Потребительские (цеховые) трансформаторные подстанции

Потребительские подстанции рассчитаны на напряжение 6-20/0,4-1,2 кВ. К ним относятся цеховые подстанции промышленных предприятий, подстанции горных и добывающих отраслей промышленности и т. п. Подстанции выполняются без сборных шин первичного напряжения.

Цеховые трансформаторные подстанции по их размещению подразделяют следующим образом: отдельно стоящие; пристроенные к производственному корпусу, примыкающие к стене корпуса снаружи; встроенные в производственный корпус, примыкающие к стене внутри корпуса; внутрицеховые, располагаемые внутри корпуса. Компоновка цеховых трансформаторных подстанций предприятий приведена на рис. 3.5.

Рис. 3.5. Компоновки цеховых трансформаторных подстанций:

а – отдельно стоящие; б – пристроенные; в – встроенные; Т – камера трансформатора; Щ – щитовое помещение (распределительное устройство низкого напряжения)

Распределительное устройство низкого напряжения (РУНН) находится в помещении щитовой. РУНН комплектуется вводными (одним или двумя в зависимости от количества трансформаторов), секционным и линейными шкафами. В однотрансформаторной подстанции секционный шкаф отсутствует. Шкафы комплектуются автоматическими выключателями серий «Электрон» и ВА-50. Во вводном и секционном шкафах, кроме вводного и секционного выключателей, могут устанавливаться выключатели отходящих линий.

Подстанции могут быть однотрансформаторными и двухтрансформаторными. Электрооборудование подстанции может иметь однорядное и двухрядное расположение. Трансформаторы цеховых трансформаторных подстанций могут размещаться как внутри, так и снаружи помещений. Установка маслонаполненных трансформаторов у стен зданий допускается только при условии обработки стен огнестойкими составами. Отдельно стоящие закрытые цеховые ТП применяют только в тех случаях, когда по условиям технологии или пожаро- и взрывоопасности производства подстанции невозможно разместить внутри цеха или снаружи вблизи стен здания.

Основным оборудованием подстанций являются силовые трансформаторы. Наибольшее распространение получили трехфазные двухобмоточные трансформаторы. На ГПП могут применяться трехфазные трехобмоточные трансформаторы и трансформаторы с расщепленными обмотками. Могут применяться автотрансформаторы и однофазные трансформаторы с соединением обмоток в трехфазную группу. На цеховых ТП применяются трехфазные двухобмоточные трансформаторы.

Трансформаторы подстанций

Трансформаторы характеризуются номинальной мощностью, номинальным напряжением обмоток при холостом ходе, напряжением короткого замыкания, током холостого хода и потерями мощности при коротком замыкании и холостом ходе.

Шкала мощностей трансформаторов стандартная и выбирается из ряда: 100, 160, 250, 400, 630, 1000 кВ·А и 10-кратная этим мощностям до 80 000 кВ·А включительно. На ГПП применяются трансформаторы мощностью от 1 до 40 MB·А, на потребительских подстанциях – от 100 до 2500 кВ·А.

Обмотки трансформаторов обычно соединяют между собой по схемам звезда Y и треугольник . Соединение обмоток высшего напряжения (ВН) в звезду позволяет выполнить внутреннюю изоляцию на фазную ЭДС, т. е. в раз меньше линейной. Обмотки низшего напряжения (НН) преимущественно соединяют в треугольник, что позволяет уменьшить ток в раз и, следовательно, сечение и расход обмоточного провода. Кроме того, при соединении обмоток трансформатора в треугольник создается замкнутый контур для токов высших гармоник, кратных трем, которые при этом не выходят во внешнюю сеть, из-за чего улучшается симметрия напряжений на нагрузке.

В процессе работы трансформатора происходит нагрев обмоток и магнитопровода. С целью снижения нагрева трансформатора его обмотки должны охлаждаться. Применяется естественное воздушное охлаждение, естественное масляное, масляное охлаждение с дутьем и естественной циркуляцией масла, масляное охлаждение с дутьем и принудительной циркуляцией масла через воздушные охладители, масляно-водяное охлаждение с принудительной циркуляцией масла.

