ГЛАВНЫЕ СХЕМЫ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ПОНИЖАЮЩИХ ПОДСТАНЦИЙ
Нормы технологического проектирования рекомендуют для РУ понижающих подстанций схемы соединений, отличающиеся от аналогичных по напряжениям и числу присоединений, принятых для электростанций. Например, число трансформаторов понижающей подстанции обычно не более двух, тогда как на ТЭС число блоков 6-10 является обычным; на РУ подстанций два трансформатора могут присоединяться по одному к каждой системе сборных шин, и так как операции с этими трансформаторами будут производиться исключительно редко, они могут присоединяться к сборным шинам только с помощью разъединителей. На РУ электростанции, где каждый из 6-10 блоков отключают и включают десятки раз в год, в цепи повышающего трансформатора должен быть выключатель на повышенном напряжении или на генераторном, иногда на оба напряжения.
Для понижающих подстанций с мощными потребителями первой категории характерно то, что одновременное отключение обоих понижающих трансформаторов или автотрансформаторов, или двух питающих линий (если их две) приводит к перерыву электроснабжения предприятий (города) и к большому ущербу. Резервная мощность в системе не поможет потребителям данной подстанции, поэтому выбор схемы соединений оказывается более ответственным, чем для электростанции, присоединенной к мощной объединенной энергосистеме, имеющей необходимые резервы.
Для каждой конкретной подстанции схема электрических соединений РУ выбирается с учетом требуемых потребителями категорий бесперебойности питания и допускаемой длительности перерывов, напряжения и конфигурации сети, к которой присоединяется подстанция, перспективы расширения подстанции и сети района, требований автоматики и релейной защиты, обеспечения удобств и безопасности при проведении ремонтов оборудования выбранный вариант должен иметь технико-экономическое обоснование.
Ниже рассматриваются некоторые главные схемы соединений для РУ 6-750 кВ понижающих подстанций, применяемые в России и за рубежом. На схемах показаны РУ, в состав которых входят четыре ячейки присоединений линий, две ячейки присоединений трансформаторов, одна ячейка соединения или секционирования сборных шин. Для упрощения не показаны разрядники, трансформаторы тока и напряжения, высокочастотная аппарата трансформаторы условно показаны двухобмоточными. В действительности они могут быть и трехобмоточными, а при напряжениях 220-750 кВ - автотрансформаторами.
РУ с одной системой сборных шин приведено на рис, 4Л, а В каждом присоединении предусмотрены выключатели и разъединители, необходимые для изоляции выключателей на время их ремонта от соседних частей РУ, находящихся под напряжением. В присоединениях линий необходимы два разъединителя - шинный и линейный. В присоединениях трансформаторов ограничиваются шинными разъединителями, так как со стороны ВН или НН имеются выключатели и соответствующие разъединители.
Преимущество РУ с одной системой шин заключается в простоте и относительно низкой стоимости. Но область их применения ограничена: профилактический ремонт сборных шин и шинных разъединителей связан с отключением всего устройства; повреждение в зоне сборных шин приводит к отключению РУ; ремонт выключателей связан с отключением соответствующих присоединений.
Чтобы избежать полного отключения РУ при замыкании в зоне сборных шин и обеспечить возможность их ремонта по частям, применяется секционирование сборных шин, т.е. разделение их на части (секции) с установкой в точках деления секционных выключателей (рис. 1,б). Устройства с одной секционированной системой шин применяют в качестве РУ 6-35 кВ подстанций, РУ 6- 10 кВ станций типа ТЭЦ, РУ собственных нужд станций.
Рис. 1. Схемы РУ с одной системой сборных шин: а - одна; б - одна секционированная; в - одна рабочая и одна обходная
Для обеспечения поочередного ремонта выключателей, не нарушая работы соответствующих цепей, предусматривают обходной выключатель и обходную систему шин (ОСШ) с соответствующими разъединителями в каждом присоединении (рис. 1, в). При нормальной работе установки обходные разъединители и выключатель отключены.
При большом числе присоединений применяется секционирование сборных шин и ОСШ.
Схема РУ (рис. 1, в) применяется в качестве устройств среднего напряжения 110-220 кВ станций и подстанций.
В РУ с двумя системами сборных шин каждое присоединение содержит выключатель и два шинных разъединителя (рис. 2, а). Разъединители служат для изоляции выключателей от сборных шин при ремонте и для переключения присоединений с одной системы шин без перерыва в их работе. Линейные разъединители предусмотрены в присоединениях, где это необходимо для безопасного ремонта выключателей.
В схеме предусматривается шиносоединительный выключатель, который нормально замкнут (исключения делаются только для ограничения тока КЗ). Для защиты сборных шин применяют дифференциальную токовую защиту, обеспечивающую селективное отключение поврежденной системы. При этом вторая система шин остается в работе. Работа на одной системе сборных шин допускается только временно, при ремонте другой системы.
Присоединение с одной системы шин на другую переключается с помощью шинных разъединителей. Во избежание неправильных операций с разъединителями предусматриваются блокирующие устройства: шинные разъединители каждого присоединения
блокируют с шиносоединительным выключателем; блокируют выключатель и разъединитель в пределах каждого присоединения.
Схема получила широкое распространение, но она чрезвычайно сложна в эксплуатации. Большинство включений на закоротку ежегодно происходит именно при переключениях, часто с тяжелыми последствиями.
