Схемы присоединения подстанций к сети. Схемы электрические электростанций и подстанций Полуторная схема

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).

Страница 17 из 111

Наиболее простым видом главной схемы, появившимся раньше других, является схема с одной несекционированной системой шин (рис. 2-1, а); достоинства схемы заключаются в крайней простоте, наглядности в натуре и минимальных затратах на сооружение РУ. Однако такая схема не обеспечивает достаточной надежности электроснабжения. Повреждение шин, шинных разъединителей или любого выключателя вызывает полное погашение всех присоединений. Ремонт шин требует прекращения электроснабжения всех потребителей. Ревизия любого выключателя также сопряжена с погашением его присоединения на все время работ.
Уменьшить объем погашений при одной системе шин возможно ее секционированием (рис. 2-1, б). Однако существенного уменьшения объема погашений в такой схеме во время аварий можно добиться только при глубоком ее секционировании, когда число секций равно числу присоединений.

Рис. 2-1. Одиночная система шин: а - несекционированная; б - секционированная; в - кольцевая; г - с обходным разъединителем


Рис. 2-2. Схемы мостиков; а- простого; б-с двумя разъединителями в перемычке; в- с тремя выключателями; г- двойного
Это делает схему неэкономичной, причем необходимость в погашении присоединений при ремонте их выключателей остается.
Замена части выключателей секционными разъединителями для удешевления секционированной схемы значительно понижает ее надежность и может быть допущена только на небольших малоответственных установках в тех случаях, когда определяющими являются ремонтные условия.
Повышение надежности схемы с одной системой шин может быть достигнуто превращением ее в кольцевую путем соединения между собой концов шин (рис. 2-1, в). Однако преимущества кольцевой схемы, заключающиеся в двустороннем питании присоединений, реализуются только при ее глубоком секционировании. Ревизия выключателя присоединения здесь также приводит к погашению этого присоединения на время ремонта.
Добавление обходного разъединителя /, который позволяет проводить ревизии выключателя присоединения без перерыва питания потребителей, повышает ремонтопригодность кольцевой схемы (рис. 2-1, г).
Обходной разъединитель может быть установлен на перемычке между соседними линиями (рис. 2-2, а), Получающаяся при этом схема мостика имеет заметно большую гибкость и ремонтопригодность, так как в ней возможна ревизия любого линейного выключателя без погашения присоединения, Чтобы ревизия разъединителя перемычки не требовала отключения обеих линий, достаточно последовательно с ним установить второй обходной разъединитель (рис. 2-2, б). Однако наилучшие результаты получаются при сочетании схемы мостика с секционированием сборных шин между присоединениями. Получающаяся при этом схема мостика с тремя выключателями (рис. 2-2, в) очень удобна для питания двухтрансформаторной подстанции транзитной линией, а также для вливания мощности небольшой двухагрегатной электростанции с блочной схемой.


