Выбор схемы распределения на высоком напряжении

Выбор схемы распределения энергии на высоком напряжении

Распределение электрической энергии от ГПП (ГРП) до цеховых подстанций выполняется по радиальным, магистральным или смешанным схемам в зависимости от расположения потребителей, а также от требуемого уровня надежности электроснабжения.

Понизительные подстанции являются основным звеном системы электроснабжения. В зависимости от положения в энергосистеме, назначения, величины первичного и вторичного напряжения, их можно подразделить на районные подстанции, подстанции промышленных предприятий, подстанции городской электрической сети и др.

Подстанцией называется электроустановка, служащая для преобразования и распределения электроэнергии и состоящая из трансформаторов или других преобразователей энергии распределительных устройств напряжением до и выше 1000В.

В зависимости от назначения подстанции бывают трансформаторными (ТП), преобразовательными (ПП), выпрямительными и т.п.

Районными называются подстанции, питающиеся от районных (основных) сетей энергосистемы. Они предназначены для питания больших районов, в которых находятся промышленные, городские, сельскохозяйственные и другие потребители электроэнергии.

Центром питания (ЦП) называется распределительное устройство генераторного напряжения электростанции или подстанции или распределительное устройство вторичного напряжения понизительной подстанции энергосистемы (имеющей устройство для регулирования напряжения), к которому подключены распределительные сети данного района.

Распределительным пунктом (РП) называется подстанция промышленного предприятия, предназначенная для приема и распределения электроэнергии на одном напряжении без преобразования и трансформации.

Независимым источником питания называется источник питания данного объекта, на котором сохраняется напряжение при исчезновении его на других источниках.

Системы электроснабжения разделяют на системы внешнего электроснабжения (воздушные и кабельные линии от подстанции энергосистемы до главной подстанции ГПП или распределительного пункта ЦРП) и систему внутреннего электроснабжения (распределительные линии от ГПП и ЦРП до цеховых трансформаторных подстанций).

Радиальные схемы . На рисунке 1 показана радиальная схема электроснабжения. При этой системе подстанции питаются отдельными линиями. Распределительных пунктов РП может быть один или несколько в зависимости от величины передаваемой мощности и от расположения подстанций на территории предприятия.

Иногда распределительный пункт совмещается с одной из цеховых подстанций, обслуживающей ближайших потребителей (РТП).

В данной схеме предусмотрена установка выключателей на всех линиях высокого напряжения. На распределительные пункты заводится по две линии от каждой секции шин ГРП. Распределительные пункты имеют две секции шин 6-10кВ, которые в случае надобности (например, при выходе из строя или отключении на ремонт одной из линий от ГРП) могут быть соединены при помощи секционного выключателя.

Для обеспечения полного отключения линий, которые могут иметь обратное питание (линии к РП), и для ремонта выключателей разъединители устанавливаются с обеих сторон выключателя. На цеховых подстанциях устанавливаются обычно только разъединители. Цеховые подстанции, как это видно из схемы, могут подключаться как к шинам главного распределительного пункта, так и к шинам промежуточных распределительных пунктов.

Схема питания РП-3 одной линией применяется в редких случаях для малоответственных потребителей III категории, поскольку при выходе из строя единственной питающей линии 7 выходит из строя не только РП-3, но и прекращается питание всех присоединенных к нему подстанций (в данном случае ТП-8 и ТП-9).

Рис. 1. Радиальная схема электроснабжения

Такая схема питания может быть допущена и для потребителей II категории, но при условии, что питающая линия 7 выполнена двумя или несколькими кабелями, подключенными к ГРП и РП, как указано на рисунке 2

Рис.2. Схема присоединения кабельных линий при радиальных схемах питания для потребителей II категории

Рис.3. Радиальная схема питания цеховых подстанцийсо сквозным резервным кабелем (применяется дляпотребителей II категории)

Отыскание места повреждения и отключение поврежденного кабеля с двух сторон при помощи двух разъединителей не отнимает более 30 мин, что следует считать допустимым. При питании воздушными линиями, как уже указывалось, допускается питание потребителей II категории одной линией, поскольку воздушные линии более надежны, чем кабельные линии, чаще выходящие из строя (например, при раскопках).

При питании по радиальной схеме иногда применяется резервирование нескольких подстанций одним «сквозным» кабелем. Такая схема представлена на рисунке 3. Сечение сквозного резервного кабеля выбирают по условию питания одной наиболее мощной подстанции из рассматриваемой группы. Схема применима для потребителей II категории, поскольку дежурный персонал может быстро подключить одну из подстанций (при аварийном отключении) к резервному кабелю.

РП, от которых питаются потребители I категории, подключаются к двум секциям ГРП отдельными линиями, причем секционный выключатель СВ включается автоматически при отключении любой из питающих линий. Каждая из питающих линий высокого напряжения рассчитывается на полную нагрузку с учетом допустимой перегрузки.

Радиальные схемы электроснабжения весьма надежны в отношении бесперебойности питания, однако, требуют большого количества высоковольтной аппаратуры и значительных расходов на сооружение линий и распределительных устройств. Во многих случаях радиальные схемы себя не оправдывают и заменяются магистральными.