Трансформаторы допускают определенную перегрузку в зависимости от первоначальной загрузки, длительности перегрузки и температуры охлаждающей среды. Аварийная максимальная перегрузка в течение 0,5 ч не должна допускать двухкратного значения от номинальной мощности трансформатора. Если трансформатор с масляным охлаждением имел нагрузку не более , то он может допустить перегрузку на 40 % в течение 6 ч при температуре охлаждающего воздуха не более 20 °С.

Для обеспечения нормальной работы потребителей на шинах подстанции должен поддерживаться определенный уровень напряжения. Этот уровень можно поддерживать изменением коэффициента трансформации (отношение напряжения первичной и вторичной обмоток). Для этих целей обмотки трансформаторов снабжаются дополнительными ответвлениями. Переключение ответвлений можно осуществлять без возбуждения (ПБВ), т. е. при отключении обмоток трансформатора от сети и регулированием под нагрузкой (РПН).

При выборе количества трансформаторов на подстанции учитывают категорию приемников электроэнергии.

На главных понизительных подстанциях, как правило, применяются два трансформатора, что обеспечивает надежное электроснабжение потребителей всех категорий. Применение однотрансформаторных подстанций допустимо, если имеется возможность обеспечить послеаварийное питание электроприемников по линиям вторичного напряжения от соседних подстанций или других источников питания. На двухтрансформаторных подстанциях трансформаторы обычно работают раздельно. Однако в отдельных случаях применяется параллельная работа трансформаторов. Стремятся применять трансформаторы одного конструктивного исполнения, одинаковой мощности. Это упрощает замену трансформатора в случае выхода одного из них из строя, сокращает номенклатуру заводского резерва. Кроме того, при параллельной работе трансформаторов одинаковой мощности не появляется недопустимый переток мощности по обмоткам трансформаторов.

На потребительских (цеховых) подстанциях трансформаторы по конструктивным особенностям выбирают в зависимости от способа установки – наружной или внутренней. Количество и мощность трансформаторов так же, как и на ГПП, зависит от категории надежности электроснабжения электроприемников при напряжении до 1 кВ и компенсации реактивной мощности. Однотрансформаторные подстанции применяются при наличии электроприемников 3-й категории, которые допускают перерыв в электроснабжении на время замены вышедшего из строя трансформатора, или при резервировании от соседних ТП по линиям вторичного напряжения. Двухтрансформаторные подстанции применяются при преимущественном количестве приемников 1-й и 2-й категории, при сосредоточенных нагрузках с высокой удельной плотностью нагрузки (0,5-0,7 кВ·А/м²), а также при наличии приемников особой группы. Целесообразным является применение двухтрансформаторных подстанций при неравномерном суточном или годовом графике нагрузок.

Мощность трансформаторов определяется активной нагрузкой предприятия и реактивной мощностью, передаваемой из системы в период максимального потребления электроэнергии предприятием.

, (3.1)

где – расчетная мощность трансформатора;

– расчетная мощность предприятия;

– коэффициент загрузки трансформатора;

– количество трансформаторов на подстанции.

За расчетную мощность может быть принята не максимальная активная мощность предприятия, а средняя мощность за наиболее загруженную смену.

Величину коэффициента загрузки трансформаторов можно принимать:

а) при преобладании потребителей 1-й категории ,

б) при преобладании потребителей 2-й категории ;

в) для потребителей 3-й категории .

Мощность трансформаторов должна выбираться такой, чтобы при выходе из строя одного из трансформаторов другой, резервирующий его, мог принять всю нагрузку на себя с учетом нормальных и аварийных перегрузок.

Номинальная мощность трансформатора выбирается равной или большей расчетной мощности

. (3.2)

Однако можно выбрать номинальную мощность трансформатора и меньше расчетной, если при этом фактический коэффициент загрузки трансформатора в послеаварийном режиме не будет превышать 1,6. Чтобы не было недопустимой перегрузки трансформатора, должна быть предусмотрена автоматическая разгрузка по току до перегрузки, не превышающей 1,4 номинальной.

Для питания приемников собственных нужд на ГПП устанавливаются трансформаторы собственных нужд. На однотрансформаторной ГПП применяется один трансформатор с мощностью . Мощность трансформаторов собственных нужд составляет приблизительно 1 % мощности главного трансформатора и не превышает 630 кВ·А. На двухтрансформаторных подстанциях применяются не менее двух трансформаторов мощностью до 630 кВ·А.