B - Подключение к распределительной сети высокого напряжения
5 Подстанция потребителя с учетом на высоком напряжении
Подстанция потребителя с учетом на стороне ВН представляет собой электроустановку, подсоединенную к сети питания с номинальным напряжением 1-35 кВ, с понижающим трансформатором мощностью свыше 1250 кВА или несколькими трансформаторами меньшей мощности. Номинальный ток высоковольтного КРУ обычно не превышает 400 А.
5.1 Общие положения
Функции
Подстанция
В зависимости от сложности электроустановки и способа распределения нагрузки, подстанция:
может находиться в одном помещении, в котором размещаются высоковольтное распределительное устройство и измерительные панели, а также трансформатор(ы) и главные распределительные устройства НН;
может подавать питание на одну или более трансформаторных подстанций, где также находятся КРУ, на которые подается высоковольтное питание от КРУ главной подстанции, как это было описано выше.
Подстанции могут быть:
внутренней установки;
наружной установки, в соответствующих корпусах. Подключение к высоковольтной сети
Подключение к высоковольтной сети может быть выполнено:
по специальному кабелю или по воздушной линии электропередач;
через два выключателя нагрузки с механической взаимоблокировкой с двумя кабелями дублирующих линий питания;
через два выключателя нагрузки кольцевой линии.
Учет энергии
Перед установкой подстанции должно быть достигнуто соглашение с поставщиком энергии относительно организации учета энергии.
Панель учета встраивается в высоковольтное КРУ. Трансформаторы напряжения и тока, обладающие необходимой точностью измерений, могут быть включены в главный отсек вводного выключателя или (в случае трансформатора напряжения) могут устанавливаться отдельно в измерительной панели.
Трансформаторные камеры
Если установка включает в себя некоторое количество трансформаторных камер, высоковольтное питание от главной подстанции может подаваться через простые радиальные линии питания, ведущие прямо к трансформаторам, через дублирующие линии питания, ведущие к каждой камере, или через кольцевую схему, согласно желаемой степени непрерывности питания. В двух последних случаях в каждой трансформаторной камере потребуется установка устройства кольцевой схемы питания, которое состоит из 3 ячеек.
Местные аварийные генераторы
Аварийные резервные генераторы предназначены для обеспечения питанием важных абонентов в случае исчезновения напряжения (отключения) в системе электроснабжения.
Конденсаторы
Конденсаторы устанавливаются в соответствии с требованиями:
ступенями из высоковольтных батарей конденсаторов в главной подстанции;
на линиях низкого напряжения в трансформаторных подстанциях.
Трансформаторы
В целях дополнительного обеспечения бесперебойности питания трансформаторы можно установить так, чтобы обеспечить автоматическое включение резервного трансформатора или их параллельную работу.
Однолинейные схемы
Схемы, показанные на рис. B29 на следующей странице, представляют:
Различные методы подключения к высоковольтной сети питания; может использоваться один из 4 методов:
подключение к одной линии;
подключение к одной линии с возможностью расширения до кольцевой схемы питания;
двойное электроснабжение (от двух дублирующих линий питания);
кольцевая схема питания.
Общая схема защиты при измерении ВН и НН.
Защита отходящих высоковольтных цепей.
Защита распределительных сетей НН.
Рис. B32: Подстанция потребителя с учетом на стороне ВН
5.2 Выбор ячеек
Подстанция с учетом энергии на стороне ВН включает в себя, в дополнение к ячейкам, описанным в п. 4.2, ячейки, специально предназначенные для учета энергии, и, при необходимости, автоматического или ручного переключения с одного источника питания на другой.
Измерения и общая защита
Выполнение этих двух функций достигается совместным действием двух ячеек:
ячейки трансформатора напряжения (ТН);
ячейки главного высоковольтного автоматического выключателя, в которую встроены трансформаторы тока (ТТ) в целях измерения и защиты.
Рис. B33: Часть высоковольтного КРУ, включая резервный источник тока
Общая защита обычно предусматривает максимальную токовую защиту (перегрузка или КЗ) и защиту от КЗ на землю. Обе схемы используют защитные реле, которые опечатываются поставщиком энергии.
Подстанции с генераторами
Отдельная работа генератора
Если электроустановка требует высокой надежности питания, можно использовать резервный генератор среднего напряжения. В этом случае электроустановка должна включать в себя систему автоматического включения резерва (АВР). Во избежание параллельной работы генератора с внешней сетью необходима специальная ячейка с автоматическим переключением (см. рис. B33).
Защита:
Для защиты генератора предусмотрены специальные защитные устройства. Необходимо отметить, что в связи с тем, что мощность короткого замыкания при питании от генератора очень мала, по сравнению с мощностью короткого замыкания при питании от сети, необходимо обращать особое внимание на селективность (избирательность) защиты.
Управление:
Для управления генератором используется автоматический регулятор напряжения (АРН), который реагирует на снижение напряжения на клеммах генератора и автоматически увеличивает ток возбуждения генератора до того момента, пока напряжение не восстановится до нормального уровня. Когда генератор должен работать параллельно с другими генераторами, АРН переключается на режим параллельной работы, при котором в цепь управления АРН добавляются компоненты для обеспечения удовлетворительного распределения рективной мощности между параллельно включенными генераторами.
Когда несколько генераторов работают параллельно под управлением АРН, увеличение тока возбуждения одного из них (например, в результате переключения его АРН в режим ручного управления) практически не оказывает влияние на уровень напряжения. Фактически, данный генератор будет просто работать при меньших значениях коэффициента мощности (увеличение кВА ведет к увеличению вырабатываемого тока), чем ранее.
Коэффициент мощности других устройств автоматически увеличится, и требования нагрузки к коэффициенту мощности будут удовлетворены, как раньше.