Магистральные схемы. В отличие от радиальной схемы, при которой каждая цеховая подстанция питается отдельной линией высокого напряжения от ГРП (ГПП) или РП, при магистральных схемах одна и та же линия (воздушная или кабельная) заводится поочередно на шины нескольких трансформаторных подстанций (но не более пяти-шести).

Магистральная схема питания цеховых подстанций на напряжение 6-10кВ показана на рисунке 4. Из схемы видно, что трансформаторы цеховых подстанций могут подключаться к общей высоковольтной магистрали через масляные выключатели (ТП-1), разъединители и высоковольтные предохранители (777-2) и выключатели нагрузки и предохранители (777-3). Применение выключателей или разъединителей с предохранителями обусловлено мощностью трансформатора.

Рис. 4. Магистральная схема питания цеховых трансформаторных подстанций:

ВМ – выключатель масляный; ВН – выключатель нагрузки;

П – высоковольтные предохранители; Р – разъединитель

Магистральная схема обходится намного дешевле, чем радиальная схема электроснабжения, но имеет существенный недостаток: при аварии на любом участке магистральной линии или на шинах высокого напряжения любой из цеховых подстанций происходит отключение релейной защитой головного выключателя и все подстанции, присоединенные к данной магистрали, прекращают подачу электроэнергии потребителям.

Надежность электроснабжения повышается при устройстве общей резервной магистрали. На рисунке 5 дана схема распределительной сети высокого напряжения с общей резервной магистралью.

Рис. 5. Схемы питания одиночными магистралями с общей резервной магистралью на напряжение 6-10 кВ:

ВМ – выключатель масляный; ВН – выключатель нагрузки; Р – разъединитель

П – высоковольтный предохранитель; РМ – резервная магистраль

В этой схеме при нормальном режиме питание цеховых подстанций производится по рабочим магистралям, а при выходе из строя одной из рабочих магистралей отключается (с двух сторон) поврежденный участок и питание переводится на резервную магистраль, постоянно находящуюся под напряжением. Приведенная схема может применяться для питания потребителей II и III категорий. Недостаток схемы в том, что в нормальном режиме резервная линия не используется для передачи энергии.

Другим видом магистральной схемы, пригодной для электроснабжения потребителей II категории, следует считать схему разомкнутой кольцевой магистрали (см. рис. 6). Питание полуколец схемы рекомендуется осуществлять от разных секций ГРП (ГПП).

Рис. 6. Кольцевая магистральная схема электроснабжения

Из характерных магистральных схем внутреннего электроснабжения промышленных предприятий приведем еще весьма гибкую и удобную в эксплуатации схему с двусторонним питанием (см. рис.7). В нормальном режиме схема разомкнута. Сечения кабелей рассчитаны на возможную передачу всей мощности (с учетом допустимой перегрузки), поэтому при повреждении в любой точке схемы питание потребителей восстанавливается (после нахождения участка повреждения) довольно быстро.

Рис. 7. Магистральная (разомкнутая) схема электроснабженияс двусторонним питанием

Данная схема также применяется для питания потребителей II и III категорий. Место размыкания может быть выбрано произвольно, но для получения минимальных потерь мощности желательно, чтобы разрыв был в точке токораздела.

При подключении к двум независимым питающим центрам должна быть обеспечена соответствующая блокировка от несинхронных включений (т.е. включение на параллельную работу, не предусмотренное нормальным режимом электросети).

Для промышленных потребителей I категории магистральные схемы обычно не применяются. Для этих потребителей наиболее надежным являются автоматизированные радиальные схемы питания.

Схемы городских электрических сетей напряжением 6-10 кВ

Схемы городских сетей высокого напряжения разнообразны и зависят от требований, предъявляемых к ним по степени надежности электроснабжения. Эти сети имеют определенную специфику по сравнению с промышленными сетями, поскольку потребители всех трех категорий могут встретиться в любом из микрорайонов городской застройки.

Как и в сетях для промышленных предприятий, в городских сетях 6-10кВ могут применяться рассмотренные радиальные и магистральные схемы. Приведем лишь некоторые дополнительные схемы, характерные для городских сетей.

В сетях больших городов применяется либо радиальная схема с параллельной работой нескольких линий на шины одной или нескольких подстанций, связанных между собой кабельными линиями, либо автоматическое включение резервного питания (АВР).

На рисунке 8 показана схема питания городского РП двумя параллельными линиями, оборудованными максимально направленной защитой. Установка простой максимальной защиты в данном случае недопустима, т.к. при коротком замыкании, например, в кабеле 1, произойдет отклонение обоих выключателей В-1 и В-2, и РП останется без питания при установке максимальной направленной защиты отключается только В-1, а В-2 остается во включенном состоянии. Затем аварийный кабель К-1 отключается с некоторой выдержкой времени выключателем питающего центра и вся нагрузка РП переводится на кабель К-2. Из рассмотренной схемы следует, что в нормальном режиме каждый из кабелей должен быть загружен только на 65% от допустимой нагрузки с тем, чтобы в аварийном режиме его нагрузка составляла не более 130% в этом недостаток данной схемы.

