. Для заземления линии применяют отдельный комплект заземляющих ножей.
Подстанция питается по двум линиям Л1 и Л2 от шин районной подстанции РП, представляющей источник питания. Схема подстанции и способ ее присоединения к источнику питания обеспечивают достаточную надежность электроснабжения потребителей 1-й категории, присоединенных к шинам 10 кВ. Например, при КЗ в точке К1 к ней протекают токи КЗ. Ток вызывает срабатывание релейной защиты секционного выключателя 6, его отключение и деление шин на две независимые секции. Ток приводит в действие релейную защиту, подключенную к ТТ 3, но отключение выключателя 2 происходит позже отключения выключателя 6, что достигается соответствующим подбором выдержек времени срабатывания защиты секционного включения и ввода № 1. Таким образом, при КЗ на любой секции шин 35 кВ сначала отключается секционный выключатель, а затем выключатель ввода, соединяющий поврежденную секцию с источником питания. В работе остается трансформатор Тр2, питающий потребители.
Для устранения повреждения на секции отключают все присоединения, откуда возможна подача напряжения: отключают выключатели 8, 11, 31 и разъединители 4, 30, 5, 7, 29\ включают заземляющие ножи разъединителя 29, обращенные в сторону шин. После устранения повреждения и отключения заземляющих ножей разъединителя 29 включают разъединитель 5 и выключатель 6, чем испытывают отсутствие КЗ на шинах 35 кВ. Затем включают разъединители 4, 30, 7, 29 и выключатели 2,31,8,11. При КЗ в точке К2 отключаются секционный выключатель 14 и выключатели 11 и 8. В этом случае для ремонта секции шин отключают выключатели 16 и 21 и разъединители 13, 12, 15, 22, 26. Шины заземляют заземляющими ножами разъединителя 26, обращенными в сторону шин 10 кВ. Ввод секции в работу производят так: отключают заземляющие ножи, включают разъединитель 13 и выключатель 14, производя испытание на отсутствие КЗ на 1-й секции. Затем включают разъединители 12, 15, 22, 26 и выключатели 8, 11, 16, 21. КЗ в точке К3 вызывает отключение только линейного выключателя 16.
В схеме предусмотрено питание ответственных потребителей 1-й категории двумя параллельными линиями Л3 и Л4, для которых данная подстанция является единственным источником питания. Линии присоединены к различным секциям шин и находятся во включенном положении. Каждая линия должна быть рассчитана на обеспечение полной мощности потребителя. При плановом ремонте или повреждении одной из секций шин в работе остается другая секция (то же самое и в отношении линий ЛЗ и Л4), чем обеспечивается бесперебойное электроснабжение ответственных потребителей. Одиночная линия может быть использована для питания потребителей 2-й категории. Питание потребителя 1-й категории по такой линии может быть осуществлено, если он имеет резервное питание от другого источника питания. К шинам 35 кВ через выключатели 31 и разъединители 30, 30' и 32, 32' подключены вводы №3 и № 4, по которым осуществляется питание потребителей напряжением 35 кВ от рассматриваемой подстанции.
