Главные схемы распределительных устройств

Настоящий обзор главных электрических схем РУ выполнен с учетом современных тенденций в области энергетической схемотехники и в соответствии с действующими на момент подготовки пособия нормативными документами.

Распределительные устройства входят как органичное целое в более крупные электроэнергетические объекты, такие как электрические станции или трансформаторные подстанции. Совокупность сборных шин, коммутационной и другой первичной аппаратуры со всеми выполненными между ними соединениями образует главную схему РУ.

Все известные схемы РУ по своим эксплуатационным свойствам можно разделить на три группы:

I - схемы с коммутацией присоединений одним выключателем;

II - схемы с коммутацией присоединений двумя и более выключателями;

III - упрощенные схемы (мостиковые, блочные).

Схемы соединений РУ должны удовлетворять требованиям и условиям, изложенным в действующих нормативных документах. Основными из них являются следующие:

1. На электростанциях с блоками 300 МВт и более повреждение или отказ любого из выключателей, кроме секционного и шиносоединительного, не должны, как правило, приводить к отключению более одного блока и одной или нескольких линий, если при этом обеспечивается устойчивость энергосистемы или ее части.

В отдельных случаях, при специальном обосновании, допускается отключение более двух блоков мощностью по 300 МВт и ниже, если это возможно по условиям устойчивости энергосистемы или ее части, исключает полную остановку электростанции и обеспечивает нормальную работу ее остальных блоков.

2. Повреждение (отказ) любого выключателя не должно, как правило, приводить к отключению более одной цепи транзита напряжением 1 кВ и выше, если транзит состоит из двух параллельных цепей.

3. При наличии нескольких вариантов схем с одинаковыми техническими характеристиками, предпочтение отдается:

- более простому и экономичному варианту, как по конечной схеме, так и по этапам ее развития;

- варианту, по которому требуется наименьшее количество операций с выключателями и разъединителями РУ повышенного напряжения при режимных переключениях, выводе в ремонт отдельных цепей и отключении поврежденных участков в аварийных режимах.

Основные требования по установке трансформаторов:

Число трансформаторов, устанавливаемых на подстанции (ПС), принимается, как правило, не менее двух. Они подключаются к разным секциям шин.

Установка более двух трансформаторов принимается на основе технико-экономических расчетов, а также в тех случаях, когда на ПС требуется два средних напряжения.

При установке 4-х и более трансформаторов на ПС допускается, при соответствующем обосновании, присоединение их к РУ на стороне ВН группами из 2-3 трансформаторов через один выключатель с установкой разъединителя в цепи каждого трансформатора.

При обеспечении требуемой надежности электроснабжения потребителей допускается применение однотрансформаторных ПС.

На ПС устанавливаются, как правило, трехфазные трансформаторы. При отсутствии трехфазного трансформатора необходимой мощности, допускается применение двух трехфазных трансформаторов одинаковой мощности, либо группы однофазных трансформаторов.

При питании потребителей от обмотки НН автотрансформаторов для независимого регулирования напряжения следует предусматривать установку линейных регулировочных трансформаторов, за исключением, случаев, когда уровень напряжения обеспечивается другими способами.

При питании потребителей от обмотки НН трехобмоточных трансформаторов с РПН для обеспечения независимого регулирования напряжения при наличии технико-экономического обоснования может предусматриваться установка линейных регулировочных трансформаторов на одной из сторон трансформатора.

На стороне НН 6, 10 и 35 кВ должна предусматриваться раздельная работа трансформаторов.

При необходимости ограничения токов КЗ на стороне 6 и 10 кВ предусматриваются следующие основные мероприятия:

- применение трехобмоточных трансформаторов с максимальным сопротивлением между обмотками ВН и НН и двухобмоточных трансформаторов с повышенным сопротивлением;

- применение трансформаторов с расщепленными обмотками 6 и 10 кВ;

- применение токоограничивающих реакторов в цепях вводов от трансформаторов, причем отходящие линии выполняются, как правило, не реактированными.

Выбор варианта ограничения токов КЗ следует обосновывать технико-экономическим сравнением с учетом обеспечения качества электроэнергии. Степень ограничения токов КЗ в РУ 6 и 10 кВ определяется необходимостью применения более легкого оборудования, кабелей и ошиновки.

Основные требования к электрическим схемам РУ:

Электрические схемы РУ выбираются в соответствии с требованиями действующих нормативных документов с учетом «Общих технических требований к подстанциям 330-750 кВ нового поколения» .