Рис. 8. Радиальная схема питания городского РП двумя параллельными линиями с направленной защитой

Другим вариантом является схема с тремя параллельно работающими кабелями.

На рисунке 9 показана такая схема, применяемая для питания двух РП. При повреждении в одном из кабелей он отключается с двух сторон выключателями, а питание потребителей и продолжается по двум оставшимся в работе линиям бесперебойно.

Рис. 9. Схема питательной сети с максимально направленнойзащитой с тремя параллельными линиями

Приведенная схема имеет преимущество по сравнению со схемой рисунке 8, поскольку, не снижая надежности питания, она позволяет загружать кабели в нормальном режиме до 80%. При повреждении одного из кабелей каждый из оставшихся в работе будет загружен на 120%. Таким образом, использование проводникового материала повышается.

В радиальных схемах городских электрических сетей широко применяется АВР на секционном выключателе. Устройство для АВР может быть установлено не только на секционном выключателе, но и на одной из двух кабельных линий или на кабельной связи между двумя распределительными пунктами.

Схемы с АВР на высоком напряжении применяются в комбинации с максимально направленной защитой. На рисунке 10 приведена такая схема.

Рис. 10. Схема питания с тремя кабелями, два из которых оборудованымаксимально направленнойзащитой. АВР установлено на секционномвыключателе

Кабели К-1 и К-2 оборудованы максимально-направленной защитой и загружены в нормальном режиме на 65%. Секционный выключатель служит для АВР и включается при выходе из строя кабеля Кз. загружаемого в нормальном режиме на 100%.

Таким образом, суммарная нагрузка всех трех кабелей в нормальном режиме составляет 230%. При выходе из строя кабелей К1 или К2 оставшийся в работе загружается до 130%, а при аварии с кабелем Кз его нагрузка равномерно распределяется между кабелями К1 и К2. которые при этом будут нести нагрузку по 115% от номинальной.

Схемы с АВР на высоком напряжении широко применяются для электроснабжения потребителей I и II категорий.

За последние годы получила распространение в крупных городах, особенно в Москве, так называемая двухлучевая схема с ЛВР на стороне низкого напряжения. Двухлучевая схема предусматривает питание каждой из подключаемых подстанций с двумя трансформаторами (мощностью до 630кВа), двумя кабельными линиями (лучами) от двух разных питающих подстанций или от разных секций шин питающего центра. Схема приведена на рисунке 11.

Рис. 11. Двухлучевая магистральная схема сети высокого напряженияс контакторной автоматикой (АВР) на стороне низкого напряжения

В цепи низшего напряжения каждого силового трансформатора устанавливаются контакторные станции (типа ПЭЛ) или автоматические выключатели (типа АВ).

При исчезновении напряжения на одном из трансформаторов контакторы переключают нагрузку на трансформатор и линию высокого напряжения, оставшиеся в работе.

Двухлучевая схема применяется для многоэтажной застройки и пригодна для питания потребителей любой категории.

Двухлучевая схема с АВР на стороне низшего напряжения имеет ряд преимуществ:

1. Переключение с одного луча на другой продолжается всего 0,2-0,3 сек, тогда, как АВР на высоком напряжении включается за 1-1,5 сек.

2. При АВР на низком напряжении резервируются не только линии высокого напряжения, но и силовые трансформаторы.

3. Снижаются затраты на сооружение трансформаторных пунктов, поскольку потребность в высоковольтном оборудовании сводится до минимума.

4. Схема самовосстанавливается при появлении напряжения на шинах высокого напряжения, тогда как восстановление схем АВР на высоком напряжении производится вручную дистанционно.

Проектирование городских электрических сетей произвол с учетом перспективного роста нагрузок в течение 5-8.

С учетом этого рекомендуется осуществлять развитие сетей этапно. Поэтапное развитие электрических сетей заключается в том, что по мере роста нагрузок производится докладка кабелей, а в подстанциях устанавливаются вначале менее мощные трансформаторы, впоследствии заменяемые на предусмотренные проектом. Такая система сооружения сетей позволяет бежать замораживания средств и цветного металла на длительное время.

Некоторые схемы радиального питания цеховых ТП показаны на рисунке 12. Схема питания однотрансформаторной подстанции одной линией может быть использована для электроснабжения потребителей 3-й категории надежности (см. рис. 12, а). При питании такой же ТП двумя линиями и при условии, что имеется складской резервный трансформатор схема (см. рис. 12, б) может быть использована для питания потребителей 2-й и 3-й категорий надежности.

Рис. 12. Схемы радиального питания цеховых подстанций

Схема питания двухтрансформаторной подстанции (рис. 12, в) также отвечает требованиям электроснабжения потребителей 2-й и 3-й категорий надежности. Схема на рисунке 12, г используется для питания потребителей 1-й, 2-й и 3-й категорий надежности.

Рис. 13. Радиальное питание обособленных однотрансформаторных подстанций

Рис. 14. Схема распределения энергии с подключением двух радиальных или двухмагистральных линий к общему выключателю