Рис, 2-3. Схемы многоугольников: а - простого; б - связанных; в - с диагональной связью; г - со спаренными присоединениями
Схема двойного мостика (рис. 2-2, г) позволяет иметь лишнее присоединение на повышенном напряжении. Схемы рис. 2-2, в и г применяют при первой очереди строительства электростанции или при небольшом числе присоединений. Эти схемы достаточно экономичны, так как число выключателей в них на единицу меньше числа присоединений.
Стремление повысить экономичность кольцевой схемы и сохранить при этом их технические преимущества привело к созданию схем типа многоугольника. Как видно из рис. 2-3, а, схема многоугольника отличается от кольцевой отсутствием выключателей присоединений. В этой схеме выключатели устанавливаются в рассечке шин, замкнутых в кольцо. Присоединения подключаются к шинам между выключателями через разъединители. Таким образом, каждое присоединение оказывается подключенным к схеме сразу через два выключателя, которые при коммутациях присоединения должны включаться или отключаться оба. После отключения присоединения кольцо -окажется разомкнутым, и его можно вновь замкнуть только после отключения разъединителя присоединения. Число выключателей в многоугольнике равно числу присоединений, т. е. такое же, как и в несекционированном кольце, однако благодаря размещению выключателей в углах многоугольника схема обладает всеми преимуществами глубокосекционированной схемы. Другим преимуществом схемы многоугольника является небольшой объем погашений даже при самом тяжелом повреждении одного из выключателей (теряется не больше двух присоединений). Вывод в ревизию любого выключателя требует минимума операций и может быть произведен без нарушения работы присоединения.
К недостаткам схемы многоугольника относятся сложность релейной защиты присоединений и выбора трансформаторов тока, при котором следует предусмотреть возможность ремонта любого из трех выключателей общей цепочки.
Другим недостатком схемы является необходимость более частой ревизии выключателей, так как любое отключение короткого замыкания производится в ней сразу двумя выключателями.
Наконец, к серьезным затруднениям может привести короткое замыкание в период ревизии одного из выключателей, когда распад схемы на не связанные между собой части с большой вероятностью вызовет небаланс мощности (в части схемы будет недостаток или даже полное отсутствие источников питания, в то же время в другой части мощность не может быть использована).
Чтобы смягчить эти недостатки, ограничивают число присоединений, а следовательно, и число сторон многоугольника шестью; при большем числе присоединений их делят между двумя или даже, тремя связанными между собой многоугольниками (рис. 2-3, б). В некоторых случаях допускают число сторон многоугольника, больше шести, но осуществляют при этом диагональные связи (рис. 2-3, в).
Если возможно обеспечение резерва питания присоединений по сети, схема многоугольника может быть выполнена еще более экономичной путем спаривания присоединений (рис. 2-3, г). При этом число выключателей уменьшается вдвое, например в схеме квадрата возможно подключение восьми присоединений. При коротком замыкании на одном из присоединений временно отключаются оба, но питание неповрежденного может быть быстро восстановлено. При коротком замыкании на участке шин линейные присоединения должны получить резервное питание от сети. Разумеется, в этом случае генераторное присоединение будет отключено на все время восстановления поврежденных шин, что будет иметь место и в схемах с неспаренными присоединениями.
Спаренная схема может быть значительно улучшена при добавлении разъединителя (1 на рис. 2-3, г) между спариваемыми присоединениями. В этом случае любое из двух присоединений может отключаться и подключаться без временного отключения другого присоединения. Достаточно в случае отключения присоединения первым отключить разъединитель 1, а при подключении - включить этот разъединитель последним.


Рис. 2-4. Схемы треугольника (а) и квадрата (б)
Примерами простейших схем многоугольников служат схемы треугольника (рис. 2-4, а) и квадрата (рис. 2-4, б), которые могут с успехом применяться при малом числе присоединений.
Усовершенствованием схемы с одной системой шин является добавление к рабочей системе специальной обходной системы шин (рис. 2-5). Каждое присоединение при этом может быть подключено к обходной системе шин через свой обходной разъединитель, а сама обходная система связывается с рабочей при помощи обходного выключателя. Вывод в ремонт выключателя присоединения несложен и производится следующим образом: 1) включается обходной выключатель; 2) включается обходной разъединитель присоединения, выключатель которого должен ревизоваться; 3) отключается выключатель присоединения, и разбирается его схема. После наложения заземлений выключатель готов к ремонту.

Рис. 2-6. Двойная система шин
Схема с одной рабочей и одной обходной системами шин обладает достоинствами: ревизия любого выключателя может выполняться без перерыва работы присоединения; отсутствуют разъединители шинной развилки (исключаются ошибки персонала).


Рис. 2-5. Одиночная система шин с обходной шиной

Рис. 2-7. Схема с двумя основными и одной обходной системами шин


Рис. 2-8. Схема с двумя выключателями на цепь
Схема имеет следующие недостатки: необходима установка обходного и секционного выключателей; ревизия основной рабочей системы шин невозможна без погашения присоединений; короткое замыкание на рабочей системе шин приводит к погашению всех присоединений одной секции; повреждение секционного выключателя приводит к погашению всех присоединений обеих секций.
Естественным развитием схемы с одной системой шин является схема с двумя рабочими системами шин (рис. 2-6). Междушинный выключатель позволяет осуществлять произвольное разделение присоединений между системами шин, при этом создаются различные варианты эксплуатационных схем сети в зависимости от требований системы и условий работы электростанции. Секционные выключатели уменьшают объем погашений при коротких замыканиях на шинах.
Преимущества схемы с двумя рабочими системами шин заключаются, во-первых, в быстром восстановлении питания присоединений при коротком замыкании на одной из секций путем переключения их на неповрежденную систему шин и, во во-вторых, в облегчении ремонта шин и шинных разъединителей.
Ремонт выключателя присоединения возможен здесь только при установке съемных обходных перемычек и переводе действия релейной защиты присоединения на междушинный выключатель, который в этой схеме заменяет ревизуемый выключатель. Так как установка перемычек вместо выключателя производится при снятом с присоединения напряжении, подготовка выключателя к ремонту неизбежно вызывает перерыв в работе этого присоединения.
Этот недостаток может быть устранен добавлением к двум рабочим системам обходных шин (рис. 2-7). Получающаяся при этом схема с двумя основными и одной обходной системами шин с одним выключателем на цепь, обладая всеми достоинствами простой схемы с двумя системами, имеет более высокую ремонтопригодность.


