5 -2 СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ НА СТОРОНЕ 6

5 -2. СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ НА СТОРОНЕ 6 -10 к. В а) Схема с одной системой сборных шин На электростанциях и подстанциях широко распространена схема с одной системой шин, секционированной выключателем (рис. 5 -8). Рис. 5 -8. Схема с одной системой сборных шин, секционированной выключателем.

Источники питания ИП 1, ИП 2 и линии присоединяются к сборным шинам через выключатели и разъединители. На каждую цепь необходим один выключатель. Разъединители служат для создания видимого разрыва при ремонтах и не являются оперативными элементами. Достоинствами схемы являются простота, наглядность, экономичность, достаточно высокая надежность. При повреждении одной линии (КЗ в точке К 2) (рис. 5 -8) отключаются выключатели В 2, В 3 и автоматически включается ВС 2, восстанавливая питание первой секции ГПП по линии Л 4. При КЗ на шинах в точке К 1 отключаются выключатели ВС 1, В 5, В 3 и автоматически включается ВС 2. При отключении одного из источников нагрузку принимает оставшийся в работе источник питания.

Питание ГПП в рассмотренных аварийных режимах не нарушается благодаря наличию двух питающих линии, присоединенных к разным секциям станции, каждая из которых должна быть рассчитана на полную нагрузку (100%ный резерв по сети). При наличии такого резерва по сети схема с одной секционированной системой шин может быть рекомендована для ответственных потребителей.

Однако схема обладает и рядом недостатков: При повреждении и последующем ремонте одной секции ответственные потребители, нормально питающиеся с обеих секций, остаются без резерва, а потребители, нерезервированные по сети, отключаются на все время ремонта. В этом же режиме источник питания, подключенный к ремонтируемой секции, отключается на все время ремонта. Схема с одной системой сборных шин широко применяется для подстанций на напряжении 6— 35 к. В и для питания собственных нужд станций, где в полной мере можно использовать ее достоинства, особенно благодаря применению комплектного распределительного устройства.

На генераторном напряжении возможно применение схемы с одной системой шин, соединенной в кольцо (рис. 5 -9). Сборные шины разделены на секции по числу генераторов. Секции соединяются между собой секционными выключателями ВС и секционными реакторами РС, которые служат для ограничения тока КЗ на шинах. Линии 6— 10 к. В присоединяются к сборкам С 1—С 6, получающим питание через групповые сдвоенные реакторы СР 1, СР 2, СР 3 от соответствующих секций ГРУ. Количество групповых реакторов зависит от числа линий и общей нагрузки потребителей 6— 10 к. В. Благодаря малой вероятности аварий в самом реакторе и ошиновке от реактора до главных сборных шин и до сборок КРУ присоединение группового реактора осуществляется без выключателя, предусматривается лишь разъединитель для ремонтных работ в ячейке реактора. Для линий в этих случаях применяются ячейки КРУ.

Рис. 5 -9. Схема с одной системой сборных шин, соединенной в кольцо.

Каждая ветвь сдвоенного реактора может быть рассчитана на ток от 600 до 3000 А, т. е. возможно присоединение нескольких линий напряжением 6 к. В к каждой сборке. На схеме (рис. 5 -9) восемнадцать линий присоединены через три групповых реактора; таким образом, число присоединений к главным сборным шинам уменьшается по сравнению со схемой без групповых реакторов на 15 ячеек, что значительно увеличивает надежность работы главных шин электростанции, снижает затраты на сооружение РУ и уменьшает время монтажа благодаря применению комплектных ячеек для присоединения линий 6— 10 к. В. Питание ответственных потребителей производится не менее чем двумя линиями от разных сдвоенных реакторов, что обеспечивает надежность электроснабжения.

Назначение секционных реакторов РС – ограничение токов КЗ. Однако, так как реакторы обладают сопротивлением, то при отключении генератора на секции может сильно снизиться напряжение. Чтобы этого не произошло, при отключении генератора секционные реакторы шунтируют разъединителями ШР. Рассмотренная схема рекомендуется для ТЭЦ с генераторами до 60 МВт включительно, если потребители питаются по резервируемым линиям, а число присоединений к секции не превышает шести—восьми.