Достоинства РУ с двумя системами сборных шин: возможность поочередного ремонта сборных шин без перерыва работы присоединений; возможность деления системы на две части в целях повышения надежности (при этом шиносоединительный выключатель включен); возможность ограничения тока КЗ сети (шиносоединительный выключатель отключен).
Рис. 2. Схема РУ с двумя системами сборных шин: а - две системы шин; б - две рабочие и ОСШ
Недостатки РУ: при ремонте одной из систем шин нормальная работа установки на двух системах нарушается, т.е. надежность ее снижается; при замыкании в шиносоединительном выключателе отключаются обе системы шин; в случае внешнего замыкания и отказа выключателя соответствующего присоединения отключается система шин; ремонт выключателей и линейных разъединителей связан с отключением соответствующих присоединений; частые переключения с помощью разъединителей увеличивают вероятность повреждений в зоне сборных шин по сравнению с РУ с одной системой шин при том же числе присоединений.
Отмеченные недостатки могут быть частично устранены, однако это ведет к дальнейшему усложнению схемы.
Для поочередного ремонта выключателей без отключения соответствующих присоединений предусматриваются обходная система шин и обходной выключатель (рис. 2, б).
При большом числе присоединений применяется секционирование сборных шин.
Схемы электрических соединений с двумя системами сборных шин используются в РУ 110-220 кВ.
Рассмотренные схемы РУ с одной, двумя и более системами сборных шин называются схемами радиального типа. Для данных схем характерно следующее: присоединения с источниками энергии и нагрузками сходятся в одной точке - на сборных шинах, поэтому повреждения в зоне сборных шин связаны с отключением группы присоединений; ремонт выключателей, установленных на ответвлениях от сборных шин, связан с отключением соответствующих присоединений, а сооружение обходных устройств приводит к усложнению РУ и увеличению его стоимости; разъединители используются и для изменения схемы, например при замене рабочего выключателя обходным или при переключениях с одной системы шин на другую. Наряду со схемами радиального типа применяются принципиально иные схемы кольцевого типа.
РУ кольцевой системы имеют следующие особенности:
- схема представляет собой кольцо или несколько связанных между собой колец с ответвлениями к присоединениям;
- каждое присоединение отключается двумя (иногда тремя) выключателями;
- отключение любого выключателя для ремонта не нарушает работы присоединений, но нормальное состояние схемы нарушается;
- при повреждениях в пределах РУ или внешних КЗ и отказах выключателей отключение всего устройства или значительной его части практически исключено;
- разъединители используются только по своему прямому назначению - для изоляции отключенных частей РУ.
Используется несколько типовых схем кольцевой системы: треугольник - при числе присоединений, равном трем, преимущественно малоответственного значения с небольшими потоками мощности; четырехугольник (квадрат) - при четырех присоединениях на подстанциях, выдающих мощность в сеть среднего и низшего напряжений, схема обладает высокой надежностью и экономична; расширенный квадрат.
В кольцевой схеме- шестиугольнике (рис. 3) сборные шины замкнуты в кольцо и секционированы с помощью выключателей по числу присоединений. На ответвлениях от сборных шин предусмотрены только разъединители. Отношение числа выключателей к числу присоединений равно единице. Релейная защита каждого присоединения включена на сумму токов, проходящих через ближайшие к присоединению выключатели. Внешнее замыкание в любом присоединении отключается двумя выключателями. При этом кольцо размыкается, но все ветви, кроме поврежденной, остаются в работе. После такого отключения поврежденное присоединение следует изолировать с помощью линейного разъединителя и включить выключатели, чтобы кольцо не оставалось разомкнутым.
Рис. 3. Кольцевая система шин (шестиугольник)
Замыкание в выключателе или отказ выключателя при внешнем замыкании связаны с отключением двух присоединений.
Недостаток такой схемы связан с тем, что при размыкании кольца (ремонт выключателя) внешнее замыкание может привести к отключению вместе с поврежденным присоединением также соседнего поврежденного присоединения, но вероятность такого совпадения мала. В целом эта схема характеризуется как эксплуатационно надежная и используется при напряжениях РУ 220-330 кВ. При большем числе присоединений применяют РУ со связанными кольцами.
Рис 4.4. Полуторная схема.
РУ с полуторной схемой (рис. 4) считается одной из наиболее надежных основных схем мощных станций и подстанций 330-750 кВ с большим числом присоединений. Эксплуатационные свойства этих РУ близки к свойствам устройств со связанными кольцами, но отрицательные стороны выражены здесь слабее: все присоединения подлежат отключению только двумя выключателями. Вероятность отключения присоединений при ремонте выключателей и внешних замыканиях меньше.
При ремонте любого выключателя среднего ряда и внешнем замыкании отключению подлежит только поврежденное присоединение, если все выключатели исправны. Однако при ремонте одного из выключателей среднего ряда, внешнем замыкании на ветви другой цепочки и отказе одного из выключателей поврежденного присоединения происходит потеря этих двух присоединений.
Во избежание потери двух присоединений, одновременное отключение которых недопустимо, применяются различные варианты исполнения полуторной схемы.
КЗ на сборных шинах не нарушает работы присоединений при условии, что все выключатели включены. При ремонте какого - либо выключателя замыкание на сборных шинах может вызвать отключение одной ветви либо одной пары ветвей от сборных шин с сохранением связи между ними.
В зависимости от числа присоединений и местных условий применяются РУ, выполненные по схеме 4/3 - четыре выключателя на каждые три присоединения.
На некоторых мощных подстанциях применяются РУ с двумя выключателями на каждое присоединение.