Рис. 2-9. Схема с фиксированными присоединениями: трансформатор - шины (а); линия - шины (б)
За последние 20 лет она получила широкое распространение в нашей стране на мощных блочных станциях благодаря тому, что дает возможность ревизии любой системы шин и любого выключателя без перерыва работы присоединений, а также позволяет группировать эти присоединения произвольным образом.
Однако в современных условиях при повышении напряжений до 750-1150 кВ и возрастании единичных мощностей блоков до 1,2 ГВт, а отдельных станций до 4-6 ГВт эта система становится недостаточно надежной и экономичной. Большая потеря мощности (2-3 ГВт) при отказе любого вспомогательного выключателя 750 кВ и значительная стоимость установки этих выключателей (6-8 млн. руб.) ограничивают область применения схем с обходными шинами напряжениями 110-220 кВ .
Схема с двумя выключателями на цепь (двойная схема) представляет собой разновидность схемы с двумя системами шин (рис. 2-8). Повышение надежности и ремонтопригодность в ней достигается установкой последовательно с каждым разъединителем развилки выключателей.
Достоинства такой схемы состоят в легкости ремонтов любой системы шин и в возможности вывода выключателей в ремонт без операций разъединителями под током. Повреждение шин не приводит здесь к погашению присоединений.
Однако если короткое замыкание на шинах возникнет во время ревизии одной из систем шин, оно будет сопровождаться полным погашением всех присоединений.
К недостаткам двойной схемы надо отнести также необходимость в более частых ревизиях выключателей, поскольку повреждения на линиях отключаются сразу двумя выключателями. Но главным недостатком схемы является чрезмерная стоимость ее из-за большого числа выключателей и трансформаторов тока. Поэтому в настоящее время ее применение не рекомендуется.
Вариантом двойной схемы является схема с фиксированными присоединениями трансформатор-шины (рис. 2-9, а) или линия - шины (рис. 2-9, б). Вывод в ревизию любого выключателя здесь возможен без нарушения работы присоединений с минимумом переключений в схеме. Однако схема обладает и крупными недостатками: повреждение шин означает потерю блока или линии; повреждение линии отключается всеми выключателями


Рис. 2-10, Полуторная схема (а) и схема 4/3 (б)
(чаще ревизии выключателей); при числе присоединений, большем пяти, схема требует установки большого числа выключателей; ревизия шин требует погашения блока или отключения линии; повреждение системы шин во время ревизии другой системы приводит к полному погашению всей установки.
С учетом всех этих недостатков применение схем с фиксированными присоединениями допускается только при малом числе присоединений в отдельных редких случаях.
Для мощных блочных электростанций все более широкое применение получают полуторные схемы и схемы 4/3, а также схемы «чистых» блоков генератор-трансформатор-линия (Г-Т-Л).
Полуторная схема (рис. 2-10, а) имеет следующие преимущества: ревизия любого выключателя или системы шин производится без нарушения работы присоединений и с минимальным числом операций при выводе этих элементов в ремонт; разъединители используются только при ремонте (обеспечение видимого разрыва до элементов РУ, находящихся под напряжением); обе системы шин могут быть отключены одновременно без нарушения работы присоединений. Как видно, полуторная схема сочетает надежность схемы со сборными шинами с маневренностью схемы многоугольника.
К недостаткам полуторной схемы относят большое число выключателей и трансформаторов тока, усложнение релейной защиты присоединений и выбор выключателей и всего остального оборудования на удвоенные номинальные токи.
Повышенное число выключателей в полуторной схеме частично компенсируется отсутствием междушинных выключателей.
Схема 4/3 (рис. 2-10, б) сходна с полуторной, но более экономична, так как в ней приходится не на 1/2 выключателя на цепь больше, чем в схеме с двойной системой шин, а только на 1/3.
Схемы «чистого» блока Г-Т-Л применяются лишь при напряжениях 110-220 кВ и относительно малой длине блочных линий, так как в этих схемах плохо используются возможности блочных линий: их пропускная способность при напряжениях 330-750 кВ значительно превышает мощность блочных генераторов, а при остановке генератора в ремонт линия блока не может быть использована для уменьшения потерь в сети (рис. 2-11).