б) Схема с двумя системами сборных шин При большом количестве присоединений и особенно 1 -й и 2 -й категории для ГРУ ТЭЦ рекомендуется схема с двумя системами сборных шин (рис. 5 -10). Каждый элемент присоединяется через развилку двух шинных разъединителей, что позволяет осуществлять работу как на одной, так и на другой системе шин. На рис. 5 -10 схема изображена в рабочем состоянии: генераторы Г 1 и Г 2 присоединены на первую систему сборных шин 1 СШ, от которой получают питание групповые реакторы и трансформаторы связи Т 1 и Т 2. Вторая система шин 2 СШ является резервной, напряжение на ней нормально отсутствует. Обе системы шин могут быть соединены между собой шиносоединительными выключателями ШСВ 1 и ШСВ 2, которые в нормальном режиме отключены.

Рис. 5 -10. Схема с двумя системами сборных шин.

Возможен и другой режим работы этой схемы, когда обе системы шин находятся под напряжением и все присоединения распределяются между ними равномерно. Такой режим, называемый работой с фиксированным присоединением цепей, обычно применяется на шинах повышенного напряжения. Достоинством этой схемы является возможность ремонта любой системы шин без отключения потребителей и источников. В этом случае после включения ШСВ переводят все присоединения на резервную систему шин, включая соответствующие разъединители, и отключают рабочую систему шин для ремонта. Другим достоинством является то, что при КЗ на одной системе шин потребители теряют питание только на время переключений на резервную систему шин.

Рассматриваемая схема является гибкой и достаточно надежной. К недостаткам ее следует отнести большое количество разъединителей, изоляторов, токоведущих материалов и выключателей, более сложную конструкцию распределительного устройства, что ведет к увеличению капитальных затрат на сооружение ГРУ. Существенным недостатком является использование разъединителей в качестве оперативных аппаратов. Большое количество операций разъединителями и сложная блокировка между выключателями и разъединителями приводят к возможности ошибочного отключения тока нагрузки разъединителями. Вероятность аварий из-за неправильного действия обслуживающего персонала в схемах с двумя системами шин больше, чем в схемах с одной системой шин.

5 -3. СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ НА СТОРОНЕ 35 к. В И ВЫШЕ а) Схемы блоков трансформатор — линия При небольшом количестве присоединений на стороне 35— 220 к. В применяют упрощенные схемы, в которых обычно отсутствуют сборные шины. В некоторых схемах выключателей высокого напряжения вообще не предусматривают. Упрощенные схемы позволяют снизить стоимость распределительного устройства, ускорить его монтаж. Такие схемы наибольшее распространение получили на подстанциях. Одной из упрощенных схем является схема блока трансформатор — линия (рис. 5 -11, а). В рассматриваемой схеме трансформатор Т 1 соединен с линией Л 1 выключателем В 2. При аварии в линии отключаются выключатели В 1 и В 2, работа трансформатора прекращается; при аварии в трансформаторе отключаются выключатели В 2, В 3.

Рис. 5 -11. Схемы блоков трансформатор — линия. а — с выключателем; б — без выключателя.

Для уменьшения затрат на сооружение РУ ВН можно не устанавливать выключатель В 2, передав его функции отделителю ОД (рис. 5 -11, б). В нормальном режиме отделитель способен отключить ток намагничивания трансформатора, а нагрузку отключает выключатель В 3. При повреждении в трансформаторе или со стороны низкого напряжения релейной защитой включается короткозамыкатель, создавая искусственное КЗ, на которое реагирует релейная защита выключателя В 1. Он отключается, после чего автоматически отключается отделитель ОД. Транзитная линия, к которой присоединяется трансформатор, должна остаться под напряжением, поэтому после срабатывания ОД автоматически включается выключатель В 1. Пауза в схеме автоматического повторного включения (АПВ) должна быть согласована с временем отключения ОД, в противном случае линия будет включена на не устраненное повреждение в трансформаторе.

