Схемы распределительных устройств
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ СТАНЦИЙ и ПОДСТАНЦИЙ» ч.2
Для бакалавров по направлению _” Энергетика и электротехника”_140400
для профилей: “Электроэнергетические системы и сети” , “Электрические станции” , “Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем” , “Электроснабжение”
Ст. преподаватель Галкин А.И.
Новочеркасск 2014 г.
Схемы распределительных устройств
Ранее, в 1й части, была дана формулировка распределительного устройства (РУ), как элемента структурной схемы энергообъекта (станции или подстанции).
РУ – это установка, предназначенная для приема и распределения электроэнергии на одном напряжении и содержащая коммутационные аппараты (выключатели и разъединители, а на подстанциях могут быть отделители и короткозамыкатели), измерительные аппараты (трансформаторы тока и напряжения) и проводники обеспечивающие связь между аппаратами.
Существует большое многообразие схем РУ отличающихся надежностью, оперативной гибкостью и соответственно стоимостью. Имеет место зависимость: чем выше надежность и оперативная гибкость РУ – тем выше его стоимость. К РУ подключаются различные присоединения. К основным присоединениям можно отнести: линии электропередачи (W), силовые трансформаторы (T) и генераторы (G) (если это РУ генераторного напряжения на ТЭЦ).
Все многообразие РУ можно разделить на схемы РУ со сборными шинами и схемы РУ без сборных шин. Последние в свою очередь можно разделить на РУ по упрощенным схемам и на РУ на основе кольцевых схем.(многоугольники) Во многих схемах РУ можно встретить части схемы, которые содержат три последовательно включенных элемента: разъединитель (QS1), выключатель (Q), трансформатор тока (TA) и еще один разъединитель (QS2).
Рассмотрим некоторые самые распространенные схемы РУ в каждой из указанной групп.
РУ по упрощенным схемам. РУ по упрощенным схемам представляют собой различные варианты блоков линия – трансформатор или мостиков, не являются характерными для электростанций и обычно применяются на стороне высокого напряжения подстанций при небольшом числе присоединений. Сюда же можно отнести и схему заход – выход.
Варианты этих схем приведены на рис.8.1. Здесь линии показаны стрелками, а силовые трансформаторы показаны перечеркнутыми (регулировка напряжения под нагрузкой). Линии и силовые трансформаторы не являются элементами РУ, а представляют собой присоединения к РУ. В схеме РУ показаны выключатели, разъединители, трансформаторы тока и трансформаторы напряжения.
РУ по схеме блок линия – трансформатор (рис. 8.1, б) применяется на тупиковых однотрансформаторных подстанциях в качестве РУ ВН при одной питающей линии. На двухтрансформаторных тупиковых подстанциях при двух питающих линиях применяют РУ по схеме два блока линия – трансформатор с выключателями и неавтоматической перемычкой со стороны линий (рис. 8.1,в).
РУ по схеме мостиков (рис. 8.1, г и д) применяются на высокой стороне транзитных подстанциях, которые включаются в рассечку транзитной линии. В пределах подстанции транзит мощности происходит по цепи автоматической перемычки, содержащей выключатель. Кроме этого выключателя в схеме мостиков есть еще два выключателя. Они могут быть установлены или со стороны силовых трансформаторов (рис. 8.1, г ) или со стороны линий (рис. 8.1, д ). На время ремонта элементов автоматической перемычки, чтобы не прекращать транзит мощности, предусмотрена неавтоматическая перемычка (без выключателя), которую называют ремонтной.
Рис. 8.1. РУ по упрощенным схемам:
а — блок с разъединителем; б — то же, но с выключателем; в — два блока с выключателями и неавтоматической перемычкой со стороны линий; г — мостик с выключателями в цепях трансформаторов и ремонтной перемычкой со стороны трансформаторов;
Продолжение рис. 8.1:
д — мостик с выключателями в цепях линий и ремонтной перемычкой со стороны линий; е — заход—выход
На транзитных однотрансформаторных подстанциях применяют РУ по схеме заход—выход (рис. 8.1, е ). Здесь также есть ремонтная перемычка без выключателя
Схемы РУ со сборными шинами. РУ со сборными шинами состоит из сборных шин, к которым подключаются различные присоединения. К основным присоединениям можно отнести: линии электропередачи, силовые трансформаторы и генераторы (если это РУ генераторного напряжения).
Сборными шинами называются участки шин жесткой или гибкой конструкции, обладающих малым электрическим сопротивлением, предназначенные для подключения присоединений.
В схемах со сборными шинами в цепи основных присоединений устанавливаются следующие аппараты. Со стороны сборной шины устанавливается разъединитель, который называют шинным, затем устанавливают выключатель, после выключателя – трансформатор тока, а за ним, со стороны присоединения, еще один разъединитель, который называют линейным или трансформаторным (в зависимости от присоединения).