Рис. 2-11. «Чистые» блоки Г-Т-Л
Значительно лучше предложенная Л. И. Двоскиным схема Г-Т-Л с уравнительным многоугольником и обходной системой шин, в которой число выключателей больше числа присоединений только на единицу, а обходные шины и уравнительный многоугольник позволяют маневрировать линиями в нормальном режиме, при авариях и ремонтах, не допуская небалансов мощности и перерывов в работе присоединений . Следует лишь отметить усложнение релейной защиты блочного трансформатора, присоединяемого к схеме тремя выключателями,

Схема с двумя выключателями на присоединение

Схема с двумя рабочими и обходной системами сборных шин

Схема, приведенная на рисунке 10.3, дает возможность проведения ревизий любой системы шин и любого выключателя без перерыва работы присоединений, а также позволяет группировать эти присоединения произвольным образом.

Как правило, обе системы шин находятся в работе при соответствующем фиксированном распределении всех присоединений: линии W1, W3, W5 и трансформатор Т1 присоединены к первой системе шин А1, линии W2, W4, W6 и трансформатор Т2 присоединены ко второй системе шин А2, шиносоединительный выключатель QA включен. Такое распределение присоединений увеличивает надежность схемы, так как при КЗ на шинах отключаются шиносоединительный выключатель QA и только половина присоединений. Рассмотренная схема рекомендуется для РУ 110-220 кВ на стороне ВН и СН подстанций при числе присоединений 7-15, а также на электростанциях - при числе присоединений до12.

а) основная схема; б), в) варианты схемы.

Рисунок 10.3 - Схемы с двумя рабочими и обходной системами шин

Схема с двумя выключателями на цепь представляет собой разновидность схемы с двумя системами шин и приведена на рисунке 10.4. Повышение надежности и ремонтопригодность в ней достигается установкой последовательно с каждым разъединителем развилки выключателей.

Достоинства такой схемы заключаются в легкости проведения ремонтов любой системы шин и в возможности вывода выключателей в ремонт без операций разъединителями под током. Повреждение шин не приводит здесь к погашению присоединений.

Рисунок 10.4 - Cxeмa с двумя выключателями на цепь

Главным недостатком схемы является высокая стоимость.

Полуторная схема, приведенная на рисунке 10.5 а , обеспечивает ревизию любого выключателя или системы шин без нарушения работы присоединений и с минимальным количеством операций при выводе этих элементов в ремонт. При этом разъединители выполняют только обеспечение видимого разрыва. Полуторная схема сочетает надежность схемы со сборными шинами и маневренность схемы многоугольника. К недостаткам полуторной схемы относят усложнение релейной защиты присоединений и необходимость выбора выключателей и всего остального оборудования на удвоенные номинальные токи.

Схема 4/3, приведенная на рисунке 10.5 б сходна с полуторной, но более экономична, так как в ней приходится не на 1/2 выключателя на цепь больше, чем в схеме с двойной системой шин, а только на 1/3.