Основным достоинством схемы (рис. 5 -11, б) является экономичность, что привело к широкому применению таких схем для одно-трансформаторных подстанций, включаемых глухой отпайкой к транзитной линии. Надежность работы рассмотренной схемы зависит от четкости и надежности работы КЗ и ОД, поэтому в последнее время намечается переход на замену КЗ и ОД открытого исполнения на КЗ и ОД закрытого исполнения с элегазом, которые имеют значительно меньшее время включения и отключения и надежнее в работе. По тем же причинам вместо отделителя может быть установлен выключатель нагрузки ВН.

б) Схемы мостиков При двух линиях 35— 110 к. В и двух трансформаторах возможно применение схемы мостиков (рис. 5 -12). Нормально выключатель В 3 на перемычке включен. При повреждении на линии Л 1 отключается выключатель В 1, трансформаторы Т 1 и Т 2 остаются в работе, связь с энергосистемой осуществляется по линии Л 2. При повреждении в трансформаторе Т 1 отключается выключатель В 4 со стороны 6— 10 к. В и выключатели В 1 и В 3. В этом случае линия Л 1 оказалась отключенной, хотя никаких повреждений на ней нет, что является недостатком схемы мостика. Если учесть, что аварийное отключение трансформаторов бывает редко, то с таким недостатком схемы можно мириться, тем более что после отключения В 1 и В 3 и при необходимости вывода в ремонт поврежденного трансформатора отключают разъединитель Р 1 и включают В 1, В 3, восстанавливая работу линии Л 1. Более существенным недостатком схемы является отключение соответствующих линий при ревизии выключателя В 1 и В 2 на все время производства ремонта.

Основным достоинством схемы является экономичность (три выключателя на четыре присоединения) и простота. Конструкция распределительного устройства должна предусматривать возможность перехода от схемы мостика к другим схемам при расширении электростанции. Возможно применение второго варианта схемы мостика (рис. 5 -12, б) с перемычкой в сторону линий. В такой схеме аварийное отключение линии вызовет отключение неповрежденного трансформатора. Аварийность линий значительно выше, чем трансформаторов, поэтому второй вариант схемы мостика применяется при коротких линиях. Для сохранения в работе обеих линий при ревизии любого из выключателей (В 1, В 2, В 3) предусматривается дополнительная перемычка из двух разъединителей Р 3, Р 4 (рис. 5 -12, а).

Рис. 5 -12. Схемы мостиков с выключателями. а — перемычка в сторону трансформаторов; б — перемычка в сторону линий.

Схема мостика с выключателями рекомендуется на подстанциях на среднем напряжении при двух отходящих линиях и на высоком напряжении при необходимости секционирования сети или возможности перехода к другим схемам с выключателями.

в) Кольцевые схемы 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. 5 -13, а). Многократное присоединение элемента в общую схему увеличивает гибкость и надежность работы, при этом число выключателей в рассматриваемой схеме не превышает числа присоединений.

Рис. 5 -13. Кольцевые схемы. а — схема треугольника; б — схема четырехугольника; в — схема шестиугольника.

В кольцевых схемах ревизия любого выключателя производится без перерыва работы какого-либо элемента. Так, при ревизии выключателя В 1 обе линии и трансформатор остаются в работе, однако схема становится менее надежной. Если в этом режиме произойдет КЗ на линии Л 2, то отключатся выключатели В 2 и В 3, и обе линии и трансформатор останутся без напряжения. Полное отключение всех элементов подстанции произойдет также при КЗ на линии и отказе одного выключателя. Вероятность совпадения повреждения на линии с ревизией выключателя 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. На рис. 5 -13, 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.

Достоинством всех кольцевых схем является использование разъединителей только для ремонтных работ. Количество операций разъединителями в таких схемах невелико. К недостаткам кольцевых схем следует отнести более сложный выбор трансформаторов тока, выключателей и разъединителей, установленных в кольце, так как в зависимости от режима работы схемы ток, протекающий по аппаратам, меняется. Кольцевые схемы получили распространение на гидростанциях и мощных узловых подстанциях для РУ 220— 500 к. В с небольшим числом присоединений (четыре — шесть). Кроме рассмотренных схем возможно применение схем объединенных многоугольников (см. рис. 5 -25).

