4.4. СХЕМЫ ПРИСОЕДИНЕНИЯ К СЕТИ ПОНИЖАЮЩИХ ПОДСТАНЦИЙ

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 (рис. 4.7):

ответвительные — присоеди­няемые к одной (рис. 4.7, в) или двум (рис. 4.7, 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 (рис. 4.7, д);

узловые — присоединяемые к сети не менее чем по трем пита­ющим линиям (рис. 4.7, 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.

Таблица 4.3

Частота использования разных схем присоединения подстанций

в сетях 110-330 кВ

 

Напряжение сети, кВ

Частота использования схем, %, по рис. 4.7

а

б

в

г

д

е, ж

110

7

14

10

28

27

14

220

7

10

4

8

45

26

330

10

4

-

-

44

42

Из приведенных данных видно, что большинство ПС присоединяет­ся к сети по двум линиям. Имеется тенденция к увеличению числа линий 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.

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, число и направление 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.

Главная схема электрических соединений ПС выбирается с исполь­зованием типовых схем РУ 35—750 кВ, нашедших широкое примене­ние при проектировании. Нетиповая главная схема применяется при наличии технико экономических обоснований или специального тре­бования заказчика. Обычно нетиповые схемы применяются при рекон­струкции действующих ПС.

 

На рис. 4.8 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»(ЗН,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

Типовые схемы РУ 35-750 кВ

Номер типовой схемы по рис 4.8

Наименование схемы

 

 

Область применения

Дополнительные условия

 

 

Напряжение, кВ

Сторона подстанции

Кол-во присоединяемых линий

1

Блок (линия–транс­форматор) с разъедини­телем

35-330

ВН

1

1. Тупиковые ПС, питаемые линией без ответвлений. 2. Охват трансформатора линейной защитой со сторо­ны питающего конца или передача телеотключающего импульса

Блок (линия–транс­форматор) с выключа­телем

35-220

ВН

1

Тупиковые и ответвительные ПС

Два блока с выключате­лями и неавтоматичес­кой перемычкой со стороны линий

35-220

ВН

2

1. Тупиковые и ответвитель­ные ПС 2. Недопустимость примене­ния отделителей

Мостике выключате­лями в цепях линий и ремонтной перемычкой со стороны линий

35-220

ВН

2

1. Проходные ПС 2. Мощность трансформато­ров до 63 МВ-А включитель­но

5АН

Мостике выключателя­ми в цепях трансформа­торов и ремонтной перемычкой со стороны трансформаторов

35-220

ВН

2

1. Проходные ПС 2. Мощность трансформато­ров до 63 МВ-А включительно

7

Четырехугольник

22Q-750

ВН

2

На напряжении 220 кВ – при мощности трансформаторов 125 МВ-Аи более

8

Расширенный четырех­угольник

220

ВН

4

1. Отсутствие перспективы увеличения количества линий 2. Наличие двух ВЛ, не име­ющих ОАПВ

9

Одна секционирован­ная система шин

35

ВН,

СН, НН

3 и более

 

12

Одна секционирован­ная система шин с обходной с отдельными секционным и обход­ным выключателем

110—

220

ВН,

СН

3 и более

Количество радиальных ВЛ не более одной на секцию

13

Две несекционированные системы

110-220

ВН,

СН

3-13

При невыполнении условий для применения схемы 12

14

Две секционированные системы шин с обход­ной

110—

220

СН

Более 13

1. При невыполнении усло­вий для применения схемы 12 2. На 220 кВ при 3-4 транс­форматорах по 125 МВ-Аи более при общем числе присоединений 12 и более 3. При необходимости деле­ния сети для снижения токов КЗ

15

Трансформаторы — шины с присоединени­ем линий через два выключателя

330-750

ВН,

СН

330-500 кВ -4; 750 кВ

-3

Отсутствие перспективы увеличения количества ВЛ

16

Трансформаторы — шины с полуторным присоединением линий

330-750

ВН,

СН

5-6

 

17

Полуторная схема

330-

750

ВН,

СН

6 и более

             

Примечание.

Количество присоединений равно количеству линий плюс два трансформато­ра (за исключением схем 1 и ЗН, предусматривающих установку одного транс­форматора).

Блочные схемы 1, ЗН 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 ЗН при­меняется вместо схемы 4Н в условиях стесненной площадки.

Мастиковые 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.

Схема четырехугольников. 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 первом этапе при одном AT устанавливается три выключателя.

Схема 8 может применяться для узловых ПС 220 кВ (при трех—че­тырех ВЛ). При этом присоединение AT должно осуществляться к бо­лее коротким ВЛ, не имеющим ОАПВ. Схема применима также при двух ВЛ и необходимости установки четырех AT

Схемы с одной и двумя системами шин. Схема 35-9 используется, как правило, на стороне СН и НН ПС 110—330 кВ.

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.

Схема 110-12 используется на стороне ВН узловых ПС в сети И 0 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. Тем не менее, вне зависимо­сти от типовых рекомендаций, по требованиям эксплуатационных организаций на стороне СН ПС 220 (330, 500) кВ схема 13 находит бо­лее широкое применение, чем схема 12.

Схема 14 имеет значительно меньшую область применения, так как с учетом мощности используемых AT и пропускной способности ВЛ 110—220 кВ количество присоединений на СН 110 и 220 кВ не должно превышать 15, что иллюстрируется приведенными ниже данными:

 

Количество и

Максимальная

Количество присоединений

 

Напряжение ПС, кВ

мощность AT,

расчетная нагрузка,

 

 

MBA

МВА

10-12

220(330)/110/НН

2x200

280

5-8

500/220/НН

2x501

700

 

 

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 и 1150/500 кВ. Схемы 16-17 для напряжений 330-500 кВ при­меняются, как правило, на стороне СН. При четырех AT (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 рис. 4.9. Схема с одной секциониро­ванной выключателем системой шин (рис. 4.9, 1) применяется при двух трансформаторах с нерасщепленными обмотками НН, схема с двумя сек­ционированными системами шин (рис. 4.9, 2) — при двух трансформаторах с расщепленной обмоткой НН или сдвоенных реакторах, схема с тремя или четырьмя одиночными секционированными системами шин (рис. 4.9, 3) – при двух трансформаторах с

 

расщепленной обмоткой НН и сдвоенных ре­акторах. Для повышения надежности и удобства эксплуатации в последней редакции типовых схем принята последовательная установка двух секционных выключателей 10 кВ; второй выключатель допустимо не устанавливать, если требуемая надежность может быть достигнута другим способом (на­пример, установкой более дорогого, но более надежного выключателя).

Синхронный компенсатор присоединяется непосредственно к об­мотке НН AT по блочной схеме (рис. 4.9,4) с пуском через реактор.

Батареи статических конденсаторов при их присоединении на НН подключаются обычно к секциям РУ НН.

 

 

Для ПС с ВН 35—220 кВ освоено заводское изготовление блочных комплектных ТП (КТП) — КТПБ (см. п. 5.7). На рис. 4.10 приведены схемы выпускаемых заводом КТПБ 110 кВ, выполненных по упрощен­ным схемам с выключателями на ВН, т. к. КТПБ с отделителями и короткозамыкателями уже не выпускаются.

Схемы КТПБ 220 кВ с упрощенными схемами на стороне ВН при­ведены на рис. 4.11. Целесообразное количество ВЛ 110 кВ, отходящих от подстанций с ВН 220 кВ, приведено ниже:

 

Мощность AT, MBA

2x63

1x125

2x200

Количество ВЛ110 кВ

4

6-8

10-12