Рисунок 10.5 - Схемы: а - полуторная; б - 4/3

Понижающие ПС предназначены для распределения энергии по сети НН и создания пунктов соединения сети ВН (коммутационных пунктов). Определяющей для выбора места размещения ПС является схема сети, для питания которой она предназначена. Оптимальная мощность и радиус действия ПС определяются плотностью нагрузок в районе ее размещения и схемой сети НН. При большой плотности нагрузок, сложной и разветвленной сети НН следует рассматривать целесообразность разукрупнения подстанций ВН для повышения надежности питания и снижения стоимости сооружения сети НН. Нормативными документами классификация ПС по их месту и способу присоединения к сети не установлена. Исходя из применяющихся типов конфигурации сети (см. п. 4.2) и возможных схем присоединения ПС их можно подразделить на следующие (7): тупиковые - питаемые по одной (п. 4.7, а) или двум радиальным линиям; схема 4.7, а рассматривается как первый этап развития сети с последующим преобразованием в схему 4.7, б или 4.7, д; ответвительные - присоединяемые к одной (7, в) или двум (7, г) проходящим ВЛ на ответвлениях; схема 4.7, в является первым этапом развития с последующим преобразованием в схему 4.7, г или д; проходные - присоединяемые к сети путем захода одной линии с двусторонним питанием (7, д); узловые - присоединяемые к сети не менее чем по трем питающим линиям (7, е, ж). Ответвительные и проходные ПС объединяют термином промежуточные, который определяет размещение ПС между двумя ЦП сети (или узловыми ПС).
Проходные или узловые ПС, через шины которых осуществляются перетоки между отдельными точками сети, называют транзитными. В технической литературе и некоторых нормативных документах иногда используется термин опорная ПС, под которым, как правило, подразумевают ПС более высокой ступени напряжения (например, ПС 220/110 кВ при рассмотрении сети 110 кВ). Однако этот же термин используется для определения эксплуатационной роли ПС. Поэтому для ПС, питающих сеть рассматриваемого напряжения, целесообразно использовать термин центр питания (ЦП). В табл. 4.3 приведены данные статистического анализа частоты применения приведенных выше схем присоединения ПС в сетях 110–330 кВ. Из приведенных данных видно, что большинство ПС присоединяется к сети по двум линиям. Имеется тенденция к увеличению доли таких схем за счет уменьшения доли ПС, присоединяемых на первом этапе по одной линии. Удельный вес узловых ПС увеличивается с ростом напряжения сети, одновременно снижается доля тупиковых и ответвительных ПС. Наиболее распространенным типом ПС 110–330 кВ является проходная. Таблица 4.3


Анализ схем построения электрических сетей 110–330 кВ показывает, что к узловым ПС целесообразно присоединять до четырех ВЛ; большее число линий является, как правило, следствием неуправляемого развития сети, неудачного выбора конфигурации или запаздывания сооружения в рассматриваемой точке сети ЦП ВН. Схемы присоединения ПС к сети, допустимое количество промежуточных ПС между двумя ЦП выбираются в зависимости от величины нагрузки и ответственности потребителей ПС, протяженности рассматриваемого участка сети, целесообразности его секционирования и необходимости сохранения транзита мощности. Для некоторых групп потребителей (тяговые подстанции железной дороги, насосные и компрессорные станции магистральных трубопроводов, объекты нефтяных месторождений Западной Сибири, крупнейшие города) эти вопросы регламентированы ведомственными и нормативными документами. Рекомендации по схемам присоединения ПС для характерных групп потребителей приведены далее (см. пп. 4.5–4.9). Для выполнения проектов понижающих ПС в схемах развития энергосистем и электрических сетей предварительно должны быть определены: район размещения ПС, электрические нагрузки на расчетные периоды, напряжения РУ, количество и мощность трансформаторов, количество, направление и нагрузка линий по напряжениям, тип и мощность КУ, расчетные значения токов КЗ, рекомендации по главной схеме электрических соединений. Основные требования к главным схемам электрических соединений: схема должна обеспечивать надежное питание присоединенных потребителей в нормальном, ремонтном и послеаварийном режимах в соответствии с категориями нагрузки по надежности электроснабжения с учетом наличия или отсутствия независимых резервных источников питания; схема должна обеспечивать надежность транзита мощности через ПС в нормальном, ремонтном и послеаварийном режимах в соответствии с его значением для рассматриваемого участка сети; схема должна быть по возможности простой, наглядной, экономичной и обеспечивать возможность восстановления питания потребителей в послеаварийной ситуации средствами автоматики без вмешательства персонала; схема должна допускать поэтапное развитие РУ с переходом от одного этапа к другому без значительных работ по реконструкции и перерывов в питании потребителей; число одновременно срабатывающих выключателей в пределах одного РУ должно быть не более двух при повреждении линии и не более четырех при повреждении трансформатора. Одним из важнейших принципов построения сети, обеспечивающих требования надежности и минимума приведенных затрат, является унификация конструктивных решений по ПС. Наибольший эффект может быть достигнут при унификации ПС массового применения, являющихся элементами распределительной сети энергосистем. Необходимым условием для этого является типизация главных схем электрических соединений, определяющих технические решения при проектировании и сооружении ПС. Типовые схемы утверждены ОАО «ФСК ЕЭС» 20.12.2007 г. (СТО 5694700729.240.30.010-2008). Главная схема электрических соединений ПС выбирается с использованием типовых схем РУ 35-750 кВ, нашедших широкое применение при проектировании. Отступления от типовых схем допускаются при наличии технико-экономических обоснований и согласования с утверждающими инстанциями. В последней редакции количество типовых схем значительно увеличено (с 14 до 20); вместе с тем из этого числа выделено 11 схем, рекомендуемых в первую очередь. Следует однако отметить, что введение ряда новых схем представляется недостаточно мотивированным, так как не учитывает принципы построения сети. На 8 приведены типовые схемы РУ 35-750 кВ, а в табл. 4.4 - перечень схем и области их применения. Типовые схемы РУ обозначаются двумя числами, указывающими напряжение сети и номер схемы (например, 110-5Н, 330-7 и т. п.). Номера схем не изменялись с первой редакции типовых схем; в дальнейшем некоторые схемы исключались из числа типовых.