Рис. 5 -25. Схема мощном ГЭС.

г) Схемы с одной рабочей и обходной системами шин Схема с одиночной секционированной системой шин (рис. 58) при большом количестве присоединений обладает рядом существенных недостатков, в том числе необходимостью отключения линий или источников питания на все время ремонта выключателя в их цепи. При напряжениях 110 к. В и выше длительность ремонта выключателей возрастает, и становится недопустимым отключать цепь на все время ремонта, поэтому схема по рис. 5 -8 применяется обычно для РУ 6 – 35 к. В.

Одним из важных требований к схемам на стороне высшего напряжения является создание условий для ремонтов и опробований выключателей без перерыва работы. Этим требованиям отвечает схема с обходной системой шин (рис. 514). В нормальном режиме обходная система шин ОСШ находится без напряжения, разъединители РО, соединяющие линии и трансформаторы с ОСШ, отключены. В схеме предусматривается обходной выключатель ВО, который может быть присоединен к любой секции с помощью развилки из двух разъединителей. Секции в этом случае расположены параллельно другу. Выключатель ВО может заменить любой другой выключатель, для чего надо произвести следующие операции: включить обходной выключатель ВО для проверки исправности ОСШ, отключить ВО, включить РО, включить ВО, отключить выключатель В 1, отключить разъединители Р 1 и Р 2.

Рис. 5 -14. Схема с одной рабочей и обходной системами шин. а — схема с обходным и секционным выключателем; б — режим замены линейного выключателя обходным; в — схема с совмещенным обходным и секционным выключателем.

После указанных операций линия получает питание через обходную систему шин и выключатель ВО от первой секции (5 -14, б). В целях экономии на подстанциях с небольшим числом присоединений возможно применение схемы, в которой функции секционного выключателя объединены с обходным (рис. 5 -14, в). Нормально выключатель ВС-ВО является секционным, при этом разъединители Р 3, Р 6 включены, а Р 4, Р 5 отключены. При ремонте В 1 отключают ВС-ВО, Р 6, затем включают Р 5 и ВС-ВО, который будет выполнять функцию обходного выключателя. В этом режиме нарушается параллельная работа линий Л 1, Л 2 и Л 3, Л 4, что может оказаться нежелательным или недопустимым для энергосистемы.

Существенным недостатком схем с одной системой шин является необходимость отключения всех цепей, присоединенных к данной секции, в случае ремонта шинных разъединителей или шин. Отказ в работе выключателя при КЗ на линии или в трансформаторе также приводит к отключению секции. При повреждении или отказе в работе секционного выключателя отключаются обе секции. При ремонте любой секции генерирующий источник отключается на все время работы. Последнее совершенно недопустимо для электростанций большой мощности.

д) Схема с двумя рабочими и обходной системами шин Для РУ напряжением 110 к. В и выше с большим числом присоединений широко применяется схема с двумя рабочими и обходной системами шин с одним выключателем на цепь (рис. 5 -15, а). Как правило, в установках 110 к. В и выше применяется фиксированное распределение присоединений: линии Л 1, Л 2 и источник ИП 1 присоединены к 1 -й системе шин, линии Л 3, Л 4 и источник питания ИП 2 присоединены ко 2 -й системе шин, перемычка с разъединителем Р включена и обходной выключатель служит одновременно шиносоединительным (ШСОВ). При необходимости использования ШСОВ по прямому назначению надо отключить его, разделив тем самым рабочие системы шин, затем отключить разъединитель Р и воспользоваться обходным выключателем.