Генератор, работающий параллельно с основной сетью питания
Чтобы подсоединить генераторы (генераторные агрегаты) к сети, обычно требуется согласие поставщика электроэнергии. Оборудование (ячейки, защитные реле) должны быть согласованы с поставщиком электроэнергии.
Следующие замечания представляют собой некоторые основные соображения, которые необходимо учитывать для защиты и управления генератором.
Защита:
Чтобы изучить вопрос о присоединении генераторного агрегата, поставщику энергии требуются следующие данные:
отдаваемая в сеть мощность;
способ (метод) подключения;
ток короткого замыкания генератора;
несбалансированное напряжение генератора.
В зависимости от способа (метода) подключения, требуется функция защитного отключения цепи:
максимальная токовая защита и защита минимального и максимального напряжений;
защита по минимальной/максимальной частоте;
защита от максимального напряжения нулевой последовательности;
быстродействующее АВР;
токовая направленная защита.
По причинам безопасности, отключающее устройство также должно иметь функции разъединителя цепи (то есть обеспечивать полное разъединение всех токоведущих проводов между генератором и сетью питания).
■ Управление:
Используется, когда генераторы потребительской подстанции работают параллельно с основным источником питания, например, когда напряжение сети питания снижается в рабочем порядке (высоковольтные сети обычно работают в пределах допуска ± 5% от номинального напряжения или даже более, если того требует система нагрузки). АРН, настроенный, например, на поддержание напряжения ± 3% от номинала, немедленно предпримет попытку поднять напряжение, увеличив ток возбуждения генератора.
Вместо поднятия напряжения, генератор просто будет работать с более низким коэффициентом мощности, чем прежде, увеличив, таким образом, выработку тока. Это будет продолжаться до тех пор, пока генератор не будет отключен своим реле защиты по максимальному току. Это хорошо известная проблема, и обычно она решается путем перевода АРН в режим поддержания постоянного коэффициента мощности.
Удовлетворяя заданным условиям, АРН автоматически отрегулирует ток возбуждения в соответствии с напряжением, которое существует в сети питания, одновременно поддерживая коэффициент мощности генератора постоянным (согласно значению, заданному управляющим устройством АРН).
В случае когда генератор разъединяется с сетью питания, АРН должен автоматически (быстро) переключиться на режим постоянного напряжения.
5.3 Параллельная работа трансформаторов
Необходимость параллельной работы двух или более трансформаторов часто обусловлена:
ростом нагрузки, которая превышает мощность существующего трансформатора;
недостатком места (высоты) для одного большого трансформатора;
мерами безопасности (возможность отказа обоих трансформаторов одновременно очень мала);
применением трансформаторов стандартного размера во всей электроустановке.
Полная мощность (кВА)
Значение полной мощности (кВА) при параллельной работе двух трансформаторов с одинаковым номиналом мощности равно сумме отдельных мощностей при условии равенства сопротивлений и коэффициентов трансформации по напряжению.
Трансформаторы неодинакового номинала мощности разделяют нагрузку практически (но не точно) пропорционально своим номиналам, при условии, что их коэффициенты трансформации по напряжению равны или почти равны. В таких случаях обычно достигается более 90% от суммы двух мощностей.
Рекомендуется, чтобы трансформаторы, различающиеся по номинальной мощности более чем в 2 раза, не работали параллельно в постоянном режиме (согласно требованиям ПТЭ ЭУ потребителей П.2.1.19 соотношение мощностей трансформаторов работающих параллельно должно быть не более 1:3).
Условия, необходимые для параллельной работы
Все параллельные устройства должны питаться от одной сети.
Циркулирующий ток между вторичными цепями параллельных трансформаторов будет
пренебрежительно малым при условии что:
вторичные кабельные соединения трансформаторов до точки параллельного включения имеют приблизительно равные длины и характеристики;
производитель трансформаторов полностью информирован о режиме предполагаемого применения трансформаторов и учитывает при изготовлении нижеследующее:
конфигурации обмотки («звезда», «треугольник», «зигзаг») нескольких трансформаторов имеют одинаковый фазовый сдвиг между напряжениями первичной и вторичной обмоток;
сопротивления короткого замыкания равны или отличаются на менее чем на 10%;
разница напряжений между соответствующими фазами не должна превышать 0,4%;
вся возможная информация по условиям использования, ожидаемым циклам нагрузки должна быть доведена до производителя с целью оптимизации потерь, связанных с нагрузкой, и при холостом ходе.
Типичные группы соединения обмоток
Соотношения между первичной, вторичной и третичной обмотками зависят от:
типа схемы соединения обмоток («треугольник», «звезда», «зигзаг»);
соединения обмоток фаз;
В зависимости от того, какие концы обмотки образуют точку «звезды», например, соединение обмотки в «звезду» будет давать напряжение, на 180° сдвинутое по фазе относительно напряжения, которое имелось бы, если бы в точку «звезды» были соединены противоположные концы обмотки. Подобный сдвиг фаз на 180° может происходить при соединении фазных обмоток в «треугольник», а при соединении в «зигзаг» возможны четыре комбинации.
фазовых сдвигов вторичных фазовых напряжений по отношению к соответствующим первичным фазовым напряжениям.
Как уже было отмечено, этот сдвиг (если не равен нулю) всегда будет кратен 30° и зависит от двух факторов, отмеченных выше, а именно, от типа обмоток и соединения (т.е. полярности) фазовых обмоток.
В настоящее время самой распространенной конфигурацией обмоток трансформатора является обмотка трансформатора Dyn11 (см. рис. B34).
V-|2 на первичной обмотке производит V1н во вторичной обмотке и т.д....
Рис. B34: Фазовый сдвиг в трансформаторе Dyn 11