В период строительства электрических сетей высокими темпами, на этапе «электрификации вширь» (1960–1985 гг.), на ПС 110 кВ (частично - 35 и 220 кВ) с упрощенными схемами на ВН в качестве коммутационных аппаратов получили широкое распространение отделители и короткозамыкатели. Простота конструкции и их относительная дешевизна по сравнению с выключателями позволила обеспечить массовое строительство ПС в короткие сроки. В то же время эти аппараты обладают определенными конструктивными дефектами и эксплуатационными недостатками. Принципиальным недостатком схем с отделителями и короткозамыкателями является то, что искусственно создаваемое КЗ для отключения поврежденного участка сети в бестоковую паузу с помощью отделителя резко увеличивает общую продолжительность наиболее тяжелых условий работы выключателей на смежных ПС. Поэтому в настоящее время использование отделителей и короткозамыкателей на вновь сооружаемых ПС прекращено, а при реконструкции действующих ПС они должны заменяться выключателями. К номерам типовых схем, в которых отделители и короткозамыкатели заменены на выключатели, добавлен индекс «Н» (3Н, 4Н, 5Н, 5АН). Для РУ ВН, характеризующихся меньшим числом присоединений, как правило, применяются более простые схемы: без выключателей или с числом выключателей один и менее на каждое присоединение. Для РУ СН применяются схемы с системами шин и с числом выключателей более одного (до 1,5) на присоединение. Таблица 4.4