Рис. 5 -15. Схема с двумя рабочими и обходной системой шин. схема с совмещенным обходным и шиносоединительным выключателем

Для РУ 110 к. В и выше существенными становятся недостатки схемы с двумя системами шин : • отказ одного выключателя при аварии приводит к отключению всех присоединений к данной СШ; • повреждение шиносоединительного выключателя равноценно КЗ на обеих системах шин, т. е. приводит к отключению всех присоединений; • большое количество операций разъединителями при выводе в ревизию и ремонт выключателей; • необходимость установки шиносоединительного, обходного выключателей и большого количества разъединителей увеличивает затраты на сооружение РУ. Некоторого увеличения гибкости и надежности схемы можно достичь секционированием одной или обеих систем шин. Дополнительные капитальные затраты могут оправдать себя только при большом количестве присоединений (более 12— 16).

е) Схема с двумя системами шин и тремя выключателями на две цепи В распределительных устройствах 330— 500 к. В применяется схема с двумя системами шин и тремя выключателями на две цепи. Как видно из рис. 5 -16, на шесть присоединений необходимо девять выключателей, т. е. на каждое присоединение «полтора» выключателя (отсюда происходит второе название схемы: «полуторная» или «схема с 3/2 выключателями на цепь» ). Каждое присоединение включено через два выключателя. Для отключения линии Л 1 необходимо отключить выключатели В 1, В 2, для отключения трансформатора Т 1 — В 2, В 3.

Рис. 5 -16. Схема 3/2 выключателя на цепь.

В нормальном режиме включены все выключатели, обе системы шин под напряжением. Для ревизии любого выключателя отключают его разъединители, установленные по обе стороны выключателя. Количество операций для вывода в ревизию — минимальное, разъединители служат только для отделения выключателя при ремонте. Достоинством схемы является то, что при ревизии любого выключателя все присоединения остаются в работе. Другим достоинством полуторной схемы является высокая ее надежность, так как все цепи остаются в работе даже при повреждении на сборных шинах. При равенстве числа источников питания и линий работа всех цепей сохраняется даже при отключении обеих систем шин; при этом может лишь нарушиться параллельная работа на стороне повышенного напряжения.

Для увеличения надежности одноименные элементы присоединяются к разным системам шин: Трансформаторы Т 1, Т 3 и линия Л 2 — к первой системе шин: линии Л 1, Л 3— трансформатор Т 2 — ко второй системе шин. При таком сочетании в случае повреждения любого элемента или сборных шин при одновременном отказе в действии одного из выключателей и ремонте выключателя другого присоединения отключается не более одной линии и одного источника питания. В схеме на рис. 5 -16 к сборным шинам присоединено три цепочки. Если таких цепочек будет более пяти, то шины рекомендуется секционировать выключателем.

Недостатками рассмотренной схемы являются: • отключение КЗ на линии двумя выключателями, что увеличивает общее количество ревизий выключателей; • удорожание конструкции РУ при нечетном числе присоединений, так как одна из цепей должна присоединяться через два выключателя; • снижение надежности схемы, если количество линий не соответствует числу трансформаторов. В данном случае к одной цепочке из трех выключателей присоединяются два одноименных элемента, поэтому возможно аварийное отключение одновременно двух линий; • усложнение цепей релейной защиты; • увеличение количества выключателей в схеме. Благодаря высокой надежности и гибкости схема находит широкое применение в РУ 330— 500 к. В на мощных электростанциях и узловых подстанциях.

ж) Схема с двумя системами шин и с четырьмя выключателями на три цепи В схеме на рис. 5 -17, а на каждое присоединение 4/3 выключателя. Наилучшие показатели схема имеет, если число линий в 2 раза меньше или больше числа трансформаторов. Схема с 4/3 выключателя на присоединение имеет все достоинства полуторной схемы и кроме того: схема более экономична; секционирование сборных шин требуется только при 15 присоединениях и более; конструкция ОРУ по рассмотренной схеме достаточно экономична и удобна в обслуживании, если принять компоновку с двухрядным расположением выключателей (рис. 5 -17, б). Схема находит применение в РУ 330— 500 к. В мощных КЭС.

а) б) Рис. 5 -17. Схема 4/3 выключателя на цепь. а — четырехрядное расположение выключателей; б — двухрядное расположение выключателей.