Проектирование электрической части районной подстанции ПС 110/35/10 кВ

Разработка упрощенной принципиальной схемы пс

2.1. Выбор и описание схемы электрических соединений на стороне высокого напряжения (ВН)

Для РУ ВН проектируемой районной подстанции, имеющей десять присоединений (восемь линий, два трансформатора мощностью S ном Т = 40 МВ∙А), учитывая отсутствие данных о параллельности линий или наличии резерва от других ПС, и руководствуясь рекомендациями [1] , принимается типовая схема № 11013 «Две рабочие и одна обходная системы шин».

В нормальном режиме обе рабочие системы шин K1С и K2С находятся под напряжением, а обходная система шин KBС отключена. Включены выключатели всех присоединений и шиносоединительный выключатель QKС, а обходной выключатель QBС отключен. Также отключены разъединители всех присоединений QSB к обходной системе шин KBС.

На первую систему шин K1С включены трансформатор Т 1 и линии W1С, W3С, W5С, W7С, на вторую систему шин – Т 2 и линии W2С, W4С, W6С, W8С. Обходная система шин охватывает все присоединения и необходима для вывода в ремонт выключателя любого присоединения без отключения этого присоединения. На время ремонта основного выключателя его заменяет обходной выключатель QBС.

Надежность схемы достаточно высокая даже при отсутствии электроснабжения потребителей линиями попарно. Если произойдет КЗ на первой системе шин K1С, то отключится Т 1 и обесточатся линии W1С, W3С, W5С, W7С лишь на время их перевода на исправную вторую систему шин К2С включением шинных разъединителей. Если повреждение на системе шин требует продолжительного ремонта, то можно подключить Т 1 через обходную систему шин KBС и обходной выключатель QBС на вторую систему шин K2С и ввести его в работу. При КЗ на линии, например W1С, отключается выключатель Q1С. В случае отказа в его отключении, КЗ с линии переходит на первую систему шин K1С и отключаются все присоединения, зафиксированные за этой секции на время необходимое для вывода в ремонт Q1С. Главный недостаток схемы – короткое замыкание на шиносоединительном выключателе QKC равноценно замыканию на обеих системах шин, то есть приводит к отключению всех присоединений РУ.

Схема не слишком сложна в обслуживании (разъединители используются только для вывода в ремонт электрооборудования) и экономична – на 10 присоединений требуется 12 выключателей. Неудобство эксплуатации схемы связано с необходимостью относительно большого количества операций разъединителями при выводе в ремонт выключателей.

2.2. Выбор и описание схемы электрических соединений на стороне среднего напряжения (СН)

Для РУ35 кВ, имеющего 8 присоединений (два трансформатора, шесть линий) согласно рекомендациям [1] принимается типовая схема № 359 «одна система шин, секционированная выключателем».

В нормальном режиме работы выключатели трансформаторов и линий включены, а секционный выключатель QK отключен. На каждую секцию подключено по три линии и одному вводу от трансформатора. Схема имеет достаточно высокую надежность лишь для электроснабжения потребителей I и II категорий, так как в таком случае предусматривается резервирование по сети.

При повреждении любого из трансформаторов, отключается его вводный выключатель, но потребители, подключенные к обесточившейся секции, смогут получать электроснабжение от другой секции через секционный выключатель. В таком случае, перерыв электроснабжения ограничивается временем для срабатывания АВР. Но при КЗ на секции системы шин отключаются все присоединения этой секции до полного окончания ремонтных работ. В таком случае должно быть предусмотрено резервное питание с шин другой ПС для потребителей I и II категорий. Это также необходимо в случае вывода в ремонт выключателя любой из линий. Схема РУ – 35 кВ недорогая – на восемь присоединений требуется девять выключателей, наглядная и проста в обслуживании.

2.3. Выбор и описание схемы электрических соединений на стороне НН 10,5 кВ

Для РУ 10 кВ, имеющего 14 отходящих кабельных линий, принимается схема № 102 «Две одиночные, секционированные выключателями системы шин». Принимается согласно п. 3.10 [6] раздельная работа автотрансформаторов для снижения уровня токов КЗ. На секционных выключателях QK1 и QK2 предусматривается устройство АВР.

РУ 10 КВ выполняется с использованием ячеек КРУ с выключателями на выкатных тележках, что позволяет отказаться от разъединителей. Их функции выполняют втычные контакты выкатной тележки ячейки КРУ. Применение ячеек КРУ позволяет увеличить надежность схемы, улучшить условия эксплуатации, снизить затраты при строительстве РУ.