Продолжение табл. 4.4
Продолжение табл. 4.4
Окончание табл. 4.4


Блочные схемы 1, 3Н являются, как правило, первым этапом двухтрансформаторной ПС с конечной схемой «сдвоенный блок без перемычки». Схема 1 применяется в условиях загрязненной атмосферы, где целесообразна установка минимума коммутационной аппаратуры, или для ПС 330 кВ, питаемых по двум коротким ВЛ. Сдвоенная схема 3Н применяется вместо схемы 4Н в условиях стесненной площадки. Мостиковые схемы 5, 5Н и 5АН находят широкое применение в сетях 110–220 кВ. На первом этапе в зависимости от схемы сети возможна схема укрупненного блока (два трансформатора и одна ВЛ) либо установка одного трансформатора; в последнем случае количество выключателей определяется необходимостью. Вновь введенная в новой редакции типовых схем схема 6 является, по существу, одним из вариантов первого этапа. Схемы многоугольников. Схема 7 применяется на напряжении 220 кВ при невозможности использования схем 5Н или 5АН, а на напряжении 330–750 кВ - для всех ПС, присоединенных к сети по двум ВЛ. На напряжении 110 кВ практически не используется. На первом этапе при одном АТ устанавливается три выключателя. Схема 8 (шестиугольник) включена в последнюю редакцию взамен схемы расширенного четырехугольника. Вследствие свойственных схеме 8 недостатков (разрыв сети при совпадении ремонта любого выключателя с автоматическим отключением одного из присоединений) практического применения не имеет. Для узловых ПС 110–220 кВ предпочтение отдается схемам с одной системой шин, а для ПС 330 кВ - схемам «трансформатор - шины» или полуторная. Схемы с одной и двумя системами шин применяются для РУ ВН узловых ПС 35-220 кВ и РУ СН (НН) подстанций 330–750 кВ. Схема 9 используется, как правило, на стороне СН и НН ПС 110–330 кВ. Схема 110-12 используется на стороне ВН узловых ПС в сети 110 кВ (как правило, 4 ВЛ), схемы 110-12 и 220*12 - на стороне СН ПС 220 (330) /110/ НН кВ и 500/110/НН кВ. Ограничением для применения схемы 12 и замены ее схемой 13 является присоединение к каждой секции шин ПС более одной радиальной ВЛ. Однако, как следует из п. 4.2, сохранение радиальных ВЛ в течение длительного времени маловероятно. При рассмотрении области применения схем 12–14 следует руководствоваться «Общими техническими требованиями к подстанциям 330–750 кВ нового поколения» (ОАО «ФСК ЕЭС», 2004 г.), согласно которым для РУ 220 кВ, как правило, применяются одинарные секционированные системы шин, двойные и обходные системы шин применяются только при специальном обосновании, в частности, в недостаточно надежных и нерезервированных электрических сетях. Поскольку основой рационального построения распределительной сети 110–220 кВ является использование замкнутых либо двойных радиальных конфигураций (см. п. 4.2), основной рекомендуемой схемой для РУ СН 110–220 кВ становится одинарная секционированная система шин (схема 9). В этих условиях включение в число рекомендуемых новых схем с одной системой шин - с присоединением трансформаторов через развилку из двух выключателей или «ответственных» ВЛ через полуторную цепочку (схемы 9Н, 9АН и 12Н) - представляется немотивированным, а условия их применения - неопределенными: учитывая требования выбора мощности трансформаторов с обеспечением питания полной нагрузки при их отключении (см. п. 5.3.12), невозможно выявить «повышенные требования», при которых целесообразно дублировать выключатели СН в цепи трансформаторов; в замкнутой распределительной сети с изменяющимися во времени режимами и ролью отдельных участков не представляется возможным выделить более или менее ответственные линии. Схемы трансформаторы - шины и с полутора выключателями на присоединение 15–17 применяются для РУ ВН подстанций 330–750 кВ и РУ СН ПС 750/330, 500/220 и 1150/500 кВ. Схемы 16–17 для напряжений 220–500 кВ применяются, как правило, на стороне СН. При четырех АТ (схемы 15, 16) или числе линий больше шести (схемы 16, 17), а также по условиям устойчивости системы проверяется необходимость секционирования шин. Схемы РУ 10 (6) кВ приведены на 9. Схема с одной секционированной выключателем системой шин (9, 1) применяется при двух трансформаторах с нерасщепленными обмотками НН, схема с двумя секционированными системами шин (9, 2 ) - при двух трансформаторах с расщепленной обмоткой НН или сдвоенных реакторах, схема с тремя или четырьмя одиночными секционированными системами шин (9, 3 ) - при двух трансформаторах с расщепленной обмоткой НН и сдвоенных реакторах. При соответствующем обосновании допускается установка второго секционного выключателя. Синхронный компенсатор присоединяется непосредственно к обмотке НН АТ по блочной схеме (9, 4) с пуском через реактор.

Батареи статических конденсаторов при их присоединении на НН подключаются обычно к секциям РУ НН. Для РУ 20 кВ - напряжения, получившего ограниченное распространение (см. п. 4.1) - рекомендуется в основном схема с одной секционированной системой шин (схема 9), для отдельных присоединений с тупиковыми однотрансформаторными ПС - блочная схема (3Н). Для ПС с ВН 35-220 кВ освоено заводское изготовление блочных комплектных ТП (КТП) - КТПБ (см. п. 5.8). На 10 приведены схемы выпускаемых заводом КТПБ 110 кВ, выполненных по упрощенным схемам с выключателями на ВН.

Схемы КТПБ 220 кВ с упрощенными схемами на стороне ВН приведены на 11. Целесообразное количество ВЛ 110 кВ, отходящих от подстанций с ВН 220 кВ, приведено ниже: