Тупиковые и ответвительные ТП

 

Тупиковые трансформаторные подстанции (рис. 5.1) – это подстан ции, получающие электроэнергию от одной электроустановки по одной или нескольким параллельным ЛЭП.

Тупиковые подстанции на стороне 35–330 кВ выполняются по схеме блока трансформатор – линия (рис. 5.2) без коммутационного аппарата или с одним разъединителем, если защита линии со стороны источника питания имеет достаточную чувствительность к повреждениям в трансформаторе. Разъединитель не устанавливают, если предусмотрен кабельный ввод в трансформатор.

Тупиковые ТП также могут выполняться по схеме блока трансформатор-линия (рис. 5.3) с установкой разъединителя и предохранителя, если предохранитель обеспечивает надежную защиту трансформатора и если обеспечивается селективность с защитой линий на стороне низшего напряжения.

Примечание. Разъединителями разрешается отключение тока холостого хода силовых трансформаторов мощностью:

а) не более 750 кВА при напряжении до 10 кВ включительно;

б) не более 25 МВА при U до 35 кВ включительно;

в) не более 40 МВА при U до 110 кВ включительно.

Отключение и включение трансформаторов может производиться только горизонтально установленными трехполюсными разъединителями наружной установки с использованием механического или электрического привода. Отключение на холостом ходу трансформаторов с дугогасящими катушками в нейтрали можно производить только после отключения этих катушек. Порядок операций отключения намагничивающего тока силового трансформатора играет важную роль. Трансформаторы, применяющие РПН, необходимо перевести в режим недовозбуждения, так как при уменьшении индукции ток намагничивания резко уменьшается.

Для подстанций напряжением 35 кВ и выше при необходимости на стороне высшего напряжения может устанавливаться выключатель высокого напряжения (рис. 5.4).

Основным достоинством тупиковых подстанций является их высокая надежность, так как авария на одной из ТП не отражается на работе других подстанций, а в случае выхода из строя одной из двух параллельных ЛЭП, питающих подстанцию, электроснабжение потребителей может осуществляться по другой линии.

Недостатком тупиковых подстанций является сравнительно высокая стоимость линий электропередачи.

Ответвительные подстанции (рис. 5.5) – это подстанции, получающие электроэнергию от одной электроустановки и присоединенные глухой отпайкой к одной или двумя проходящим магистральным линиям.

Варианты состава оборудования ответвительных подстанций представлены на рис. 5.6.

 

 

На рис. 5.6, а представлена схема потребительской ТП с выключателем нагрузки QW и предохранителем FU на стороне высшего напряжения, а на рис. 5.6, б – две ответвительные ТП, подключенные к линии электропередачи напряжением 35 кВ, левая – через разъединитель QS 1 и отделитель QR, правая – через выключатель Q 1 и разъединители QS 2 и QS 3.

Проанализируем схему ответвительной двухтрансформаторной ТП с отделителями и короткозамыкателями, представленную на рис. 5.7.

Для отключения трансформатора в нормальном режиме достаточно отключить нагрузку выключателем, например, Q 3 со стороны низшего напряжения, а затем отключить ток холостого хода трансформатора отделителем QR 1 (допустимость операции зависит от мощности трансформатора и его номинального напряжения U _Н).

При устойчивом повреждении на линии W 1 выключатель Q 1 на СПП отключает поврежденную линию, Q 3 на ТП отключает нагрузку от трансформатора Т 1, а АВР включает секционный выключатель Q В, обеспечивая питание потребителей от трансформатора Т 2. Затем трансформатор Т 1 отключается отделителем QR 1.

Если линия W 1 выводится в ремонт, то отключается разъединитель QS 1, включаются разъединители в перемычке (QS 3 и QS 4), трансформатор Т 1 включается на холостой ход отделителем QR 1, а затем ставится под нагрузку включением выключателя Q 3 с последующим отключением секционного выключателя Q В.