Среди множества РУ со сборными шинами можно выделить следующие:
· схемы РУ с одной рабочей системой шин (обычно секционированной);
· схемы РУ с одной рабочей и обходной системами шин;
· схемы РУ с двумя рабочими и обходной системами шин;
· схемы с двумя рабочими системами шин и тремя выключателями на два присоединения.
Схема РУ с одной рабочей системой шин является простой, наглядной, экономичной, но не обладает достаточной оперативной гибкостью. При ремонте выключателя или другого аппарата в цепи присоединения оно теряет питание, а при ремонте шины или секции шин теряют связь все присоединения, связанные с этой шиной (секцией).
Рис. 8.2 Схема РУ с одной рабочей системой шин: а – несекционированная выключателем; б – секционированная выключателем.
На электростанциях такая схема в секционированном варианте может применятся в схемах РУ питания собственных нужд 6 кВ или в генераторном РУ 6 – 10 кВ на ТЭЦ.
На подстанциях такая схема в секционированном варианте может применятся в схемах РУ на стороне низкого напряжения 6 – 10 кВ (иногда 35 кВ)(РУ НН).
Схема РУ с одной рабочей и обходной системами шин применяется на станциях и подстанциях при напряжении 110, 220 кВ, если число присоединений меньше семи. Важным достоинством данной схемы является возможность замены любого (одного в данный момент) выключателя в цепи присоединения при его ремонте или ревизии обходным выключателем (QB1 на рис.8.3) без перерыва питания присоединения. Путь тока в обход ремонтируемого выключателя создается с помощь обходного выключателя и обходной системы шин. Часто рабочая система шин в этой схеме секционируется, как это и показано на рисунке. В обычном режиме работы обходная система шин не находится под напряжением и её шинные разъединители (QSB ) отключены. В отключенном положении находятся и обходной выключатель и разъединители в его цепи.
Основные операции по замене выключателя в цепи присоединения обходным с учетом правил коммутации рассмотрим на примере выключателя Q1 в цепи линии W1:
-Сначала включают разъединители в цепи обходного выключателя QB1, причем, в вилке разъединителей включают тот, который связан с той же секцией что и W1.
-После этого включают QB1 и этим подают напряжение на обходную шину. Это делается для проверки изоляции обходной шины.
-На следующем шаге отключают QB1.
-Теперь, когда уровень изоляции проверен, включают шинный разъединитель QSB1 в цепи W1.
-Вновь включают QB1.
-Теперь мы имеем два пути протекания тока в цепи W1: один через Q1, а другой через QB1.
-Теперь можно отключить Q1 и разъединители в его цепи за исключением шинного разъединителя QSB1.
Однако в этой схеме сохраняется тот недостаток, что при ремонте секции рабочих шин связь между присоединениями этой секции теряется. Этого недостатка лишена схема с двумя рабочими системами шин, часто она имеет и обходную шину.
Рис. 8.3 Схема с одной рабочей секционированной и обходной системами шин (трансформаторы тока и напряжения не показаны): QSB1, QSB2, QSB3 – шинные разъединители обходной системы шин в цепях присоединений; Q1 – выключатель в цепи присоединения; QS1 и QS2 – шинный и линейный разъединители в цепи присоединения; QB1 – обходной выключатель; QK1 (QK2) – секционный выключатель.
Схема РУ с двумя рабочими и обходной системами шин применяется при напряжении РУ 110, 220 кВ, если число присоединений не меньше семи. В этой схеме часть присоединений связана с одной рабочей шиной (К1), а часть – с другой (К2). Но любое присоединение можно перевести с помощью шиносоединительного выключателя QK и шинных разъединителей присоединения с одной системы рабочих шин на другую. (При этой операции шиносоединительный выключатель QK и разъединители в его цепи должны находиться во включенном состоянии.) Это используют при ремонте любой рабочей шины. Наличие обходного выключателя и обходной шины даёт те же преимущества, что и в предыдущей схеме.
Рис. 8.4 Схема с двумя рабочими и обходной системами шин (трансформаторы тока и напряжения не показаны): QK – шиносоединительный выключатель; QB – обходной выключатель; К1 – первая рабочая система шин; К2 – вторая рабочая система шин; КВ – обходная система шин.
Недостатком этой схемы, как и предыдущих, остаётся то, что при аварийном отключении одной из рабочих шин (например, в следствие КЗ на шине) она будет отключена и потеряется связь между присоединениями, которые связаны с этой шиной.
Схема с двумя рабочими системами шин и тремя выключателями на два присоединения рекомендована к применению в РУ напряжением 330 – 750 кВ и при числе присоединений шесть и более. В этой схеме за счет дополнительного расхода выключателей (условно 1,5 выключателя на присоединение, отсюда второе название схемы «полуторная») достигается высокая оперативная гибкость и надежная связь между присоединениями при многих аварийных и оперативных ситуациях.