Схемы РУ должны обеспечивать:

- коммутацию заданного числа высоковольтных линий (ВЛ), трансформаторов и автотрансформаторов (Т) и компенсирующих устройств;

- требуемую надежность работы РУ в соответствии с категориями электроприемников и транзитных перетоков мощности по межсистемным и магистральным связям в нормальном и в послеаварийном режимах;

- секционирование сети и обеспечить работу оборудования при расчетных значениях токов короткого замыкания;

- безопасность проведения ремонтных и эксплуатационных работ;

- наглядность, удобство эксплуатации, компактность и экономичность.

Для РУ 110-220 кВ следует применять схемы:

- с одинарной системой шин, секционированной выключателем или двумя развилками из двух выключателей, включенными, как правило, в цепи питающих присоединений;

- с двойными секционированными системами шин.

Схемы с обходной системой шин, а также с количеством выключателей на цепь более одного, должны приниматься только при специальном обосновании.

Применение отделителей и короткозамыкателей не допускается.

При необходимости компенсации емкостных токов в сетях 35, 10, 6 кВ на ПС должны устанавливаться дугогасящие заземляющие реакторы с плавным и (или) ступенчатым регулированием индуктивности. На напряжении 35 кВ дугогасящие реакторы присоединяются, как правило, к нулевым выводам соответствующих обмоток трансформаторов через развилку из разъединителей, позволяющую подключать их к любому из трансформаторов. На напряжении 6 и 10 кВ дугогасящие реакторы подключаются к нейтральному выводу отдельного трансформатора, подключаемого к сборным шинам через выключатель.

Схемы РУ должны позволять вывод отдельных выключателей и других аппаратов в ремонт, осуществляемый:

- для РУ напряжением до 220 кВ включительно, как правило, путем временного отключения присоединения (ВЛ или Т), в котором установлен выводимый для ремонта или обслуживания выключатель или другой аппарат, если это допустимо по условиям электроснабжения потребителей и обеспечения транзитных перетоков мощности; если отключение цепи недопустимо - переключением цепи на обходную систему шин или использованием схем с подключением присоединений более чем через один выключатель;

- для РУ напряжением 330-750 кВ без отключения присоединений;

- для аппаратов, подключенных непосредственно к ВЛ или Т, − при отключенных ВЛ или Т (вч-заградители, конденсаторы связи, ограничители перенапряжений и др.).

Отказ любого выключателя, в РУ 35-110 кВ с секционированными сборными шинами, как правило, не должен приводить к отключению более 6 присоединений, в том числе не более 1 трансформатора, если при этом не нарушается более одной цепи транзита и электроснабжение особо ответственных электроприемников 1-ой категории.

Отказ любого выключателя в РУ 220 кВ с секционированными сборными шинами, как правило, не должен приводить к отключению более 4-х присоединений в том числе не более 1 трансформатора, если при этом не нарушается более одной цепи транзита, электроснабжение особо ответственных электроприемников 1-ой категории и устойчивость работы энергосистемы.

Отказ любого выключателя в РУ 330 кВ и выше не должен приводить к отключению более одного трансформатора и одной линии, если это допустимо по условиям устойчивости энергосистемы.

Отказ любого выключателя в РУ 330 кВ и выше при ремонте другого выключателя не должен приводить к отключению более 1 трансформатора и двух линий, если при этом обеспечивается устойчивость энергосистемы.

Число одновременно отключаемых выключателей в пределах РУ одного напряжения должно быть не более:

-при повреждении линии – двух;

-при повреждении трансформаторов напряжением до 500 кВ включительно – четырех, а при напряжении 750 кВ – трех.

Обобщенным критерием при выборе схемы РУ при равном обеспечении качества функционирования ПС является минимум затрат на строительство и эксплуатацию РУ и подстанции в целом.

Схемы с двумя системами шин и одним выключателем на присоединение применяются в РУ 110-220 кВ в случаях, когда имеются присоединения, длительное отключение которых (на все время вывода из работы сборных шин) недопустимо.

Схемы с обходной системой шин – с одной рабочей и обходной системами шин, с двумя рабочими и обходной системами шин применяются в РУ 110-220 кВ в следующих случаях:

- когда в РУ имеются присоединения, отключение которых при выводе выключателя из работы (отключении его оперативным персоналом) недопустимо даже кратковременно, а подключение этих присоединений через два выключателя экономически нецелесообразно или технически невозможно;

- когда обходная система шин необходима для организации схемы устройства плавки гололеда, для районов с загрязненной атмосферой и необходимости периодической очистки изоляции, при других обоснованиях.

Если допускается отключение присоединений при отключении выключателя (автоматическом или оперативным персоналом) на длительное время, то применяются схемы:

-при числе присоединений до 4-х включительно – упрощенные (блочные, мостиковые) схемы;

-при числе присоединений 5 и более – схема с одной секционированной выключателем системой шин и схемы с одной системой шин с секционирующими цепочками из 2-х или 3-х выключателей, с подключением ответственных присоединений в секционирующие цепочки.