На каждую секцию первой системы шин подключено одинаковое количество кабельных линий (4 KW) и один ввод от автотрансформатора, аналогично и на второй системе шин – по 3 KW на каждую секцию. В нормальном режиме включены выключатели всех присоединений, секционные выключатели отключены и оборудованы схемой автоматического включения резерва АВР. Схема обеспечивает достаточно надежное питание потребителей I и II категорий только при наличии резервирования.

При КЗ на секции отключается вводной выключатель и секция обесточивается на все время ремонтных работ. Короткое замыкание на линии отключается одним выключателем, но если происходит отказ в отключении выключателя, то КЗ переходит с линии на секцию, которая также обесточивается на все время, необходимое для вывода в ремонт линии и не отключившегося выключателя. В таких случаях для потребителей I и II категорий должно быть предусмотрено резервное питание с шин другой ПС.

Схема проста и удобна в обслуживании, сравнительно экономична для шестнадцати присоединений потребуется двенадцать выключателей.

2.4. Выбор и описание схемы электрических соединений на стороне ВН ПС 330/110/10

Для РУ 330 кВ, имеющего шесть присоединений (два автотрансформатора, четыре линии), руководствуясь рекомендациями [1], принимается типовая схема № 33016 «трансформатор – шины с полуторным присоединением линий». В нормальном режиме работы все выключатели включены, таким образом, каждое присоединение включено в схему через два выключателя. В режиме замкнутого кольца схема имеет высокую надежность. Вывод выключателя в ремонт прост и не сопровождается отключением присоединений. Но при этом размыкается кольцо и несколько снижается надежность схемы.

Разъединители используются только для вывода в ремонт оборудования, оперативных переключений ими не производят. Это упрощает обслуживание РУ и повышает безопасность переключений. Схема экономична – на одно присоединение приходится один выключатель; имеет перспективу развития. Основным недостатком схемы является сложное токораспределение в кольце, которое существенно меняется при изменении режима работы схемы.

Выбор оперативного тока

Для питания цепей управления коммутационных аппаратов, релейной защиты, автоматики и сигнализации, аварийного освещения и т.п. применяется оперативный ток. В соответствии с рекомендациями пп. 6.4, 6.5 [6], на ПС в качестве оперативного тока будет применяться постоянный оперативный ток в виде двух свинцово-кислотных аккумуляторных батарей (АкБ) 220 В.

АкБ на ПС эксплуатируются в режиме постоянного подзаряда , то есть АкБ подключается параллельно с подзарядным агрегатом, который обеспечивает питание подключенной нагрузки выпрямленным током и в то же время подзаряжает малым током батареи, восполняя потерю емкости в результате саморазряда. В случае аварии на стороне переменного тока с.н. или остановки подзарядного агрегата , АкБ принимает на себя всю нагрузку сети постоянного тока. После ликвидации аварии батареи вновь переводятся на работу в режиме постоянного подзаряда.

Выбор схемы питания с.н

Трансформаторы с.н. присоединяются к шинам 10 кВ через выключатели ячеек КРУН. На стороне 0,4 кВ применена одиночная, секционированная автоматическим воздушным выключателем система шин. Трансформаторы с.н. работают раздельно с АВР на секционной связи.

Выбор и описание конструкции распределительного устройства

В данном курсовом проекте предполагается использование типовых конструкций РУ, разработанных, в основном, проектным институтом «Энергосетьпроект». Основная задача сводится к тому, чтобы в соответствии со схемой электрических соединений, уровнем номинального напряжения, типом выбранного электрооборудования и видом токоведущих частей выбрать типовую конструкцию распределительного устройства.

Все электрооборудование, токоведущие части, изоляторы, крепления, ограждения и несущие конструкции РУ устанавливаются таким образом, чтобы усилия, нагрев, электрическая дуга или иные сопутствующие явления, вызываемые нормальными условиями работы электроустановки, не могли бы причинить вреда обслуживающему персоналу, а при аварийных условиях не могли повредить окружающие предметы и вызвать К3 или замыкание на землю. Кроме того, необходимо, чтобы при снятии напряжения с какой-либо цепи относящиеся к ней токоведущие части, аппараты и конструкции могли быть подвергнуты безопасному осмотру, смене и ремонту без нарушения нормальной работы соединённых цепей и была обеспечена возможность удобного транспортирования оборудования.

Среди типовых конструкций РУ– 6(10) кВ, наибольшее распространение получили РУ, выполняемые из сборных модульных элементов и из комплектных ячеек заводского исполнения (КРУ).