Среди достоинств схемы можно отметить, что при ремонте или ревизии любого выключателя все присоединения остаются в работе, а при аварийном отключений одной из рабочих шин связь между присоединениями не теряется, так как она осуществляется через оставшуюся в работе шину
Среди недостатков можно указать на необходимость коммутации присоединений двумя выключателями и на повышенную стоимость. Кроме этого в этой схеме усложняются вторичные цепи трансформаторов тока, т.к. трансформаторы тока здесь устанавливаются в цепи выключателей и чтобы получить ток присоединения приходится суммировать (согласно первому закону Кирхгофа) токи вторичных обмоток двух трансформаторов.
Рис. 8.5 Полуторная схема РУ(трансформаторы тока и напряжения не показаны) : К1 и К2 – рабочие системы шин.
Схемы РУ на основе кольцевых схем (многоугольников). Применяются в РУ 110-220 кВ и более. В кольцевых схемах (схемах многоугольников) выключатели соединяются между собой, образуя кольцо. Каждый элемент — линия, трансформатор — присоединяется между двумя соседними выключателями. Самой простой кольцевой схемой является схема треугольника (рис. 8.6 а). Линия W1 присоединена к схеме выключателями Q1, Q2, линия W2 — выключателями Q2, Q3, трансформатор — выключателями Q1, Q3. Многократное присоединение элемента в общую схему увеличивает гибкость и надежность работы, при этом число выключателей в рассматриваемой схеме не превышает числа присоединений. В схеме треугольника на три присоединения — три выключателя, поэтому схема экономична.
В кольцевых схемах ревизия любого выключателя производится без перерыва работы какого-либо элемента. Так, при ревизии выключателя Q1 отключают его и разъединители, установленные по обе стороны выключателя. При этом обе линии и трансформатор остаются в работе, однако схема становится менее надежной из-за разрыва кольца. Если в этом режиме произойдет КЗ на линии W2, то отключаются выключатели Q2 и Q3, вследствие чего обе линии и трансформатор останутся без напряжения. Полное отключение всех элементов подстанции произойдет также при КЗ на линии и отказе одного выключателя: так, например, при КЗ на линии W1 и отказе в работе выключателя Q1 отключаются выключатели Q2 и Q3. Вероятность совпадения
Рис. 8.6 Кольцевые схемы (многоугольники) (трансформаторы тока и напряжения не показаны).
повреждения на линии с ревизией выключателя, как было сказано выше, зависит от длительности ремонта выключателя. Увеличение межремонтного периода и надежности работы выключателей, а также уменьшение длительности ремонта значительно повышают надежность схем.
В кольцевых схемах надежность работы выключателей выше, чем в других схемах, так как имеется возможность опробования любого выключателя в период нормальной работы схемы. Опробование выключателя путем его отключения не нарушает работу присоединенных элементов и не требует никаких переключений в схеме.
На рис. 8.6, б представлена схема четырехугольника (квадрата). Эта схема экономична (четыре выключателя на четыре присоединения), позволяет производить опробование и ревизию любого выключателя без нарушения работы ее элементов. Схема обладает высокой надежностью. Отключение всех присоединений маловероятно, оно может произойти при совпадении ревизии одного из выключателей, например Q1, повреждении линии W2 и отказе выключателя второй цепи Q4. При ремонте линии W2 отключают выключатели Q3, Q4 и разъединители, установленные в сторону линий. Связь оставшихся в работе присоединений W1, Т1 и Т2 осуществляется через выключатели Ql, Q2. Если в этот период повредится Т1, то отключится выключатель Q2, второй трансформатор и линия W1 останутся в работе, но транзит мощности будет нарушен. Установка линейных разъединителей QS1 и QS2 устраняет этот недостаток.
Достоинством всех кольцевых схем является использование разъединителей только для ремонтных работ. Количество операций разъединителями в таких схемах невелико.
К недостаткам следует отнести более сложный выбор трансформаторов тока, выключателей и разъединителей. Трансформаторы тока здесь устанавливаются, так же как и в полуторной схеме, в цепи выключателей
Главная схема электрических соединений электростанции или подстанции — это совокупность основного электрооборудования {генераторы, трансформаторы, линии), сборных шин, коммутационной и другой первичной аппаратуры со всеми выполненными между ними в натуре соединениями.
Выбор главной схемы является определяющим при проектировании электрической части электростанции (подстанции), так как он определяет полный состав элементов и связей между ними. Выбранная главная схема является исходной при составлении принципиальных схем электрических соединений, схем собственных нужд, схем вторичных соединений, монтажных схем и т.д.
На чертеже главные схемы изображаются в однолинейном исполнении при отключенном положении всех элементов установки. В некоторых случаях допускается изображать отдельные элементы схемы в рабочем положении.
Все элементы схемы и связи между ними изображаются в соответствии со стандартами единой системы конструкторской документации (ЕСКД).