Возможны и другие исполнения защиты. При повреждениях в трансформаторе, например, Т 1 релейной защитой отключается выключатель Q 3 и посылается импульс на отключение выключателя Q 1 на сетевой подстанции энергосистемы (по специальному кабелю, по линиям телефонной связи или по ВЧ-каналу). Получив телеотключающий импульс, выключатель Q 1 отключается, после чего в бестоковую паузу автоматически отключается и отделитель QR 1. Транзитная линия, к которой присоединяется трансформатор, должна остаться под напряжением, поэтому после срабатывания отделителя QR 1 автоматически включается выключатель Q 1. Пауза в схеме автоматического повторного включения (АПВ) должна быть согласована со временем отключения отделителя QR 1.

В схемах без телеуправления при возникновении аварии защита трансформатора выдает сигнал на автоматическое включение короткозамыкателя, например, QN 1. После его включения создается искусственное замыкание на землю, в результате которого срабатывает защита линии, и выключатель на СПП Q 1 отключается. В бестоковую паузу отключается отделитель QR 1, а затем по команде автоматизированной системы аварийного повторного включения производится включение выключателя Q 1. Необходимость установки короткозамыкателя вытекает из того, что релейная защита линии W 1 на подстанции энергосистемы может оказаться нечувствительной к повреждениям внутри трансформатора.

Надежность работы рассмотренной схемы зависит от четкости и надежности работы отделителя QR и короткозамыкателя QN. Поэтому часто короткозамыкатели открытого типа заменяют на элегазовые. По тем же причинам вместо отделителя может быть установлен выключатель нагрузки (QW).

Достоинством рассмотренных схем является их экономичность, что привело к широкому использованию таких схем для однотрансформаторных подстанций, включенных глухой отпайкой к транзитной линии.

Проходные подстанции

 

Проходная (транзитная) подстанция (рис. 5.8) – это подстанция, которая включается в рассечку одной или двух линий с двусторонним или односторонним питанием.

 

Проходные ТП включаются в электрические сети таким образом, чтобы через их РУ проходила основная часть электрической мощности. Меньшая ее часть через трансформаторы подается к потребителям. Один из возможных вариантов электрической схемы такой ТП с высшим напряжением 10 кВ показан на рис. 5.9.

Электроэнергия от линий электропередачи W 1 и W 2 через выключатели Q 1 и Q 3 подводится к шинам РУ 10 кВ. Часть ее через шины В 1 и В 2, а также выключатели Q 2 и Q 4 транзитом передается в линии W 3 и W 4 к другим подстанциям СЭС. Другая часть через выключатели Q 5 и Q 6 подается к трансформаторам Т 1 и Т 2, преобразуется и поступает на шины РУ низшего напряжения.

 

Возможны и другие схемы проходных ТП. Схема проходной подстанции, включенной в рассечку одной линии, представлена на рис. 5.10. Если подстанция включена в рассечку линии с двухсторонним питанием, то в цепях трансформаторов устанавливают отделители, а в перемычке – выключатель.

 

 

В нормальном режиме работы ТП выключатель Q 3 включен, а ремонтная перемычка (QS 3, QS 4) разомкнута. При повреждении трансформатора Т 1 релейная защита отключает выключатели Q 4 и Q 3, затем включает короткозамыкатель QN 1. В электрической цепи СПП ‒ ТП возникает ток КЗ. Поэтому на СПП релейная защита отключает выключатель Q 1.

В бестоковую паузу на ТП отключается отделитель QR 1, затем включаются выключатели Q 1 и Q 3, и электроснабжение потребителей возобновляется. Передача мощности при этом будет нарушена кратковременно. Так как трансформатор Т 1 окажется отключенным, то потребители будут получать питание от трансформатора Т 2 через секционный выключатель Q В.

При повреждении линии W 2 отключается выключатель Q 3, затем ‒ выключатель Q 2. Если АПВ линии оказалось неуспешным, то отключается выключатель Q 5 и под действием АВР будет включен секционный выключатель Q В. Таким образом, электроснабжение потребителей будет восстановлено.

При необходимости техобслуживания выключателя Q 3 отключается выключатель Q 1, включается перемычка QS 3, QS 4, через которую осуществляется передача мощности к потребителям.

Схема применяется при напряжениях от 35 до 220 кВ, но в РУ 35 кВ перемычка из разъединителей (QS 3, QS 4) не предусматривается, так как длительность ремонта выключателей 35 кВ невелика. На подстанциях 220 кВ перед отделителями устанавливаются разъединители, что позволяет сохранить транзит мощности по мостику с выключателями при ревизии отделителя.

Если по климатическим условиям установка отделителей и короткозамыкателей недопустима, то в цепи трансформатора могут применяться выключатели.

 

5.3. Узловые подстанции

Узловые подстанции часто выполняют функции главных понизительных подстанций (ГПП) и подключаются к сети таким образом, что связывают (в общем случае) электростанцию, несколько проходных, ответвительных и тупиковых ТП. Они обеспечивают отбор мощности, управление перетоками мощности в энергосистеме и одновременно питают группы мощных потребителей. В состав узловых ТП входят мощные трансформаторы или автотрансформаторы.

На схеме, показанной на рис. 5.11, изображена главная схема узловой ТП с высшим напряжением 220 кВ.

В ее состав входят трансформаторы Т 1 и Т 2, распредустройство 220 кВ собранное по схеме двух четырехугольников, РУ 110 кВ с двумя рабочими системами шин А 1 и А 2 и обходной системой шин А О и РУ 10 кВ с двумя одиночными секционированными системами сборных шин. К шинам низшего напряжения через токоограничивающие реакторы подключены два синхронных компенсатора G С. Автотрансформаторы подключается к реакторам через разъединители. Реакторы служат для ограничения токов КЗ, если последние возникают в отходящих линиях или на шинах РУ НН.

 

 

Примечание. Для упрощения схемы разъединители показаны в виде наклонных черточек и без буквенных обозначений.

Связь данной подстанции с другими подстанциями энергосистемы осуществляется через РУ ВН (220 кВ), РУ СН (110 кВ) линиями электропередачи W 1‒ W 5. При нормальной работе подстанции электроэнергия по линиям W 1 и W 2 от энергосистемы через выключатели Q 1, Q 2, Q 4 и Q 5 поступает на шины А 1 и А 2 и далее через выключатели Q 3 и Q 6 подается к отходящей линии W 3, а через разъединители – к автотрансформаторам Т 1 и Т 2.

С автотрансформаторов напряжение 110 кВ поступает на секции шин А 1 и А 2 РУ СН, а напряжение 10 кВ через реакторы – на шины РУ НН. Под напряжением 110 кВ электроэнергия с шин РУ СН подается к линиям электропередачи W 4 и W 5 и далее к другим подстанциям энергосистемы. Под напряжением 10 кВ электроэнергия подается к потребителям, размещенным вблизи от узловой подстанции.

Рассмотрим, как работает подстанция при возникновении аварии, например, при повреждении трансформатора Т 1. В этом случае защита отключает выключатели Q 4, Q 5 и Q 6. С системы шин А 1 напряжение оказывается снятым, но подача (напряжения) электроэнергии в линию W 3 продолжается через выключатели Q 1, Q 2 и Q 3. Поскольку система шин А 2 остается под напряжением, то с автотрансформатора Т 2 электроэнергия поступает и на секцию В 2 шин РУ СН (110 кВ) и на две секции шин РУ НН ‒ В 2 и В 4.

Затем отключается трансформаторный разъединитель. Производится отключение коммутационных аппаратов автотрансформатора со стороны РУ СН и РУ НН. После этого включаются выключатели Q 4, Q 5 и Q 6, восстанавливая питание системы шин А 1 РУ ВН. Аварийный трансформатор Т 1 выводится в ремонт. В РУ СН и РУ НН включается секционные и шиносоединительные выключатели, восстанавливая напряжение на отключенных шинах.

Главные схемы ТЭЦ