В нашем случае понижающая ПС с групповыми сдвоенными реакторами обычно выполняется с двухрядной установкой ячеек КРУН с четырьмя секциями, одним коридором. Групповые реакторы устанавливаются в пристройках к РУ. Типовая ячейка КРУ состоит из четырёх основных отсеков: линейного (кабельного), релейного (низковольтного), отсека выключателя (высоковольтного) и отсека сборных шин:

в релейном отсеке располагается низковольтное оборудование: устройства РЗиА, переключатели, рубильники; на двери релейного отсека, как правило, располагаются светосигнальная арматура, устройства учёта и измерения электроэнергии, элементы управления ячейкой;

в высоковольтном отсеке располагается силовой выключатель; зачастую отсек выполняют с выкатным элементом, на котором и устанавливается выключатель;

в отсеке сборных шин располагаются силовые шины, из которых состоит секция РУ;

линейный отсек служит для размещения измерительных трансформаторов тока, трансформаторов напряжения, ОПН.

Открытые РУ имеют следующие преимущества перед закрытыми: меньше объем строительных работ, так как необходимы лишь подготовка площадки, устройство дорог, сооружение фундаментов и установка опор, в связи с этим уменьшаются время сооружения и стоимость ОРУ; легче выполняются расширение и реконструкция; все аппараты доступны для наблюдения. На компоновку ОРУ существенное влияние оказывают конструктивные особенности устанавливаемых в них аппаратов и способы выполнения ошиновки. В настоящее время все конструктивные элементы ОРУ выполняются, как правило, из сборных железобетонных элементов. В отдельных случаях при больших нагрузках на колонны и траверсы (в ОРУ 330 кВ и выше) могут быть использованы металлические конструкции.

Однопортальное ОРУ 35 кВ с одной секционированной системой сборных шин рассчитано на установку выключателей ВМД35 или ВМП35 с шагом ячейки 4,6 м. Жесткие сборные шины расположены на опорных изоляторах, укрепленных на консолях основной несущей конструкции. Под сборными шинами расположены шинные и линейные разъединители со своими заземляющими ножами, а еще ниже – выключатели с приводами, шкафы релейной защиты и автоматики.

В ОРУ 110 кВ две рабочие системы шин примыкают друг к другу, обходная система шин отнесена за линейные порталы. Выводы к трансформаторам пересекают две рабочие системы шин. Выключатели устанавливаются в один ряд; перед ними имеется автодорога для проезда ремонтных механизмов и т.п. Соединение между выключателями и трансформаторами тока над проездом выполнено жесткой ошиновкой. Во всех цепях установлены однополюсные двухколонковые разъединители. Под внутренней рабочей системой шин принято асимметричное килевое расположение разъединителей. Линейные порталы выполненные из железобетонных конструкций имеют оттяжки.

В ОРУ 330 кВ выполненном по полуторной схеме с воздушными выключателями ВНВ330 использованы подвесные разъединители РПГ330. Установка выключателей трехрядная, шаг ячеек 24 м, высота шинных порталов 18 м, а линейных 25м. Трансформаторы тока ТФУМ330У1 устанавливаются на фундаментах, обеспечивающих нормированное расстояние до нижней кромки фарфора, а при наличии проезда ремонтных механизмов между выключателем и трансформатором тока – нормируемый габарит по вертикали от механизмов до ошиновки.

Разъединители РНДЗ1(2)ХЛ1 используются в основном только для размыкания цепи без нагрузки, хотя допускается отключать незначительные зарядные токи сборных шин и присоединений, токи холостого хода трансформаторов (при соблюдении ряда ограничивающих условий), а также токи нагрузки, проходящие по параллельным цепям (операции при переводе присоединения с одной системы шин на другую). Разъединители устанавливаются пофазно, каждая фаза разъединителя имеет свой самостоятельный привод типа ПДН1.

Гибкая ошиновка выполняется сталеалюминевыми проводами АС по одному или двум проводам в фазе в соответствии с классом напряжения. В зависимости от пролёта, провода либо подвешивают между порталами (сборные шины, ячейковые перемычки), либо крепят непосредственно к аппаратам и опорным изоляторам (перемычки между аппаратами с пролетом до 10–15 м). Ответвления и присоединения проводов к аппаратам осуществляются прессуемыми зажимами. Жёсткая ошиновка (в необходимых случаях) выполняется шинами прямоугольного и профильного сечения или трубами. Крепление шин к опорным изоляторам осуществляется шинодержателями. Компенсация температурного удлинения шин осуществляется с помощью шинных компенсаторов.

Изоляция ошиновки осуществлена натяжными и подвесными гирляндами стеклянных изоляторов ПС70Д, а также опорными изоляторам. Согласно типовым проектам конструкций ОРУ, для ОРУ 35 кВ гирлянда набирается из четырех изоляторов, для ОРУ 110 кВ из девяти, для ОРУ 330 кВ из двадцати трех изоляторов. Опорные изоляторы применяются для крепления жёсткой ошиновки, небольших пролётов гибкой ошиновки.

Трансформаторы напряжения применены двух основных типов: электромагнитные и емкостные. Масляные каскадные трансформаторы напряжения НКФ устанавливаются аналогично трансформаторам тока. Емкостные трансформаторы напряжения состоят из емкостного делителя напряжения, в качестве которого используются конденсаторы связи, и устройства отбора напряжения. Устройства отбора напряжения устанавливаются на стойках фундаментов конденсаторов связи. Отбор напряжения от конденсаторов связи осуществляется устройством, установленным на отдельном фундаменте.

Аппаратура высокочастотной связи состоит из конденсаторов, заградителей и фильтров присоединения. Конденсаторы, присоединённые непосредственно к ВЛ, устанавливаются на изолирующей подставке и заземляются через фильтр присоединения , укреплённый на стойке фундамента. Заградители, которые выполнены в виде многовитковых катушек , включённых последовательно с ВЛ, устанавливаются на конденсаторе связи или на отдельном опорном изоляторе либо подвешиваются на выходных порталах ОРУ .

Защита от прямых ударов молнии ОРУ выполнена стержневыми молниеотводами, устанавливаемыми на конструкциях ОРУ. Заземлители отдельно стоящих молниеотводов, установленных на прожекторных мачтах, должны быть присоединены к заземляющему устройству подстанции. Защиту от атмосферных и коммутационных перенапряжений обеспечивают ограничители перенапряжений ОПНП.

Для снабжения воздушных выключателей ВНВ и их приводов сжатым воздухом необходима компрессорная станция с рабочим давлением 2,6 – 4,0 МПа. Установка состоит из четырех или пяти компрессорных агрегатов, один из которых является резервным. Работа установки как правило выполняется полностью автоматизированной.

Прокладка контрольных кабелей по территории подстанции осуществляется в подвесных лотках, проложенных на высоте 2 м от уровня планировки (в качестве опорных конструкций используются каркасы и стойки блоков), и в наземных лотках из сборного железобетона. Подвесные лотки представляют собой коробчатую конструкцию, открытую снизу. Нижний проем перекрывается съемными планками, на которые укладываются кабели. Лотки крепятся к опорным металлоконструкциям и стыкуются между собой при помощи вкладышей, которые входят в оба соединяемых лотка. Для перехода кабелей из наземных лотков в подвесные применяются кабельные шахты.

Для общего освещения территории подстанции применяются осветительные установки типа ОУ2, на каждой из которых размещены четыре светильника на высоте около 7 м. Конструкция осветительной установки обеспечивает обслуживание светильников с земли и позволяет за

Конструкция распределительного устройства

На сегодняшний день имеются широкие возможности разнообразной компоновки отдельных элементов электрооборудования РУ по отношению друг к другу, даже для одной и той же схемы электрических соединений. Компоновка РУ заключается в оптимальном размещении аппаратов, согласно их назначению и требованиям действующих правил (минимальные расстояния от токоведущих частей до различных элементов), соединению их электрически между собой в соответствии с принятой схемой.

Все электрооборудование, токоведущие части, изоляторы, крепления, ограждения и несущие конструкции ОРУ устанавливаются таким образом, чтобы усилия, нагрев, электрическая дуга или иные сопутствующие явления, вызываемые нормальными условиями работы электроустановки, не могли бы причинить вреда обслуживающему персоналу, а при аварийных условиях не могли повредить окружающие предметы и вызвать К3 или замыкание на землю. Кроме того, необходимо, чтобы при снятии напряжения с какой-либо цепи относящиеся к ней токоведущие части, аппараты и конструкции могли быть подвергнуты

безопасному осмотру, смене и ремонту без нарушения нормальной работы соединённых цепей и была обеспечена возможность удобного транспортирования оборудования.

Открытые РУ имеют следующие преимущества перед закрытыми: меньше объем строительных работ, так как необходимы лишь подготовка площадки, устройство дорог, сооружение фундаментов и установка опор, в связи с этим уменьшаются время сооружения и стоимость ОРУ; легче выполняются расширение и реконструкция; все аппараты доступны для наблюдения. На компоновку ОРУ существенное влияние оказывают конструктивные особенности устанавливаемых в них аппаратов и способы выполнения ошиновки. Воздушные выключатели ВНВ33040У1 устанавливаются продольно на фундаментах, высота которых обеспечивает соблюдение нормативного расстояния до нижней кромки фарфора.

Трансформаторы тока ТФУМ330АУ1 устанавливаются на фундаментах, обеспечивающих нормированное расстояние до нижней кромки фарфора, а при наличии проезда ремонтных механизмов между выключателем и трансформатором тока – нормируемый габарит по вертикали от механизмов до ошиновки.

Разъединители РНДЗ1(2)330 ХЛ1 используются в основном только для размыкания цепи без нагрузки, хотя допускается отключать незначительные зарядные токи сборных шин и присоединений, токи холостого хода трансформаторов (при соблюдении ряда ограничивающих условий), а также токи нагрузки, проходящие по параллельным цепям (операции при переводе присоединения с одной системы шин на другую). Разъединители устанавливаются пофазно, каждая фаза разъединителя имеет свой самостоятельный привод типа ПДН1.

Гибкая ошиновка выполняется сталеалюминевыми проводами АС по одному или двум проводам в фазе в соответствии с классом напряжения. В зависимости от пролёта, провода либо подвешивают между порталами (сборные шины, ячейковые перемычки), либо крепят непосредственно к аппаратам и опорным изоляторам (перемычки между аппаратами с пролетом до 10–15 м). Ответвления и присоединения проводов к аппаратам осуществляются прессуемыми зажимами. Жёсткая ошиновка (в необходимых случаях) выполняется шинами прямоугольного и профильного сечения или трубами. Крепление шин к опорным изоляторам осуществляется шинодержателями. Компенсация температурного удлинения шин осуществляется с помощью шинных компенсаторов.

Изоляция ошиновки осуществлена натяжными и подвесными гирляндами стеклянных изоляторов ПС70Д, а также опорными изоляторам. Согласно типовым проектам конструкций ОРУ, для ОРУ35 кВ гирлянда набирается из четырех изоляторов, для ОРУ110 кВ из девяти, для ОРУ330 кВ из двадцати трех изоляторов. Опорные изоляторы применяются для крепления жёсткой ошиновки, небольших пролётов гибкой ошиновки.

Трансформаторы напряжения применены двух основных типов: электромагнитные и емкостные. Электромагнитные трансформаторы НКФ устанавливаются аналогично трансформаторам тока. Емкостные трансформаторы напряжения состоят из емкостного делителя напряжения, в качестве которого используются конденсаторы связи, и устройства отбора напряжения. Устройства отбора напряжения устанавливаются на стойках фундаментов конденсаторов связи. Отбор напряжения от конденсаторов связи осуществляется устройством, установленным на отдельном фундаменте.

Аппаратура высокочастотной связи состоит из конденсаторов, заградителей и фильтров присоединения. Конденсаторы, присоединённые непосредственно к ВЛ, устанавливаются на изолирующей подставке и заземляются через фильтр присоединения , укреплённый на стойке фундамента. Заградители, которые выполнены в виде многовитковых катушек, включённых последовательно с ВЛ, устанавливаются на конденсаторе связи или на отдельном опорном изоляторе либо подвешиваются на выходных порталах ОРУ .

Защита от прямых ударов молнии ОРУ выполнена стержневыми молниеотводами, устанавливаемыми на конструкциях ОРУ. Заземлители отдельно стоящих молниеотводов, установленных на прожекторных мачтах, должны быть присоединены к заземляющему устройству подстанции. Защиту от атмосферных и коммутационных перенапряжений обеспечивают ограничители перенапряжений ОПН

Для снабжения воздушных выключателей ВНВ и их приводов сжатым воздухом необходима компрессорная станция с рабочим давлением 2,6 – 4,0 МПа. Установка состоит из четырех или пяти компрессорных агрегатов, один из которых является резервным. Работа установки как правило выполняется полностью автоматизированной. Прокладка контрольных кабелей по территории подстанции осуществляется в подвесных лотках, проложенных на высоте 2 м от уровня планировки (в качестве опорных конструкций используются каркасы и стойки блоков), и в наземных лотках из сборного железобетона. Подвесные лотки представляют собой коробчатую конструкцию, открытую снизу. Нижний проем перекрывается съемными планками, на которые укладываются кабели. Лотки крепятся к опорным металлоконструкциям и стыкуются между собой при помощи вкладышей, которые входят в оба соединяемых лотка. Для перехода кабелей из наземных лотков в подвесные применяются кабельные шахты.

Для общего освещения территории подстанции применяются осветительные установки типа ОУ2, на каждой из которых размещены четыре светильника на высоте около 7 м. Конструкция осветительной установки позволяет обслуживание светильников с земли.