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).
Рисунок 1.11. Схема «Треугольник».
Область применения схемы – от 35 кВ и более. Ее отличают простота, на-
глядность и экономичность. Однако на электростанциях, имеющих в основном потребителей первой категории, она применяется крайне редко. Питать потреби-
точника по двум, нежелательно по соображениям надежности.
Более широкое распространение получила схема «Четырехугольник» (рису-
Рисунок 1.12. Схема «Четырехугольник».
Схема позволяет производить плановые ремонты выключателей без отклю-
чения присоединений. Однако при совпадении КЗ на линии в точке 1Кс ремон-
том выключателя Q1, релейная защита линии отключит выключателиQ2 и Q3 и
вся схема обесточится.
На рисунке 1.13 показана схема четырехугольника с однорядным располо-
жением выключателей, которая в аналогичной ситуации сохраняет один из источ-
ников питания и неповрежденную линию в работе.
Рисунок 1.13.
Однорядное расположение выключателей позволяет производить расшире-
ние схемы, преобразуя ее в схему«пятиугольника» (рисунок 1.14). Конструкция ОРУ и эксплуатация выключателей при такой компоновке заметно упрощается.
На всех присоединениях обязательно устанавливаются разъединители. При КЗ на любой линии или источнике питания защита действует на отключение двух -вы ключателей. После этого размыкают разъединитель и включают выключатели,
восстанавливая «кольцо».
Рисунок 1.14. Схема «Пятиугольник».
Схема «Пятиугольник», иногда ее называют схемой расширенного четырех-
угольника, применяется на напряжении 110 кВ и более. На напряжениях 110 и 220
кВ она является альтернативой схеме«Одна система шин с обходной», явно пре-
восходя ее в надежности и экономичности.
Строительство любой электростанции осуществляется в течение нескольких лет. Между пуском первой очереди и следующими проходят годы. Иногда дейст-
вующие ЭС расширяют и на них вводят новые блоки. Чтобы при расширении со-
хранить в работе существующую схему, ее дополняют. Например, к имеющемуся четырехугольнику подключают еще один. По такому принципу создают схемы связанных четырехугольников (рисунок 1.15) и шестиугольников.
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
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,
Тема 7 испрГлавные схемы ЭС и ПС.doc
ГЛАВНЫЕ СХЕМЫ распределительных устройств ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ И ПОДСТАНЦИЙСхемой электрических соединений электроустановки называют чертеж, на котором в условных обозначениях показаны основные элементы (генераторы, трансформаторы, а также двигатели, отключающие аппараты, измерительные трансформаторы), соединенные в той же последовательности, как и в действительности.
Схемы выполняются в однолинейном и трехлинейном изображении. Для упрощения и наглядности чаще используют однолинейные схемы, где показывают соединения для одной фазы.
Схемы первичных цепей (главные схемы) показывают цепи, по которым электроэнергия передается от источников к потребителям.
Кроме электрооборудования первичных цепей на электростанциях и подстанциях применяют вспомогательное оборудование (измерительные приборы, устройства релейной защиты и автоматики), предназначенное для управления и контроля за работой первичного оборудования. Схемами вторичных цепей называют схемы соединения вторичного (вспомогательного оборудования). Все соединения во вторичных цепях выполняют изолированными проводами и контрольными кабелями.
При выборе главных схем распределительных устройств станций или подстанциий учитываются следующие факторы:
Значение и роль электростанции или подстанции в энергосистеме (электростанции - базисные или пиковые, приближенные к промышленным узлам или удаленные, связанные с другими электростанциями через шины высшего напряжения или среднего напряжения; подстанции - тупиковые, отпаечные , проходные или распределительные;
Перспективы расширения;
Уровень токов короткого замыкания
Главные схемы электростанций должны удовлетворять основным требованиям:
Надежность, т.е. способность схемы обеспечить бесперебойное электроснабжение потребителей, выдачу электроэнергии или транзит мощности при повреждениях оборудования;
Приспособленность к проведению ремонтов основного оборудования без ограничения электроснабжения потребителей;
Оперативная гибкость, т.е. приспособленность для проведения оперативных переключений минимальным числом операций за минимальное время и с минимальным риском;
Экономичность.
Структурные схемы (блок-схемы) электростанций и подстанций отражают связи генераторов и трансформаторов с распределительными устройствами (РУ) разного напряжения. Распределительное устройство представляет собой совокупность оборудования одного напряжения, соединенного по определенной схеме и воплощающее в натуре эту схему.
^
Виды главных схем
Одна рабочая система шин, секционированная выключателем
Такая схема применяется для РУ - 6,10, 35 кВ электростанций и подстанций. В нормальном режиме работы секционный выключатель (СВ) отключен. При исчезновении напряжения на одной секции СВ автоматически включается действием устройства АВР (автоматический ввод резерва). Секционный выключатель может быть включен оператором, если по какой-либо причине выводится из работы один ввод от источника. Схема позволяет при этом сохранить сохранить питание всех подключенных линий к потребителям. Так как потребители подключаются парными линиями к разным секциям, вывод в ремонт одной секции также не приводит к нарушению электроснабжения потребителей.
^
Блочные схемы
 |
Блочные схемы (два блока линия-трансформатор с выключателями или отделителями в цепях трансформаторов и ремонтной перемычкой со стороны линий)
Применяются для распределительных устройств высшего напряжения тупиковых и отпаечных подстанций 35 – 220 кВ. Схемы с отделителями применяются для РУ 110 кВ, если мощность трансформаторов не
Превышает 25 МВА.Ток холостого хода таких трансформаторов невелик и при необходимости отключается отделителем. При большом токе холостого хода для отключения трансформатора пришлось бы обращаться на питающую электростанцию или подстанцию.
Ремонтная перемычка используется при выводе в ремонт одной из питающих линий. В ремонтной перемычке устанавливаются два разъединителя. Если бы в перемычке был установлен только один разъединитель, его ремонт вызвал бы полное погашение подстанции.
^
Мостиковые схемы
Мостиковые схемы применяются для РУ высшего напряжения проходных (транзитных) подстанций 35 - 220 кВ. Существуют два варианта мостиковой схемы с выключателями в цепях трансформаторов (а,б) и мостиковая схема с отделителями в цепях трансформаторов (в), которая применяется для проходных подстанций 110 кВ с трансформаторами мощностью до 25 МВА.
 |
В мостиковых схемах транзит мощности осуществляется через рабочую перемычку с выключателем. Ремонтная перемычка служит для сохранения транзита при выводе в ремонт выключателя рабочей перемычки.
В схеме а) транзит мощности прерывается, если происходит повреждение в трансформаторе. Иногда это необходимо и использование схемы обоснованно. В схеме б) при повреждении трансформатора отключается только ближайший к нему выключатель. Транзит мощности через рабочую перемычку сохраняется. Поэтому схема б) применяется в случаях, когда передача транзита через подстанцию имеет большое значение для энергосистемы.
 |
Схема применяется для РУ высшего напряжения проходных подстанций 220 кВ кВ. В нормальном режиме работы включены все выключатели. Ремонт любого выключателя может быть осуществлен без нарушения транзита мощности через подстанцию и отключения трансформаторов. Повреждения трансформаторов и выключателей также не приведут к нарушению транзита. Поэтому схема используется при повышенных требованиях к надежности транзита.
^
Одна рабочая система шин с обходной
Схема является усовершенствованием схемы с одной системой шин добавлением к рабочей системе шин (РСШ) специальной обходной (ОСШ).
 |
Схема применяется для РУ высшего напряжения распределительных подстанций 110 – 220 кВ. Обходная система шин используется при выводе в ремонт одного из выключателей присоединений без отключения линий к потребителям. Для этого включается обходной выключатель (ОВ), который заменяет ремонтируемый выключатель. В случае ремонта одной из секций рабочей системы шин неизбежно отключение подключенных к ней присоединений.
^
Две рабочие системы шин с обходной
Схема применяется для РУ высшего напряжения узловых подстанций и электростанций 110 – 220 кВ. При ремонте одной системы сборных шин присоединения переводятся на другую.
 |
Шиносоединительный выключатель (ШСВ) в нормальном режиме работы может быть и включен и отключен. При переводе присоединений с одной системы шин на другую ШСВ должен находиться во включенном положении. Отдельные присоединения в нормальном режиме работы могут быть подключены к одной или обеим системам рабочей системы шин. Обходная система шин используется – как в предыдущей схеме – для ремонта выключателя одного из присоединений.
Для РУ генераторного напряжения электростанций (6, 10, 20 кВ) применяется схема с двумя рабочими системами сборных шин без обходной.
^
Схемы 3/2 и 4/3
Полуторная схема (а) или схема 3/2 применяется для РУ 330 – 500 кВ электростанций и подстанций. В данной схеме используется три выключателя на два присоединения. При этом ремонт любого выключателя и любой системы шин производится без отключения присоединений. Схема не требует установки ШСВ.
 |
Схема 4/3 также применяется для РУ 330 – 500 кВ электростанций и подстанций. В ней четыре выключателя используются для подключения трех присоединений (б).
